第八章医学气体监测仪器

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1、第六章第六章 肌松监测仪器肌松监测仪器肌松监测仪基本原理肌松监测仪基本原理EMGEMG型肌松监测仪型肌松监测仪MMGMMG型肌松监测仪型肌松监测仪肌松监测中的注意事项肌松监测中的注意事项电刺激参数电刺激参数电刺激方式电刺激方式 * *原理原理 * *基本结构基本结构直接直接 原理原理 * *加速度加速度 原理原理 * * 超声波成像原理超声波成像：脉冲回声成像、M超心动图、二维超声心动图、超声多普勒、彩色多普勒超声仪器引导下的麻醉操作技术经食管超声心动图超声物理：反射、透射、折射、衰减、探头基本设备检查技术神经阻滞周围神经成像技术中心静脉和动脉穿刺置管第七章第七章 超声诊断仪器超声诊断仪器第八

2、章第八章 医学气体监测仪器医学气体监测仪器医学气体监测 1、与临床麻醉相关的医学气体有生理气体和麻醉气体两类。（1）生理气体：氧气、二氧化碳。 （2）麻醉气体：气体麻醉剂和各种挥发性吸入麻醉药等。2、医学气体监测：采集含有患者生理信息和医学管理信息的气体，通过仪器检测有关气体含量，指导医学干预的监测技术。3、意义 ：60%的严重麻醉事故与患者的呼吸系统和气体管理设备有关。监测吸入麻醉气体浓度，可以避免深麻醉危险，防止麻醉中觉醒等。(提高麻醉安全)内容第一节 检测气体的采集第二节 气体检测技术第三节 医学气体监测的影响因素第四节 医学气体监测仪器的校准第一节第一节 气体的采集气体的采集1、麻醉气

3、体监测仪都以呼末气体为监测对象（1）不同部位的气体检测结果具有不同的临床意义；（2）呼末气体和肺泡气体最能反映患者生理状态和麻醉管理水平。2、气体采集方法 （1）主流式（mainstream gas collect）（2）旁流式(sidestream gas collect) （3）截流式（cut-stream gas collect） （1）主流式（mainstream gas collect）检测传感器位于患者气道出口处，直接测量通过的呼吸气流。检测传感器位于患者气道出口处，直接测量通过的呼吸气流。图8-1 主流式气体采集（2）旁流式(sidestream gas collect)普遍采用

4、 检测传感器位于气体监测仪内，在患者气道出口处接采气检测传感器位于气体监测仪内，在患者气道出口处接采气三通管，采气泵持续采集患者的呼吸气体送入监测仪完成三通管，采气泵持续采集患者的呼吸气体送入监测仪完成检测。检测。图8-2 旁流式气体采集（3）截流式（cut-stream gas collect）在旁流式采集技术基础上，于呼气末阻断麻醉回路与患者气道的联系，采集患者肺泡气体完成检测。 图8-3 截流式气体采集检测结果最接近动脉血气分析结果，但只能间断进行，不能连续监测。第二节第二节 气体检测技术气体检测技术医用气体监测仪主要采用医用气体监测仪主要采用电化学、红外线、顺磁电化学、红外线、顺磁三种

5、气体三种气体检测技术。检测技术。 一、电化学分析技术一、电化学分析技术原理：原理：氧化还原反应存在着电子传递过程，其氧化还原反应存在着电子传递过程，其电量变化与参加反应的氧气含量成比例。电量变化与参加反应的氧气含量成比例。1 1、GalvanicGalvanic电池电池又称又称燃料电池燃料电池（fuel cellfuel cell），），由金质阴电极和浸在氢氧化钾电解膏中的铅阳由金质阴电极和浸在氢氧化钾电解膏中的铅阳电极组成。电极组成。 阴极：阴极：O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4e- 4OH- O + 4e- 4OH- 阳极：阳极：4OH- + 2Pb 2PbO + 2H4O

6、H- + 2Pb 2PbO + 2H2 2O + 4e- O + 4e- 电池内两极间的电子传递在外电路形成的电池内两极间的电子传递在外电路形成的电流与被检气体的氧气分压成正比。电流与被检气体的氧气分压成正比。 寿命寿命 半年左右半年左右 燃料电池测氧仪反应速度慢，不能随呼吸进行实时监测，主要用来检测燃料电池测氧仪反应速度慢，不能随呼吸进行实时监测，主要用来检测麻醉回路中的平均氧浓度。麻醉回路中的平均氧浓度。图8-4 氧化还原电池2 2、极谱电极极谱电极（polarographic electrodepolarographic electrode）又称）又称ClarkClark电极电极，由银，

7、由银/ /氯氯化银阳极、金或铂阴极、饱和氯化钾电解液和气体通透膜构成（见图化银阳极、金或铂阴极、饱和氯化钾电解液和气体通透膜构成（见图8-58-5）。）。 在外电场极化电压作用下，两极之间产生与气体氧分压成正比的在外电场极化电压作用下，两极之间产生与气体氧分压成正比的氧化还原电流。氧化还原电流。 阴极：阴极：O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- - 4OH 4OH- - 在外电场作用下：在外电场作用下：4OH4OH- - + 4KCl4KOH+ 4Cl + 4KCl4KOH+ 4Cl- - 阳极：阳极：4Ag + 4Cl4Ag + 4Cl- - 4AgCl + 4e

8、 4AgCl + 4e- - 寿命长。极谱电极测氧仪的反应时间也比较慢，也不能实时监测呼吸寿命长。极谱电极测氧仪的反应时间也比较慢，也不能实时监测呼吸气体。气体。图8-5 极谱电极二、顺磁分析技术二、顺磁分析技术1 1、顺磁物质顺磁物质：能够增强周围磁场的物质。：能够增强周围磁场的物质。 相关的医用气体中，只有氧气具有顺磁性质，避免了其它气体对相关的医用气体中，只有氧气具有顺磁性质，避免了其它气体对氧气测量的影响。氧气测量的影响。2 2、原理原理：见图：见图8-68-6。氧气分子。氧气分子在交变磁场中随磁场变化翻动在交变磁场中随磁场变化翻动会造成气流扰动。氧气含量高会造成气流扰动。氧气含量高的

9、气流通道阻力变大。的气流通道阻力变大。3 3、采用空气参比定标，以百分、采用空气参比定标，以百分浓度为显示单位。浓度为显示单位。 4 4、特点特点：反应速度快，测量值：反应速度快，测量值不受环境大气压的影响，不损耗不受环境大气压的影响，不损耗传感器传感器, , 可以连续观察呼吸气体可以连续观察呼吸气体的氧气浓度曲线。的氧气浓度曲线。 图8-6 顺磁氧气分析原理示意图声磁分析原理：当交变磁场的频率在声波范围，可利用微音器在管道内检测气流扰动产生的特定音频信号。常与红外线技术整合成为多功能的麻醉气体监测仪。 三、红外线分析技术三、红外线分析技术原理：原理：具有两个以上不同元素的气体分子（如具有两个

10、以上不同元素的气体分子（如N N2 2O O、COCO2 2以及卤素麻以及卤素麻醉气体）都具有特定的红外线吸收光谱，吸光度与吸光物质的浓度醉气体）都具有特定的红外线吸收光谱，吸光度与吸光物质的浓度成比例，即特定红外线透射强度与相关气体含量成反比。成比例，即特定红外线透射强度与相关气体含量成反比。 常见医学气体的红外吸收光谱见图常见医学气体的红外吸收光谱见图9-79-7。 图8-7 医学气体的红外线吸收特性1 1、主流式红外线气体监测仪、主流式红外线气体监测仪红外线传感器直接放置在气管导管接头呼吸气体通路上。红外线传感器直接放置在气管导管接头呼吸气体通路上。原理原理：红外线透射穿过气体，经滤光片

11、排除杂光干扰到达对侧换能器，：红外线透射穿过气体，经滤光片排除杂光干扰到达对侧换能器， 在换能器上产生的电流与被测气体浓度成比例。在换能器上产生的电流与被测气体浓度成比例。优点优点：（1 1）呼末二氧化碳监测反应速度快；呼末二氧化碳监测反应速度快； （2 2）可以实时监测每次吸气和呼气的二氧化碳浓度，并描记）可以实时监测每次吸气和呼气的二氧化碳浓度，并描记 二氧化碳呼吸波形。二氧化碳呼吸波形。缺点缺点：（：（1 1）容易受到水汽和呼吸道排出物污染，严重影响检测精度；）容易受到水汽和呼吸道排出物污染，严重影响检测精度； （2 2）需要较长的预热时间，存在灼伤患者的隐患；）需要较长的预热时间，存在

12、灼伤患者的隐患； （3 3）传感器较笨重，容易跌落损坏，还可能造成脱管、气管导）传感器较笨重，容易跌落损坏，还可能造成脱管、气管导 管扭曲等危险。管扭曲等危险。 图8-8 主流式二氧化碳监测原理2 2、旁流式红外线气体监测仪、旁流式红外线气体监测仪优点：优点：（1 1）远离患者，使用方便；）远离患者，使用方便； （2 2）传感器工作条件稳定，）传感器工作条件稳定， 有利于精确测量；有利于精确测量； （3 3）可连续测量呼吸气体）可连续测量呼吸气体 中的二氧化碳和各种中的二氧化碳和各种 吸入麻醉气体的浓度。吸入麻醉气体的浓度。缺点：缺点：（1 1）波形显示存在一定时间）波形显示存在一定时间 延迟

13、；延迟； （2 2）需要加大新鲜气流补充；）需要加大新鲜气流补充； （3 3）参比空气对麻醉回路气）参比空气对麻醉回路气 体成分有干扰。体成分有干扰。 （4 4）积水器需要定期更换。）积水器需要定期更换。 图8-9 旁流式红外线气体测量原理声光气体分析原理气体分子吸收红外线后会体积膨胀，引起气压升高。采气泵以恒定流速吸引呼吸气体流过检查室，遮光轮片不同半径上留有三排透光孔，相应部位有三个滤光片分别透过氧化亚氮、挥发性麻醉气体和二氧化碳特征波长的红外光。工作时遮光轮片匀速旋转，使红外线以脉冲形式照射检测室，每种波长的红外光激活一种气体，引起气体规律涨缩，当红外脉冲频率达到音频范围，气路中的微音器

14、可检测到三种不同频率的音频信号，对应相应的气体含量。图8-10声光气体分析原理四、其他气体分析技术(一）气相色谱分析技术 恒流载气通过色谱柱，气体样本注入载气通过色谱柱时，由于色谱柱内的固定相与不同气体分子的粘滞力不同，相似者相容，黏滞力强，流过速度慢，反之流过速度快。这样混合气体中的不同成分被分离，分别先后通过检测器进行定量分析。 不同固定相分析不同气体成分，如：活性炭分析CO2和N2O;分子筛分析O2和N2；担体上涂覆聚乙二醇或OV17等极性固定液可分析多种挥发性吸入麻醉药蒸汽；等等。 气相色谱通用性好，可以检测各种与麻醉相关的气体。但该方法分析速度慢，不同理化性质的气体不能同时测定，难以

15、满足临床监测连续快速的要求。（二）质谱分析技术四级质谱仪 磁选择质谱仪四级质谱仪采气泵吸引患者呼吸气体进入样品室。离子室加热灯丝提供电子，穿过离子室冲向对面电极板。样品气体在高速电子轰击下，失去一个电子，成为带正电的气体离子，在加速电场引导下向靶电极运动。运动轨迹与质量/电荷比值有关，大多数气体离子被电极捕获，不能到达靶电极。只允许一种质荷比的离子到达靶电极，改变电场参数控制不同质荷比的气体离子到达靶电极，靶电极的电信号和检测气体浓度成比例。磁选择质谱仪：与四级质谱不同的是利用磁场改变气体离子的运行轨道，设置多个靶电极，可以同时鉴别并检测多种已知气体的成分。质谱分析技术 质谱仪具有多种气体分析

16、功能，反应时间快，敏感性高。专用质谱仪仅能检测预设的气体，使用前需要较长时间的预热和抽真空过程。（三）拉曼光谱（Raman spectrometry）分析技术拉曼光谱属于光散射分析技术，激光作用于气体分子，分子内的一部分电子吸收光子能量进入震荡或旋转状态，跃迁到较高能量级轨道。随后被吸收的能量以不同的波长再发射出来，气体分子能量恢复到原来的水平。（四）压电晶体分析技术压电晶体在极间电压的作用下，会产生一定频率的振荡，振荡频率与晶体物理特性、电极板质量和极间电压相关。在晶体极板上涂复脂质层，当脂质层与麻醉药蒸气接触时会吸附麻醉药蒸气使之质量发生变化，引起晶体振荡频率偏移，频率偏移量与混合气体中麻

17、醉蒸气浓度成比例。这种技术反应时间快。但不能检测生理气体，只能检测一种麻醉气体。（五）光干涉分析技术光源发出光呈平行光，通过狭缝，到达平面镜O点分成入射I和反射II两路同源相干光束，分别穿过参比气室和测量气室，经折光棱镜汇聚到平面镜O点，形成干涉光栅，再经过一棱镜转向90，通过显微镜观察光栅条纹。若测量气室和参比气室成分一致，干涉条纹指示为零。若成分不同，由于气体折光率改变，干涉条纹发生偏移，位移量和气体含量成正比。第三节第三节 医学气体监测的影响因素医学气体监测的影响因素 医学气体监测可以及时发现麻醉临床气体管理方面的误差，具有良好的预警作用。然而许多因素的干扰会严重影响测量准确度，可能误导

18、医生做出错误的判断和处置。 一、气体采集方法不同部位的气体监测结果具有不同的临床意义。最能反映患者生理状态和麻醉管理水平的是患者的呼气末气体和肺泡气体。主流和旁流呼气末气体检测值总是低于动脉血气分析结果。截流采气检测结果能够避免这种影响，检测值非常接近血气分析结果。二、海拔高度和大气压二、海拔高度和大气压 一定浓度的气体在不同大气压下分压值不同，一定分压的气体在不同大气压下浓度不同。影响大气压的因素除海拔高度外，还有气温、湿度、季节等气象条件。 医用二氧化碳监测仪器应具备实时测量大气压的功能，否则难以保证FCO2-PCO2的换算准确度。 三、水蒸汽三、水蒸汽1 1、除水的必要性除水的必要性：患

19、者呼出气体为患者呼出气体为3737水蒸汽饱和的湿润气体，水蒸汽饱和的湿润气体，其饱和蒸气压为其饱和蒸气压为47 mmHg47 mmHg（6.3kPa6.3kPa）。）。由于水蒸汽红外线吸收带由于水蒸汽红外线吸收带与与COCO2 2和麻醉气体部分重叠，会干扰测定，还会污染检测室，严和麻醉气体部分重叠，会干扰测定，还会污染检测室，严重影响测量值。重影响测量值。2 2、主流采集检测的除水方法：主流采集检测的除水方法： 采用传感器采用传感器3838恒温的方法减少水蒸汽影响。原理在于气恒温的方法减少水蒸汽影响。原理在于气体携带水分的能力（湿度为体携带水分的能力（湿度为100%100%时的最大含水量，简称

20、水容量）时的最大含水量，简称水容量）与温度呈正比。与温度呈正比。 气体温度下降时水容量降低，原本水蒸气不饱气体温度下降时水容量降低，原本水蒸气不饱和的气体，湿度可以超过和的气体，湿度可以超过100%100%变得过饱和，超出水容量的部分变得过饱和，超出水容量的部分以冷凝水的形式释放。反之，气体温度上升，水容量增大，检以冷凝水的形式释放。反之，气体温度上升，水容量增大，检测器内不会出现冷凝现象。测器内不会出现冷凝现象。3、旁流采气监测仪采用的除水步骤：进入采气管的呼吸气体会逐渐降至室温，随着温度降低，呼吸气体中的水蒸汽冷凝释出的水分沉积在采气管管壁和积水杯内。 在积水器内设有疏水性过滤膜阻挡气体中

21、的水分子和颗粒物质通过。通过过滤膜的气体进入监测仪内连接的nafion管。这是一种编织尼龙管，其管壁材料具有亲水性，可以在不漏气的情况下，允许气体中的水分通过管壁渗透到管外蒸发。经以上处理后的检测气体湿度已经很低。检测器恒温到38左右，由于气体温度重新上升，水容量加大，使检测气体的湿度更为降低 4、呼出气除水以后的检测值会高于实际值。为了纠正这种人为误差，常使用如下校正公式： PCO2=FCO2（Pb-47）四、仪器漂移四、仪器漂移1、原因： 气体监测仪内的光学和电子元器件在长时间使用以后，会发生特性改变。2、结果： 导致仪器的准确度和稳定性降低，不可避免地造成系统误差。系统误差太大会影响临床

22、判断，甚至误导医学决策。长时间不校准的气体监测仪误差可以超过50%。3、解决方法： 基本方法是利用已知浓度的标准气体定期进行仪器灵敏度的校准。 五、其他临床因素的影响五、其他临床因素的影响1、旁流式采气流量通常为150ml/min左右，采气管道积水、扭曲、污染等造成流量降低，气体在采气管内纵向扩散，测量值偏低。2、呼吸频率过快，吸呼比大于1:1，影响呼气末气体的测量值。3、仪器附近使用电刀等强电磁波也会影响气体测量值。第四节第四节 医学气体监测仪器的校准医学气体监测仪器的校准一、仪器校准的一般步骤为： 1进入气体校准菜单。 2将采气管置于空气中调零。 3按照菜单指示，向采气管或传感器输送已知浓

23、度的标准气体。 4等待检测数值显示稳定，提示检测完毕后，关闭标准气源。 5将显示数值调整到标准气体的已知浓度值。 6确认操作，退出气体校准菜单。 二、常用标准气体的配制方法简介：1测氧仪 无需配制，空气和医用氧气。2、二氧化碳监测仪的配制 气压配气法。基本原理：容器内某气体浓度等于其分压与总压的比值。FX:某气体浓度；PX:某气体分压；PG：钢瓶内表压（以大气压参比为零的压力表测量值）；PB：当时当地大气压。如：当地大气压为100kPa，先在钢瓶内充入500kPa二氧化碳，随后再充入9900kPa压缩空气，此时钢瓶内二氧化碳浓度FCO2为：3、吸入麻醉剂的标准气体配制多采用容积配气法。原理：容

24、器内某气体浓度就是其容积与总气量的比值。配置标准气体时，麻醉药液转变为气体的体积计算公式：VX:麻醉气体量；VL：麻醉药液量；d：麻醉药液比重；M：麻醉药分子量；PB：当时当地大气压；T：操作室温。小结气体的采集气体监测技术气体监测仪器的校准气体监测的影响因素主流式气体采集旁流式气体采集截流式气体采集电化学分析技术顺磁分析技术红外线分析技术其他气体分析技术气体采集方法海拔高度和大气压水蒸气仪器漂移其他因素思考题思考题1 1、与临床麻醉相关的医学气体有哪些？、与临床麻醉相关的医学气体有哪些？2 2、气体采集方法有哪些？、气体采集方法有哪些？3 3、医用气体监测仪主要采用哪几种气体检测技术。、医用气体监测仪主要采用哪几种气体检测技术。4 4、电化学分析技术和红外线分析技术的原理？、电化学分析技术和红外线分析技术的原理？5 5、主流式、旁流式红外线气体监测仪的优缺点。、主流式、旁流式红外线气体监测仪的优缺点。6 6、医学气体监测的影响因素主要有哪些？、医学气体监测的影响因素主要有哪些？7 7、二氧化碳和吸入麻醉剂的标准气体配制多采用什么配气法？、二氧化碳和吸入麻醉剂的标准气体配制多采用什么配气法？