监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析

多参数监护仪是一种为临床医学诊断提供重要病人信息的设备，它通过各种功能模块，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数。随着现代计量检定校准技术的不断发展，多参数监护仪的计量检定也已经成为医学计量的重要组成部分。而其中作为多参数监护仪检定中重要组成部分的血氧饱和度的检定，因其在临床救护中监测血液氧合能力的不可替代性而格外受到临床医护人员的关注。下面就结合日常检定工作简单介绍一下监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析。

氧是维系人类生命的基础，人体的新陈代谢就是一个生物氧化的过程，通过心脏的收缩和舒张使人体的血液脉动地流过肺部，新陈代谢过程中所需要的氧经呼吸运动由肺部进入人体血液，在这里与血液红细胞中的血红蛋白（Hb）结合成氧合血红蛋白（HbO2），再输送到人体个部分组织细胞中去，以维持组织细胞的新陈代谢。血氧饱和度就是血液中被氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的浓度。它是呼吸循环以及临床诊断上的重要生理参数，在许多生理及临床检测过程中需要周期性的采样和计算血氧饱和度，例如对于心脏病人的治疗过程中、麻醉手术及术后或氧疗过程中及时了解病人的血氧含量是十分重要的；临床上通过监测动脉血氧饱和度对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行评估。正常的人体动脉血的血氧饱和度为98%，静脉血为75%。还有一个概念是功能性氧饱和度，它是指HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。

血氧饱和度的测量方法通常可分为电化学法和光学法两类。电化学法是通过对人体采血，再通过血气分析仪测量出血氧分压（PO2）从而计算出血氧饱和度，这其中需要动脉穿刺或插管，是一种有创测量方法，即痛苦又有创伤，而且不可以连续的进行监测，并且结果回报不及时。临床上通常采用光学法，它采用光电传感器的无创方法，它是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理来进行测量的，所以也将这种测量结果称作脉搏血氧饱和度（SPO2）.这种方法操作方便，能提供连续的动态监测，及早发现缺氧情况和病情变化，其缺点是精密度比电化学法低，尤其是血氧浓度较低时误差较大。多参数监护仪的血氧饱和度测量多属此类。

 
下面介绍一下血氧饱和度测量是如何通过产品实现的，此类产品通常分为两部分，也就是血氧饱和度探头和测量模块。血氧饱和度探头传感器由双发射管（红光和红外光）和光敏二极管组成。测量模块驱动两个发射管分别产生两种波长的光线（分别是波长为660nm左右的红光和940nm左右的红外光），经脉冲调制驱动交替发光，经过人体组织--通常是透光好的肢端--传递到接收管（接收管一般采用低噪声、暗电流小、相应速度快、光接收面积大的PIN型光敏二极管），接收管把交替连续投射过手指动脉血管的红光和红外光转变为电信号，该信号经过放大滤波，信号基线电平变换和去直流分量等信号处理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压/电流转换电路，然后由积分电路对信号电流处理，其输出经模/数转换器转换成数字信号，进而得到实时的血氧饱和度。测量模块可以单独成机，成为血氧饱和度测量仪（计），也可置入其他设备，如多参数监护仪、麻醉监护仪。

血氧探头传感器端的内部结构基本上由上面提到的三个半导体器件组成，产品外形以指夹或指套或一次性粘贴封装形式居多，两个发射管多数为反向并联，与光敏二极管正对，探头另一端与血氧饱和度测量计或监护仪相连。以指夹型探头为例，手指伸入指夹内，发射管在指背侧，光电管在指腹侧。因不同批次的发射管甚至相同批次的发射管，发射光谱有差异，如果采用单一的吸收比＼血氧饱和度定标曲线将导致测量结果偏差，为了提高器件使用率，降低生产成本，探头内会增加了一个器件叫做特征电阻，同时在测量模块内增加相应的定标曲线，测量模块通过识别这个电阻来选取相应的饱和度定标曲线，做到硬件和软件的匹配。 

上面介绍了血氧饱和度测量的一般原理和实现方法。为了减少日常血氧饱和度监测中出现的各种问题，避免影响到日常检定，下面介绍一下影响血氧饱和度测量的因素以及使用注意事项、维护： 

  1强光环境会对信号形成干扰，会使光接收器偏离正常范围，造成测量不准确，因此应该避免在强光下使用。如果必须在强光（手术灯等）下监测时，应当用遮挡物盖住探头。 

  2监测时，应将传感器帖附到病人身体的适当位置上，如有可能，将其放在与心脏同样高度的位置上。同时应避免与测量无创血压的袖带套在同一手臂上，或者在使用动脉导管、腔内管路、静脉注射的肢体上一同使用。

 
  3对于特殊情况的病人也会造成测量上的误差。如监测休克、末梢循环差、手指温度过低或者静脉注射染色药物等的病人时，都可造成测量不准或测不出。对于因手术中因皮肤长时间暴露引起的皮肤冰冷，导致指端读出的血氧饱和度数值偏低情况，应注意肢体保暖，保持室温。

 
4监测血氧饱和度时，应避免连续长时间的监护同一部位，应该每2到3小时变换一次测量部位，以避免因长时间佩带的探头对指端的压力影响局部血液循环从而影响测量精度。 

5监测时，应该注意检查病人手指甲是否有红色的指甲油，这也会影响红光和红外光的吸收比。紫色和蓝色的指甲油会过多的吸收红光波长，可使血氧饱和度读数变低。 

6探头与局部组织的对合程度：如患者翻身、更换体位导致探头与主体接触不良，使血氧饱和度电缆受到牵拉松动。探头有灰尘等异物时可遮盖光源和光感器，造成结果误差甚至不能进行监测。长指甲和人造指甲会干扰探头与组织的对合，影响读数。此外，手指插入探头的深度和方向及其监测肢体的过多活动均可造成指套移位，影响探头与局部组织的对合，从而导致读数偏低或不明显。

 　　7日常使用应保持传感器表面的清洁度，以免影响光路的传导。

 
8血氧探头维护：血氧传感器不可以进行高压消毒，也不可以浸泡在消毒液中，可以用医用酒精棉球或软布擦拭其外表、发光管和接收器件；对传感器和电缆要轻拿轻放，保护传感器及电缆不被尖锐的物体损伤。当传感器安装到监护仪上时，应仔细对准血氧插头的定位槽，避免电缆插头内的插针变形或损坏。 

下面结合日常监护仪的计量检定和维修中遇到的情况，谈下血氧饱和度测量时常见故障及维护。

 
1以迈瑞PM9000多参数监护仪为例，血氧饱和度测量时好时坏。 
检定中，故障现象提示SPO2传感器脱落，或者开机观察SPO2数值与病人临床体征不符，波动较大，且血氧容积波形出现杂波，时好时坏。观察血氧饱和度的光电传感器，发现测量的时好时坏与光电传感器发红光二极管是否发光有关，发光时测量正常，不发光时不显示测量数字，仪器报警。采用替代法用另一完好血氧探头接到主机上后测量正常，说明主机的血氧测量模块没问题，故障出在血氧探头。该探头传感器由发射和接收两部分组成，发射器件用波长分别为660nm的红光和940nm的红外发光发射管反极性并联，接收采用PIN型光敏二极管，选用双光束测量法。 
打开探头，从探头接口处测量发射端电阻，正常情况下正向电阻为1.2kΩ，反向1.1 kΩ，接收端正向560 Ω，反方向无穷大。如果测量阻值异常，更换相应发射管或二极管即可。如果阻值正常，可排除探头原因。下面检查联机，用万用表的电阻文件检查插座一侧的电缆完好，则可以确定为光电传感器一侧的电缆有断路，基本上都在接近指夹处，重新焊接好即可。

 
2使用中，病人稳定，但监护仪测量血氧饱和度数值偏低。 
分析与处理：先将血氧饱和度指夹夹在正常人手指上测量，数值为98到99左右，数值正常，说明指夹正常，观察病人手指，皮肤角质严重，由于血氧饱和度采用光电比色的方法，根据血红蛋白的吸光特性来测量数值，当手指皮肤粗糙或有淤血时，接收管接收到的光很少，所以数值很低。将指夹夹在患者脚趾上，数值恢复正常。 

3、检定过程中，血氧饱和度仪无SPO2数值，但有红光发射。 
分析与处理：经测量发现光电管（光敏二极管）对光极不敏感，估计光电管老化或电缆线断路，打开指套，拆下接收座套，在光电管根部测量现象依旧。用手术刀小心将被封装在座套上的光电管剥离，将另一同类报废仪器上探头的光电管焊上或更换新的光电管，用硅胶封装，注意不要将光电管接收面弄反，完毕后，测量，SPO2值恢复正常。