陳 燚，王明昭

淺談Index 2XL血氧飽和度模擬儀的原理及其血氧飽和度校準(zhǔn)

陳 燚，王明昭

0 引言

血液生理狀況作為臨床診斷的重要依據(jù)，其診斷參數(shù)的測量準(zhǔn)確度影響整個(gè)醫(yī)療過程，因此，重視血液相關(guān)參數(shù)的測量、提升參數(shù)的量值準(zhǔn)確性具有重要意義。血壓作為血液生理狀況的基本生理參數(shù)，一定程度反映了我們身體的健康狀況信息。它是指當(dāng)心臟收縮（心肌收縮）和松弛（舒張）時(shí)，動脈壁內(nèi)的新鮮氧血量明顯增加和減少作用于動脈壁使其隨心臟節(jié)律擴(kuò)張和收縮的力量。正常血壓范圍為：收縮壓90～140 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa），舒張壓60～90 mmHg。臨床上，僅把血壓同身高、體質(zhì)量一樣作為一般參數(shù)了解，推測可能的臨床癥狀，不能很好地做出臨床診斷。血液中的血氧濃度是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)，動脈血氧飽和度（Sa（O2））在臨床急救中對危重患者監(jiān)護(hù)更是不可缺少。根據(jù)血液中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，可以得知患者基本狀態(tài)的數(shù)據(jù)[1-2]，特別是麻醉和術(shù)后恢復(fù)期間的患者狀態(tài)。因此，有必要了解它的檢測原理，并通過標(biāo)準(zhǔn)檢定器具保證檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的準(zhǔn)確性。

1 Sp（O2）檢測

血氧飽和度（Sp（O2））檢測的是血紅蛋白攜氧能力，它是通過測量血液中飽和動脈血紅素（也稱為氧合血紅蛋白）HbO2與非飽和血紅素（還原血紅蛋白）Hb的比值得到的[3]。如公式（1）所示，Sp（O2）被定義為氧合血紅蛋白的濃度（cHbO2）與HbO2、Hb的濃度和（cHbO2+cHb）之比，即

式中，cHbO2、cHb通過分光光度測量原理獲得，即可以利用已知的血紅素光吸收的波長來確定血液中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，這也是脈搏血氧儀的工作原理。

通常，脈搏血氧儀內(nèi)置發(fā)射近紅外光（波長為940nm）和紅光（波長為660nm）的發(fā)光二極管（LED），并感知患者脈搏，從而區(qū)別還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白，并得出脈搏氧飽和度值。

2 Sp（O2）檢測存在的問題

脈搏血氧儀[4-6]是最常見的Sp（O2）監(jiān)測設(shè)備，其使用簡便，無需專門培訓(xùn)，常用于圍手術(shù)期、重癥、轉(zhuǎn)運(yùn)及家庭的護(hù)理。它是基于紅外光譜的脈搏血氧飽和度檢測技術(shù)，根據(jù)血紅蛋白具有光吸收的特性設(shè)計(jì)而成的。由于靜脈和毛細(xì)血管血液及軟組織均會引起光的吸收效應(yīng)，光可被搏動性血液及其他組織同時(shí)吸收，但二者光強(qiáng)度不同，搏動性動脈血液吸收的光強(qiáng)度（AC）隨著動脈壓力波的變化而改變，而其他組織吸收的光強(qiáng)度（DC）不隨搏動和時(shí)間的變化而改變，且保持相對穩(wěn)定。為了獲得更準(zhǔn)確的Sp（O2）值，部分脈搏血氧儀做了進(jìn)一步改進(jìn)[7]。它采用了一種可辨別“交流”分量（搏動動脈血）和“直流”分量（以上提及的非搏動成分）的系統(tǒng)，通過確定每一波長下的交流分量與相應(yīng)直流（幅值）分量比值，得到一個(gè)與光密度無關(guān)的“脈搏疊加”吸光率，如公式（2）所示。根據(jù)眾多志愿者的數(shù)據(jù)采集后建立R值[8]的標(biāo)準(zhǔn)曲線，研究表明，R值與Sp（O2）呈負(fù)相關(guān)，因此從標(biāo)準(zhǔn)曲線上亦可得出相應(yīng)的Sp（O2）值。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，Sp（O2）監(jiān)測至少可以降低40%的麻醉意外，對及時(shí)發(fā)現(xiàn)低氧血癥、正確評價(jià)氣道處理與復(fù)蘇效果具有重要參考價(jià)值。隨著醫(yī)院應(yīng)用需求增多，脈搏血氧儀使用量也呈遞增趨勢。鑒于工程技術(shù)上和生理學(xué)方面的研究限制，脈搏血氧儀在實(shí)際使用上尚存在某些局限性，如患者活動時(shí)對信號的吸收會發(fā)生很大的波動，產(chǎn)生活動性偽差，使測得的Sp（O2）失去應(yīng)有的價(jià)值；脈搏血氧儀是以動脈血流搏動的光吸收率為依據(jù)的，但靜脈血流的光吸收也有搏動成分，而靜脈充血時(shí)Sp（O2）讀數(shù)往往偏低。研究表明，脈搏血氧儀僅能提供80%～100%準(zhǔn)確度的Sp（O2）值，因此，有必要采取一定的校準(zhǔn)措施，降低脈搏血氧儀的檢測誤差。

3 Index 2XL校準(zhǔn)Sp（O2）值

血氧飽和度模擬儀Index 2XL[9]預(yù)裝了廠家的R曲線，Sp（O2）模擬可在35%～100%飽和度水平（1%增量）進(jìn)行，可預(yù)置模擬重現(xiàn)多種患者狀態(tài)，且輕便、易攜帶，是適用于當(dāng)今市場上絕大多數(shù)血氧儀的最具多功能性的一款模擬儀，通過它可以對血氧儀進(jìn)行校準(zhǔn)，提高Sp（O2）值的準(zhǔn)確度。具體校準(zhǔn)步驟如下：

4 討論

Sp（O2）反映了動脈血氧的濃度，可以判定人是否缺氧，對圍手術(shù)期、重癥監(jiān)護(hù)中的臨床診斷具有很大幫助。一般Sp（O2）值在90%以上為正常，表示無生命危險(xiǎn)。脈搏血氧儀是無創(chuàng)傷、連續(xù)監(jiān)測人體Sp（O2）的醫(yī)學(xué)儀器，在使用中及時(shí)檢定其輸出參數(shù)準(zhǔn)確性，保證血氧儀的正常工作，是醫(yī)學(xué)工程人員的重要任務(wù)。

Index 2XL模擬儀提供了一種切實(shí)可行的脈搏血氧儀定標(biāo)和檢驗(yàn)的方法，可用于脈搏血氧儀制造和使用中的質(zhì)量控制。本文介紹了Sp（O2）檢測原理，分析了脈搏血氧儀檢測的局限性，明確了Index 2XL模擬儀用于脈搏血氧儀校準(zhǔn)的步驟，對于開展脈搏血氧儀的質(zhì)量控制具有很好的指導(dǎo)意義。需要注意的是，Index 2XL模擬儀的 R曲線僅規(guī)定了80%～100%部分，因此在采用Masimo Set技術(shù)測試脈搏血氧儀時(shí)，建議使用運(yùn)動級別1；在采用Nellcor Motion技術(shù)測試脈搏血氧儀時(shí)，建議使用運(yùn)動級別2。

[1]劉紅，莫國民，張欣.基于STM32的數(shù)字血氧飽和度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，29（4）：3 533-3 535，3 541.

[2]游海峰，謝勤嵐.基于FPGA的脈搏血氧飽和度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2013，41（2）：222-225.

[3]謝正洋.無創(chuàng)血氧飽和度的測量及無線監(jiān)測系統(tǒng)的研制[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

[4]Nellcor technical stuff.A technology overview of the Nellcor Oximax pulse oximetry system[EB/OL].（2009-10-01）[2014-04-20].http：// www.ece.mcmaster.ca/faculty/debruin/Engineering%20Education% 204BD4/Oximetry%20Notes/OxiMaxTechNote.pdf.

[5]Dugani S，Hodzovic I，Sindhakar S，et al.Evaluation of a pulse oximeter sensor tester[J].J Clin Monit Comput，2011，25（3）：163-170.

[6]Murkin J M，Adams S J，Novick R J，et al.Monitoring brain oxygen saturation during coronary bypass surgery：a randomized，prospective study[J].Anesth Analg，2007，104（1）：51-58.

[7]劉婷，黃明，叢茂檸.透射式脈搏血氧飽和度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2012，27（12）：55-58，155.

[8]福祿克醫(yī)療測試.Index2患者模擬器[EB/OL].（2011-04-22）[2014-04-15].http：//zh.flukebiomedical.com/biomedical/usen/biomedicaltest/simulators-&-controllers/index-2xl-series.htm?PID=56330.

[9]科訊醫(yī)療.FLUKE ProSim系列生命體征模擬儀贏得與時(shí)間的賽跑[EB/OL].（2012-08-31）[2014-04-10].http：//instrument.ofweek. com/2012-08/ART-8320088-8110-28638303.html.

（收稿：2014-04-05 修回：2014-08-10）

R318.6；TH776

B

1003-8868（2015）03-0158-02

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.158

266071山東青島，解放軍401醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科（陳 燚）；453000河南新鄉(xiāng)，解放軍371醫(yī)院藥械科（王明昭）

（1）環(huán)境設(shè)置。使用Index 2XL應(yīng)注意環(huán)境照明的干擾，可以使用其AMB選項(xiàng)修改Index 2XL默認(rèn)的陽光背景照明，依據(jù)使用環(huán)境可選擇陽光、50 Hz人造光或60 Hz人造光3種不同照明狀況。

（2）裝置連接。Index 2XL系統(tǒng)有一個(gè)光學(xué)試驗(yàn)指，用來代替實(shí)際的患者食指。將Index 2XL試驗(yàn)指插入到脈搏血氧儀探頭（實(shí)際上就將2個(gè)裝置連接在了一起），手指傳感器連接到Index2XL的試驗(yàn)指時(shí)，應(yīng)確保紅色LED（發(fā)光二極管）處于底部，且與脈搏血氧儀的指尖傳感器應(yīng)盡量遠(yuǎn)。連接后，即可進(jìn)行應(yīng)用校準(zhǔn)。

（3）合適的配置。若要通過試驗(yàn)指對脈搏血氧儀進(jìn)行光學(xué)測試或電氣測試，就必須知道測試脈搏血氧儀的光技術(shù)和R曲線數(shù)據(jù)，且所選的R曲線必須與所使用的技術(shù)相一致，具體技術(shù)及Index 2XL中相對應(yīng)R曲線的信息需要咨詢血氧儀廠家。Index 2XL預(yù)置了BCI（R）（3101）、Criticare（R）、Datascope（R）（Passport）等多個(gè)品牌的血氧儀R曲線。確定被測血氧儀的R曲線后，修改Index 2XL的血氧儀類型變量，使其與被測血氧儀相匹配。Index 2XL還另外提供了6家廠商的配置，可在主菜單2中通過Download Make菜單修改這6項(xiàng)配置。