監護儀血氧飽和度的測量原理及常見故障分析

（河南省安陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南 安陽 455000）

多參數監護儀是一種為臨床醫學診斷提供重要病人信息的設備，它通過各種功能模塊，可實時檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數。隨著現代計量檢定校準技術的不斷發展，多參數監護儀的計量檢定也已經成為醫學計量的重要組成部分。而其中作為多參數監護儀檢定中重要組成部分的血氧飽和度的檢定，因其在臨床救護中監測血液氧合能力的不可替代性而格外受到臨床醫護人員的關注。下面就結合日常檢定工作簡單介紹一下監護儀血氧飽和度的測量原理及常見故障分析。

氧是維系人類生命的基礎，人體的新陳代謝就是一個生物氧化的過程，通過心臟的收縮和舒張使人體的血液脈動地流過肺部，新陳代謝過程中所需要的氧經呼吸運動由肺部進入人體血液，在這里與血液紅細胞中的血紅蛋白（Hb）結合成氧合血紅蛋白（HbO2）,再輸送到人體個部分組織細胞中去，以維持組織細胞的新陳代謝。血氧飽和度就是血液中被氧結合的氧合血紅蛋白（HbO2）的容量占全部可結合的血紅蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的濃度。它是呼吸循環以及臨床診斷上的重要生理參數，在許多生理及臨床檢測過程中需要周期性的采樣和計算血氧飽和度，例如對于心臟病人的治療過程中、麻醉手術及術后或氧療過程中及時了解病人的血氧含量是十分重要的；臨床上通過監測動脈血氧飽和度對肺的氧合和血紅蛋白攜氧能力進行評估。正常的人體動脈血的血氧飽和度為98%，靜脈血為75%。還有一個概念是功能性氧飽和度，它是指HbO2濃度與HbO2+Hb 濃度之比，有別于氧合血紅蛋白所占百分數。

血氧飽和度的測量方法通常可分為電化學法和光學法兩類。電化學法是通過對人體采血，再通過血氣分析儀測量出血氧分壓(PO2)從而計算出血氧飽和度，這其中需要動脈穿刺或插管，是一種有創測量方法，即痛苦又有創傷，而且不可以連續的進行監測，并且結果回報不及時。臨床上通常采用光學法，它采用光電傳感器的無創方法，它是基于動脈血液對光的吸收量隨動脈搏動而變化的原理來進行測量的，所以也將這種測量結果稱作脈搏血氧飽和度(SPO2).這種方法操作方便，能提供連續的動態監測，及早發現缺氧情況和病情變化，其缺點是精密度比電化學法低，尤其是血氧濃度較低時誤差較大。多參數監護儀的血氧飽和度測量多屬此類。

下面介紹一下血氧飽和度測量是如何通過產品實現的，此類產品通常分為兩部分,也就是血氧飽和度探頭和測量模塊。血氧飽和度探頭傳感器由雙發射管（紅光和紅外光）和光敏二極管組成。測量模塊驅動兩個發射管分別產生兩種波長的光線（分別是波長為660nm 左右的紅光和940nm 左右的紅外光），經脈沖調制驅動交替發光，經過人體組織--通常是透光好的肢端--傳遞到接收管（接收管一般采用低噪聲、暗電流小、相應速度快、光接收面積大的PIN 型光敏二極管），接收管把交替連續投射過手指動脈血管的紅光和紅外光轉變為電信號，該信號經過放大濾波，信號基線電平變換和去直流分量等信號處理過程后，加到一個具有自動增益調整功能的電壓/電流轉換電路，然后由積分電路對信號電流處理，其輸出經模/數轉換器轉換成數字信號，進而得到實時的血氧飽和度。測量模塊可以單獨成機，成為血氧飽和度測量儀（計），也可置入其他設備，如多參數監護儀、麻醉監護儀。 血氧探頭傳感器端的內部結構基本上由上面提到的三個半導體器件組成，產品外形以指夾或指套或一次性粘貼封裝形式居多，兩個發射管多數為反向并聯，與光敏二極管正對，探頭另一端與血氧飽和度測量計或監護儀相連。以指夾型探頭為例，手指伸入指夾內，發射管在指背側，光電管在指腹側。因不同批次的發射管甚至相同批次的發射管，發射光譜有差異，如果采用單一的吸收比血氧飽和度定標曲線將導致測量結果偏差，為了提高器件使用率，降低生產成本，探頭內會增加了一個器件叫做特征電阻，同時在測量模塊內增加相應的定標曲線，測量模塊通過識別這個電阻來選取相應的飽和度定標曲線，做到硬件和軟件的匹配。

上面介紹了血氧飽和度測量的一般原理和實現方法。為了減少日常血氧飽和度監測中出現的各種問題，避免影響到日常檢定，下面介紹一下影響血氧飽和度測量的因素以及使用注意事項、維護：

1 強光環境會對信號形成干擾，會使光接收器偏離正常范圍，造成測量不準確，因此應該避免在強光下使用。如果必須在強光（手術燈等）下監測時，應當用遮擋物蓋住探頭。

2 監測時，應將傳感器帖附到病人身體的適當位置上，如有可能，將其放在與心臟同樣高度的位置上。同時應避免與測量無創血壓的袖帶套在同一手臂上，或者在使用動脈導管、腔內管路、靜脈注射的肢體上一同使用。

3 對于特殊情況的病人也會造成測量上的誤差。如監測休克、末梢循環差、手指溫度過低或者靜脈注射染色藥物等的病人時，都可造成測量不準或測不出。對于因手術中因皮膚長時間暴露引起的皮膚冰冷，導致指端讀出的血氧飽和度數值偏低情況，應注意肢體保暖，保持室溫。

4 監測血氧飽和度時，應避免連續長時間的監護同一部位，應該每2 到3 小時變換一次測量部位，以避免因長時間佩帶的探頭對指端的壓力影響局部血液循環從而影響測量精度。

5 監測時，應該注意檢查病人手指甲是否有紅色的指甲油，這也會影響紅光和紅外光的吸收比。紫色和藍色的指甲油會過多的吸收紅光波長，可使血氧飽和度讀數變低。

6 探頭與局部組織的對合程度：如患者翻身、更換體位導致探頭與主體接觸不良，使血氧飽和度電纜受到牽拉松動。探頭有灰塵等異物時可遮蓋光源和光感器，造成結果誤差甚至不能進行監測。長指甲和人造指甲會干擾探頭與組織的對合，影響讀數。此外，手指插入探頭的深度和方向及其監測肢體的過多活動均可造成指套移位，影響探頭與局部組織的對合，從而導致讀數偏低或不明顯。

7 日常使用應保持傳感器表面的清潔度，以免影響光路的傳導。

8 血氧探頭維護：血氧傳感器不可以進行高壓消毒，也不可以浸泡在消毒液中，可以用醫用酒精棉球或軟布擦拭其外表、發光管和接收器件；對傳感器和電纜要輕拿輕放，保護傳感器及電纜不被尖銳的物體損傷。當傳感器安裝到監護儀上時，應仔細對準血氧插頭的定位槽，避免電纜插頭內的插針變形或損壞。

下面結合日常監護儀的計量檢定和維修中遇到的情況，談下血氧飽和度測量時常見故障及維護。

1 以邁瑞PM9000 多參數監護儀為例，血氧飽和度測量時好時壞。

檢定中，故障現象提示SPO2 傳感器脫落，或者開機觀察SPO2 數值與病人臨床體征不符，波動較大，且血氧容積波形出現雜波，時好時壞。觀察血氧飽和度的光電傳感器，發現測量的時好時壞與光電傳感器發紅光二極管是否發光有關，發光時測量正常，不發光時不顯示測量數字，儀器報警。采用替代法用另一完好血氧探頭接到主機上后測量正常，說明主機的血氧測量模塊沒問題，故障出在血氧探頭。該探頭傳感器由發射和接收兩部分組成，發射器件用波長分別為660nm 的紅光和940nm 的紅外發光發射管反極性并聯，接收采用PIN 型光敏二極管，選用雙光束測量法。

打開探頭，從探頭接口處測量發射端電阻，正常情況下正向電阻為1.2kΩ，反向1.1 kΩ，接收端正向560 Ω，反方向無窮大。如果測量阻值異常，更換相應發射管或二極管即可。如果阻值正常，可排除探頭原因。下面檢查聯機，用萬用表的電阻文件檢查插座一側的電纜完好，則可以確定為光電傳感器一側的電纜有斷路，基本上都在接近指夾處，重新焊接好即可。

2 使用中，病人穩定，但監護儀測量血氧飽和度數值偏低。

分析與處理：先將血氧飽和度指夾夾在正常人手指上測量，數值為98 到99 左右，數值正常，說明指夾正常，觀察病人手指，皮膚角質嚴重，由于血氧飽和度采用光電比色的方法，根據血紅蛋白的吸光特性來測量數值，當手指皮膚粗糙或有淤血時，接收管接收到的光很少，所以數值很低。將指夾夾在患者腳趾上，數值恢復正常。

3、檢定過程中，血氧飽和度儀無SPO2數值，但有紅光發射。

分析與處理：經測量發現光電管（光敏二極管）對光極不敏感，估計光電管老化或電纜線斷路，打開指套，拆下接收座套，在光電管根部測量現象依舊。用手術刀小心將被封裝在座套上的光電管剝離，將另一同類報廢儀器上探頭的光電管焊上或更換新的光電管，用硅膠封裝，注意不要將光電管接收面弄反，完畢后，測量，SPO2 值恢復正常。

[1]談靜，王克效.監護儀血氧飽和度模塊的測量原理及故障檢修[J].新疆醫學工程學會第四屆學術年會論文匯編.2002.