麻醉設(shè)備學(xué)體溫監(jiān)測儀器

1、第二章 體溫監(jiān)測儀器,麻醉設(shè)備學(xué),安醫(yī)大二附院李加榮,2,第一節(jié) 醫(yī)用電子監(jiān)測儀器概述,,醫(yī)用診斷設(shè)備,,醫(yī)用治療設(shè)備,呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、輸液泵、人工心肺機(jī)、高頻電刀、γ刀等,在醫(yī)療設(shè)備分類中，醫(yī)用電子監(jiān)測儀器所在的位置：,3,第一節(jié) 醫(yī)用電子監(jiān)測儀器概述,醫(yī)用電子監(jiān)測儀器的基本構(gòu)成,4,第一節(jié) 醫(yī)用電子監(jiān)測儀器概述,典型生理參數(shù)及其傳感器和電極,5,第一節(jié) 醫(yī)用電子監(jiān)測儀器概述,信號(hào)預(yù)處理　由于生理信息換能器的輸出通常具有電量幅

2、度小、頻率低的特點(diǎn)，極易受外界和人體自身因素干擾。因此在轉(zhuǎn)換、分析之前，必須進(jìn)行預(yù)處理。常用信號(hào)預(yù)處理的方法：　采用差分放大電路，抑制輸入干擾信號(hào)和電路噪聲　采用濾波電路，濾除生理信號(hào)頻譜范圍之外的信息　采用非平衡電橋，提取和放大有用信號(hào),6,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,熱量的概念：熱量是能量的一種形式。熱力學(xué)第一定律：封閉系統(tǒng)中總能量恒定。能量即不會(huì)增加，也不會(huì)消失。熱力學(xué)第二定律：封閉系統(tǒng)中，熱量總是從溫度較高的

3、區(qū)域流向或傳遞到溫度較低的區(qū)域，除非通過做功使其向反方向移動(dòng)。,7,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,熱量的傳遞方式：兩個(gè)物體有溫度差時(shí)或一個(gè)物體的溫度改變，熱量將會(huì)從溫度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移到溫度較低的區(qū)域，直到達(dá)到熱平衡狀態(tài)。傳導(dǎo) 主要在固體中進(jìn)行主要在固體中進(jìn)行，有時(shí)也在流體中進(jìn)行，較熱的分子將能量直接傳遞給較冷的分子。 對(duì)流在流體中進(jìn)行在流體中進(jìn)行。輻射通過電磁波在物體間傳遞能量，不需要傳遞介質(zhì)的存在，真空中同樣會(huì)

4、有輻射。,8,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,溫度的定義：溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是一個(gè)物體相對(duì)于某個(gè)參照物的冷熱程度的量度。溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，含有統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)于個(gè)別分子來說，溫度是沒有意義的。兩個(gè)物體溫度相同，但所含熱量可能不同。加熱一杯水和加熱一桶水所需的熱量一樣嗎？燒開一鍋水和燒開一鍋油所需的能量一樣嗎？,9,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,溫度只能通過物體隨溫度變化

5、的某些特性來間接測量。用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)，如華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。-273.16℃ 絕對(duì)零度。是熱力學(xué)溫標(biāo)的開始，是溫度的極限。假設(shè)達(dá)到這一溫度，所有原子和分子的熱量運(yùn)動(dòng)都將停止。這是一個(gè)只能逼近而不能達(dá)到的最低溫度。人類在1926年得到了0.71K的低溫，目前，已得到了距絕對(duì)零度只差三千萬分之一度的低溫，但仍不可能得到絕對(duì)零度。其實(shí)，絕對(duì)零度無法測量，是依靠計(jì)算得出來的。溫度降低時(shí)，分子的活動(dòng)就會(huì)變慢

6、。那么依靠計(jì)算得出，當(dāng)降到絕對(duì)零度時(shí)，分子是靜止的。所以就得出了絕對(duì)零度的概念。,10,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,溫度的測量方法分類,11,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,測溫方式 - 接觸式測溫法：按照測量體是否與被測介質(zhì)接觸，可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法兩大類。接觸式測溫法：測溫元件直接與被測對(duì)象接觸。兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，達(dá)到熱平衡狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠直觀可靠缺點(diǎn)：1）感溫元件影響被測溫度場

7、的分布；2）接觸不良等會(huì)帶來測量誤差3）溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命不利,12,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,測溫方式 – 非接觸式測溫法：感溫元件不與被測對(duì)象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換射進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：1）避免接觸被測目標(biāo)；2）具有較高的測溫上限；3）反應(yīng)速度快，便于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。缺點(diǎn)：由于受物體的發(fā)射率、被測對(duì)象到儀表之間的離以及煙塵、水汽等其他介

8、質(zhì)的影響，測溫誤差相對(duì)較大。,13,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,溫度的測量方法,14,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,15,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,一、玻璃溫度計(jì)測溫法利用液體熱脹冷縮的原理制成。封閉在玻璃管中的液體受熱時(shí)體積膨脹，液柱升高；溫度降低，液柱下降。,貝克曼溫度計(jì)是精確測量溫差的溫度計(jì)，它的主要特點(diǎn)是: (1)它的最小刻度為0.01℃，用放大鏡可以讀準(zhǔn)到0.002℃，測量精度較高;還有一種最小刻度為0

9、.002℃，可以估計(jì)讀準(zhǔn)到0.0004℃。(2)一般只有5℃量程，0.002℃刻度的貝克曼溫度計(jì)量程只有1℃。 (3)其結(jié)構(gòu)與普通溫度計(jì)不同，在毛細(xì)管上端，加裝了一個(gè)水銀貯管，用來調(diào)節(jié)水銀球中的水銀量。因此雖然量程只有5℃，卻可以在不同范圍內(nèi)使用。一般可以在-6℃～120℃使用。,16,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,二、熱敏電阻測溫法　熱敏電阻測溫法是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器，測量精度高、性能穩(wěn)定。其中鉑電阻是一種比較

10、特殊的熱敏電阻，由于它的溫度范圍寬，線性極佳，(在-40~125度范圍內(nèi)非線性僅為 0.2%)，因此在工業(yè)上成為了一種標(biāo)準(zhǔn)，可以和儀表直接連接。,17,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,熱敏電阻測溫原理及材料　任何物體的電阻都與溫度有關(guān)，但是能滿足要求的并不多。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要求有較高的靈敏度，而且要求有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。按感溫元件的材料來分有金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體兩大類。金屬導(dǎo)體有鉑、銅、鎳、鐵和銠鐵合金。目前大量使用的材料為鉑、

11、銅。半導(dǎo)體有鍺、碳和熱敏電阻（氧化物）等。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。,18,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料。該材料是以BaTiO3 (鈦酸鋇) 、 SrTiO3 (鈦酸鍶) 、PbTiO3 (鈦酸鉛)等為主要成分的燒結(jié)體，摻入微

12、量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)體化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(dǎo)(體)瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．其溫度系數(shù)隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化。,19,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,NTC（Negative Temper

13、ature Coeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻。其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。,20,第二節(jié) 溫度檢測的基

14、本原理和方法,臨界溫度熱敏電阻CTR（Critical Temperature Resistor ）具有負(fù)電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體，也稱CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻。驟變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等的氧化物而變。這是由于不同雜質(zhì)的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。若在適當(dāng)?shù)倪€原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩，則電阻急變溫度變大；

15、若進(jìn)一步還原為三氧化二釩，則急變消失。產(chǎn)生電阻急變的溫度對(duì)應(yīng)于半玻璃半導(dǎo)體物性急變的位置，因此產(chǎn)生半導(dǎo)體-金屬相移。CTR能夠作為控溫報(bào)警等應(yīng)用。,21,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,2.　熱敏電阻測溫系統(tǒng)的測溫原理　熱敏電阻測溫的基本原理是將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量，一般由熱敏電阻溫度傳感器、測溫電路、連接導(dǎo)線和顯示儀表等構(gòu)成。,22,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,隨著集成電路制造技術(shù)的提高，大量的集成溫度傳感器應(yīng)用于

16、體溫檢測儀器中?！±琈AX6611 型集成溫度傳感器，及其應(yīng)用電路、輸出特性如圖所示：,23,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,三、紅外線測溫法1.　紅外輻射的發(fā)現(xiàn)1800年，英國天文學(xué)家 William Herschel 用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應(yīng)熱效。,他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀溫度計(jì)移到紅色光邊界以外色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區(qū)的時(shí)候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗(yàn)證明，在

17、紅光外側(cè)在紅光外側(cè)，確實(shí)存在一種人眼看不見的“熱線”，后稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。,24,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,電磁波譜電磁波譜是為了便于研究而給一系列輻射現(xiàn)象賦予的名稱。紅外線自然界任何物體，只要溫度高于絕對(duì)零度(-273.15C)，就會(huì)就會(huì)以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生電磁波(輻射能)。紅外線波長范圍：0.75μm ~ 1000μm。,25,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,2

18、.　紅外測溫法的原理　任何有一定溫度的物體，都會(huì)以電磁波的形式向外界輻射出能量，所輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關(guān)。只要測出所發(fā)射的能量，就可得出物體溫度。利用這個(gè)原理制成的溫度測量儀表叫紅外輻射測溫儀。這種測量不需要與被測對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測量。它有很寬的測量范圍，從-50℃直至高于3000℃。,26,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,3.　紅外熱成像原理光學(xué)器件將物體發(fā)出的紅外輻射聚集到探測器上，

19、探測器把入射的輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而被處理成可見圖像，即熱圖。,27,第二節(jié) 溫度檢測的基本原理和方法,四、化學(xué)測溫法　化學(xué)測溫法的原理不盡相同，但都是物體受熱后發(fā)生一系列化學(xué)變化，導(dǎo)致檢測物的分子結(jié)構(gòu)改變，使得反射光的顏色發(fā)生變化。例，變色測溫貼片,28,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,一、人的體溫　人體不同部位的溫度是不同的。代表人體真實(shí)溫度的是心臟和腦部的血液溫度，稱作中心溫度?！“礈y量的部位，體溫測量分為：肺動(dòng)脈中心測溫：是最準(zhǔn)

20、確的方法，缺點(diǎn)是有創(chuàng)、操作復(fù)雜直腸測溫：是臨床體溫測量的標(biāo)準(zhǔn)。但滯后于中心溫度的變化前額測溫：簡便、廉價(jià)、無創(chuàng)。但影響因素較多，準(zhǔn)確率低。腋下測溫：(同前額測溫)口腔測溫：簡便，應(yīng)用較廣泛，但也不夠準(zhǔn)確，需要患者配合才能完成，不適合幼兒、有插管和鎮(zhèn)靜狀態(tài)的患者。耳鼓膜測溫：無創(chuàng)、快捷、準(zhǔn)確。鼓膜的位置接近下丘腦，可以較為準(zhǔn)確地反映下丘腦的血液溫度。已成為中心溫度的較好代表。,29,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,二、基于熱敏電阻的電子體

21、溫監(jiān)測儀　經(jīng)口腔、直腸或皮膚表面的電子體溫檢測通常采用熱敏電阻測溫法。熱敏電阻體溫監(jiān)測儀器一般由熱敏電阻傳感器、電阻矩陣、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路以及報(bào)警和顯示電路組成。,30,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,目前臨床使用的絕大多數(shù)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，都有體溫監(jiān)測功能，需要配合(熱敏電阻)傳感器使用?？梢赃B續(xù)監(jiān)測病人體溫，減少護(hù)士工作量。但精確度低于玻璃體溫計(jì)。,31,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,三、紅外輻射體溫測量儀　醫(yī)用紅外輻射體溫測量儀有皮膚紅外

22、體溫計(jì)、紅外耳鼓膜測溫計(jì)以及紅外熱成像儀三種類型。　紅外測溫法的優(yōu)點(diǎn)：不接觸、不傳染，快速　缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度低，誤差大，不穩(wěn)定。造價(jià)高，操作復(fù)雜。1.　測量皮膚表面溫度的紅外溫度計(jì)　通常是測量額頭(因?yàn)榉奖?皮膚溫度的測量受以下兩個(gè)因素的很大影響：①皮下血流分布情況，以及皮膚附近的傳熱情況(風(fēng)速、氣溫等)②皮膚的輻射率。(不同的人，同一人不同部位均不同),32,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,2.　紅外耳鼓膜測溫計(jì)　專門用于測量耳道內(nèi)鼓

23、膜溫度的紅外輻射溫度計(jì)，測量原理與皮膚表面紅外溫度計(jì)一樣?！　」哪囟冉咏梭w基礎(chǔ)溫度；耳道壁和鼓膜形成的腔體，其輻射率十分接近于1，因此測量準(zhǔn)確。,33,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,但所測得的耳溫并不等于鼓膜溫度，而是包括鼓膜和部分耳道壁的一個(gè)而的綜合輻射能所對(duì)應(yīng)的溫度。　對(duì)測得的結(jié)果需要進(jìn)行修正，修正方法有三種：　　第一種，儀表自動(dòng)修正，讀數(shù)為口腔溫度　　第二種，不作修正，讀數(shù)是耳溫　　第三種，儀表有模式選擇，可選用不同的修正模

24、式。,34,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,3.　紅外熱成像儀是一種體表溫度分布測量裝置，是專門針對(duì)人體溫度分布測量而設(shè)計(jì)的。儀器包括掃描系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)、參考黑體和紅外檢測器等部分。它測量的是廣大視角內(nèi)“面”的溫度，即二維溫度。它的檢測元件不是單一的光-電轉(zhuǎn)換元件，而是一個(gè)光-電轉(zhuǎn)換陣列；信號(hào)處理單元復(fù)雜，需加入圖像處理功能；顯示單元是圖像顯示屏。(這方面的原理與數(shù)碼相機(jī)相似)在黑白屏幕中，以圖像的明暗表示紅外輻射的強(qiáng)弱；在彩色屏中，則用不同的

25、顏色表示?！〖t外熱成像儀的設(shè)計(jì)目的是測量表面的溫度分布，而不是溫度的值。,35,第三節(jié) 體溫監(jiān)測儀器,左側(cè)乳腺癌,電子電路故障,輸電線路隱患,36,第四節(jié) 術(shù)中保暖設(shè)備,人類的中心體溫一般維持在一個(gè)極其狹窄的范圍內(nèi)(小于0.4℃)，但麻醉等因素改變了寒冷和受熱反應(yīng)(血管收縮、寒戰(zhàn)和血管舒張、出汗)的閾值，使得閾值的范圍變寬。因此，術(shù)中患者可能在寒冷的環(huán)境中出現(xiàn)低體溫，在溫暖的環(huán)境中出現(xiàn)高體溫。因現(xiàn)代化交貨手術(shù)室中，環(huán)境溫度普遍

26、較低，使得患者的體溫也降低。一、術(shù)中常用的保溫措施　通過減少經(jīng)輻射、對(duì)流、蒸發(fā)、傳導(dǎo)的熱量丟失，維持患者體溫。包括控制環(huán)境溫度、被覆隔離、加熱所有靜脈輸入液體以及作用手術(shù)患者保溫設(shè)備。,37,第四節(jié) 術(shù)中保暖設(shè)備,二、紅外輻射加溫儀　紅外輻射加溫儀由輻射加熱燈頭、體溫檢測和顯示以及裝置構(gòu)成。　加熱頭是產(chǎn)生紅外輻射的部件，由陶瓷材料加涂層制成。醫(yī)用紅外輻射加溫儀加熱頭產(chǎn)生的紅外輻射的波長集中在2－3μm之間，這段波長

27、的紅外輻射不會(huì)對(duì)人體造成危害。大部分輻射能量能穿透表層皮膚組織，被淺表血管中的血液吸收，經(jīng)微循環(huán)將能量輸送至全身各處。,38,第四節(jié) 術(shù)中保暖設(shè)備,選擇照射部位時(shí)，應(yīng)選擇靠近皮膚表面的、具有動(dòng)靜脈直捷通路和部位，如臉部、耳部、四肢等。當(dāng)身體發(fā)熱時(shí)，動(dòng)靜脈直捷通路就會(huì)擴(kuò)張，動(dòng)脈血直接流入靜脈系統(tǒng)，這使得局部血流量大增加，從而快速地把能量帶到身體其他部分?！楸苊庾苽つw，輻射的能量須控制在100mW/cm2以內(nèi)。溫度報(bào)警功能也可防止出現(xiàn)