脈搏血氧飽和度(血氧探頭)監(jiān)測(cè)的進(jìn)展

1、脈搏血氧飽和度（血氧探頭）監(jiān)測(cè)的進(jìn)展(2011031813:11:03)1發(fā)展簡(jiǎn)史和應(yīng)用現(xiàn)狀1.1發(fā)展簡(jiǎn)史TakuoAoyagj利用光吸收曲線法測(cè)定心輸出量的過程中，產(chǎn)生了研制脈搏血氧飽和度儀的想法，采用Wood法，先在耳垂加壓使其缺血，并測(cè)其傳導(dǎo)光線，然后去除耳垂加壓以恢復(fù)其血流，再測(cè)其傳導(dǎo)光線。此時(shí)，第一個(gè)耳垂值是入射光強(qiáng)度，第二個(gè)值是透過光強(qiáng)度，計(jì)算兩者的比值就是血液的光密度。研制中利用動(dòng)脈搏動(dòng)振幅又可測(cè)得氧飽和度，并據(jù)此得出兩個(gè)

2、觀點(diǎn)：①通過搏動(dòng)可顯示動(dòng)脈血顏色，從而不致受靜脈血的影響，探測(cè)頭可以放在任何部位；②無需對(duì)組織加壓使局部缺血，而是通過簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換探頭位置達(dá)到測(cè)定的目的。所選用的波長是受干擾最小的630nm和900nm。1974年世界上第一臺(tái)脈搏血氧飽和度（血氧探頭）（SpO2）儀OLV5100問世。1982年，Nellc研制出一種性能更好的脈搏血氧飽和度儀N－100，并形成了一種標(biāo)準(zhǔn)模式，系利用發(fā)光兩極管作為光源、硅管作為光傳感器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處

3、理，從而使脈搏血氧飽和度儀進(jìn)入了新時(shí)代1.2應(yīng)用現(xiàn)狀脈搏血氧飽和度儀在麻醉、手術(shù)以及PACU和ICU大量臨床應(yīng)用資料表明，及時(shí)評(píng)價(jià)血氧飽和度和或亞飽和度狀態(tài)，了解機(jī)體氧合功能，盡早發(fā)現(xiàn)低氧血癥，足以提高麻醉和重危病人的安全性；盡早探知SpO2（血氧探頭）下降可有效預(yù)防或減少圍術(shù)期和急癥期的意外死亡。由此促使SpO2儀在臨床上得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單獨(dú)應(yīng)用SpO2儀可減少40％的麻醉意外，如果與CO2監(jiān)測(cè)儀并用則可減少91％的麻醉意外。此

4、外，可發(fā)現(xiàn)某些臨床化驗(yàn)和治療也難以預(yù)料的危險(xiǎn)。因此，SpO2作為一種無創(chuàng)、反應(yīng)快速、可靠的連續(xù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，已得到公認(rèn)，目前已推廣到小兒病人的呼吸循環(huán)功能監(jiān)測(cè)，特別對(duì)新生兒、早產(chǎn)兒的高氧血或低氧血癥的辨認(rèn)尤其敏感。新生兒抗氧化能力弱，?？沙霈F(xiàn)慢性肺疾病，早產(chǎn)兒更易致視網(wǎng)膜??；在自主呼吸受到抑制時(shí)，容易導(dǎo)致呼吸停止。因此，連續(xù)監(jiān)測(cè)SpO2不僅可及時(shí)發(fā)現(xiàn)低氧血癥，正確評(píng)價(jià)新生兒的氣道處理與復(fù)蘇效果，更可以設(shè)置SpO2高限報(bào)警以提供高氧血癥預(yù)報(bào)，

5、從而可為NICU新生兒的監(jiān)護(hù)和治療提供重要信息[16]。鑒于小兒的解剖和生理與成人有別，特點(diǎn)是血容量、潮氣量和其他生理參數(shù)的安全范圍都相對(duì)窄小，在NICU中利用SpO2就可以正確評(píng)價(jià)小兒病人的氧合情況，可指導(dǎo)呼吸機(jī)的使用與撤離，提供可靠的依據(jù)。在其他領(lǐng)域中，SpO2監(jiān)測(cè)也能發(fā)揮重要作用，例如評(píng)估橈動(dòng)脈與尺動(dòng)脈、或足背動(dòng)脈與頸后動(dòng)脈的側(cè)支循環(huán)血流，可減少手或足血循環(huán)障礙并發(fā)癥，也可評(píng)價(jià)斷肢再植的血供狀況。將SpO2安置在犬直腸表面以測(cè)定直

6、腸表面氧合狀況，可判斷腸吻合后的腸功能狀況。在康復(fù)病房中應(yīng)用SpO2儀可觀察患者運(yùn)動(dòng)后的氧合狀態(tài)。SpO2用于急診室監(jiān)測(cè)患者呼吸暫停、紫紺和缺氧的嚴(yán)重程度，可決定進(jìn)一步的搶救措施。Baker等利用SpO2儀和放射性同位素法同時(shí)測(cè)定先心病患者的左向右分流狀況，結(jié)果證實(shí)在心室分流水平上兩者的相關(guān)性好(r=0.86)，而心房水平上兩者的分流相關(guān)性較差(r=0.64)。2監(jiān)測(cè)原理及其應(yīng)用局限性2.1基本原理2.1.1SpO2是根據(jù)血紅蛋白（Hb

7、)具有光吸收的特性設(shè)計(jì)而成。SpO2儀包括光電感應(yīng)器、微處理機(jī)和顯示部分三個(gè)主要部件。其基本原理是：①HbO2與Hb對(duì)兩個(gè)波長的光吸收特性不一樣；②兩個(gè)波長的光吸收作用都必須有脈搏波部分參與。根據(jù)Beer定律，溶質(zhì)濃度與通過溶質(zhì)的光傳導(dǎo)強(qiáng)度有關(guān)，如果將一個(gè)已知的溶質(zhì)程序設(shè)計(jì)，置入已知容積透明容器的純?nèi)芤豪?，通過測(cè)定已知波長的入射光強(qiáng)度和透過光強(qiáng)度，就可計(jì)算出溶質(zhì)濃度：A邊而過，由此可產(chǎn)生“半影效應(yīng)“，信號(hào)減少，噪音比加大，SpO2值低于

8、正常。因此當(dāng)SpO2傳感器光源偏離正確位置時(shí)，對(duì)低氧血癥病人實(shí)際SpO2值的評(píng)估可能偏高或偏低，由此可產(chǎn)生誤導(dǎo)。2.2.7氧離曲線氧離曲線指出，SaO2與PaO2在一定范圍內(nèi)呈線型相關(guān)，當(dāng)PaO213.3kPa(100mmHg)時(shí)，氧離曲線呈平坦；全身麻醉及機(jī)械通氣時(shí)FiO2常0.3，如果病人的肺功能正常，PaO2可達(dá)23.94kPa(180mmHg)，此時(shí)SpO2測(cè)定為100%；即使PaO2降至13.3kPa(100mmHg)，SpO

9、2值仍不會(huì)改變。當(dāng)FiO2＝1.0時(shí)，PaO2即使下降39.9～66.5kPa(300～500mmHg)，SpO2仍為100%。因此，在高氧分壓下，SpO2不能準(zhǔn)確反映PaO2，因系與氧離曲線特性所決定。另一方面，病情改變使氧離曲線左移或右移時(shí)，也可影響SaO2與PaO2的相關(guān)性。3新技術(shù)的進(jìn)展3.1多種波長反射性脈搏血氧飽和度儀3.1.1現(xiàn)用的光反射性脈搏血氧飽和度儀（血氧探頭）的主要原理是通過傳感器局限性地從體表低密度血管分布區(qū)域記

10、錄相對(duì)較弱的光體積描記圖(PPGs)。如果設(shè)計(jì)一種能在身體不同部位探測(cè)到足夠強(qiáng)的反射光體積描記圖，并利用特殊的運(yùn)算處理較弱的和經(jīng)常受干擾的PPGs，這樣光反射性脈搏血氧飽和度儀的本質(zhì)可得到完全改變?，F(xiàn)用的光傳感器是由一個(gè)單獨(dú)的光探測(cè)器，以及檢測(cè)經(jīng)皮膚的反射光和一對(duì)紅光和紅外線的發(fā)光雙極體(LEDs)組成。此類傳感器依賴于探頭接觸的解剖組織結(jié)構(gòu)的位置，如果傳感器的位置與組織之間發(fā)生變異，就會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。為捕捉到大部分的反向散射波，光探

11、測(cè)器必須能探測(cè)到從中心區(qū)域發(fā)射的光，據(jù)此就設(shè)計(jì)出一種新型的光反射傳感器，包括三個(gè)LEDs和兩個(gè)連續(xù)光探測(cè)環(huán)，對(duì)稱性、等距離地排列在LEDs的中心位置。這種新配置與現(xiàn)用的傳統(tǒng)光探測(cè)器相比，能更全面地探測(cè)到光體積描記圖。多個(gè)光探測(cè)器的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但可加強(qiáng)搜集遠(yuǎn)離光探測(cè)儀區(qū)域的額外反向散射波的能力。3.1.2脈搏氧飽和度的讀數(shù)與傳感器的正確使用有直接關(guān)系。身體不同部位的組織血容量變化與皮膚表面的血管數(shù)量和分布有關(guān)。另外，傳感器與皮膚接觸會(huì)

12、影響皮膚表面的血液分布和光散射的效果。多波長的新型傳感器具有獨(dú)特的幾何學(xué)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)辨別光射的能力，排除人為移動(dòng)或高敏性所致的相對(duì)較弱的光體積描記圖，由此可提高氧飽和度讀數(shù)的精確性，也是將來用于臨床監(jiān)測(cè)新生兒和胎兒SpO2的重要儀器。3.2Masimo信號(hào)萃取技術(shù)3.2.1Masimo信號(hào)萃取技術(shù)與傳統(tǒng)方法不同。今已認(rèn)識(shí)到：壓力相對(duì)較低的靜脈血對(duì)病人活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生干擾影響相當(dāng)敏感。以手指為例，血管床內(nèi)的靜脈血在病人活動(dòng)時(shí)很容易發(fā)生變化，而形

13、成生理信息所在頻帶內(nèi)的明顯噪聲。另外，靜脈血是一種很強(qiáng)的光吸收劑，因此，當(dāng)病人活動(dòng)時(shí)，靜脈血對(duì)總光強(qiáng)度可產(chǎn)生明顯噪聲源影響。如果能測(cè)定噪聲基準(zhǔn)，就可以采用自調(diào)諧噪聲消除器來處理相應(yīng)于靜脈血噪聲源的影響。3.2.2在生理信號(hào)中可檢測(cè)到紅光強(qiáng)度Ird與紅外線強(qiáng)度Iir，分別由有用信號(hào)部分(Srd，Sir)及無用信號(hào)部分(Nrd，Nir)組成。在氧飽和度儀中通常理解為：這兩個(gè)有用信號(hào)部分(Srd，S1r)彼此間成正比，其比值即為動(dòng)脈光強(qiáng)度比r

14、a。因此，從紅光產(chǎn)生的生理信號(hào)中，減去紅外線產(chǎn)生的生理信號(hào)與動(dòng)脈光強(qiáng)度之比的乘積，其結(jié)果就包含僅有噪聲部分的基準(zhǔn)信號(hào)，即為噪聲基準(zhǔn)信號(hào)N“。氧飽和度選通轉(zhuǎn)換(DST)技術(shù)，能夠?qū)⑾鄳?yīng)于動(dòng)脈氧飽和度的光強(qiáng)度比(ra)與相應(yīng)于靜脈氧飽和度估計(jì)值的光強(qiáng)度比(rv)區(qū)分開來，隨后計(jì)算出這兩個(gè)光強(qiáng)度比(ra和rv)。由光強(qiáng)度比的每一個(gè)選定值，計(jì)算出相應(yīng)的基準(zhǔn)信號(hào)，再由自調(diào)諧噪聲消除器進(jìn)行處理。3.2.3Masimo萃取技術(shù)的過程可歸納為：①對(duì)相應(yīng)