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脉搏血氧仪

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脉搏血氧仪

无线脉搏血氧仪

目的

监测一个人的氧饱和度

脉搏血氧仪是一个无创监测一个人的方法氧饱和度.虽然它的外周血氧饱和度读数（SpO2) 并不总是与更理想的动脉血氧饱和度 (SaO2） 从动脉血气分析，两者相关性足够好，安全、方便、无创、廉价的脉搏血氧饱和度测量方法对于测量血氧饱和度很有价值。临床利用。

在其最常见的（透射式）应用模式中，传感器设备被放置在患者身体的一个较薄的部位，通常是一个指尖或者耳垂, 或者在婴儿，跨过一英尺。该设备将两种波长的光通过身体部位传递到光电探测器。它测量每个变化的吸光度波长，允许它确定吸光度由于脉动动脉血单独，不包括静脉血、皮肤、骨骼、肌肉、脂肪和（在大多数情况下）指甲油。[1]

反射式脉搏血氧仪是透射式脉搏血氧仪的一种不太常见的替代方法。这种方法不需要人的身体很薄的部分，因此非常适合脚、前额和胸部等通用应用，但它也有一些局限性。由于静脉回流受损导致血管舒张和静脉血在头部汇集，可导致前额区域的动脉和静脉搏动组合，并导致假性 SpO2结果。这种情况发生在接受麻醉时气管插管和机械通气或在患者中特伦德伦伯卧位.[2]

内容

历史[编辑]

1935 年，德国医师 Karl Matthes (1905-1962) 研制出第一个双波长耳 O2带有红色和绿色滤光片（后来的红色和红外滤光片）的饱和度计。他的仪表是第一个测量 O2饱和。[3]

最初的血氧计是由格伦·艾伦·米利肯在 1940 年代。[4]1949年，伍德增加了一个压力胶囊，将血液从耳朵中挤出，从而获得绝对的O2血液重新入院时的饱和值。该概念类似于今天的传统脉搏血氧仪，但由于不稳定而难以实施光电池和光源；今天这种方法在临床上还没有使用。1964 年，Shaw 组装了第一台绝对读数耳氧计，它使用了八种波长的光。

脉搏血氧仪于 1972 年开发，由青柳拓夫和 Michio Kishi，生物工程师，在日本光电使用测量部位脉动成分的红光与红外光吸收率之比。外科医生 Susumu Nakajima 和他的同事在 1975 年首次在患者身上测试了该设备，并报告了该设备。[5]它被商业化比奥克斯1980 年。[6][5][7]

到 1987 年，美国全身麻醉的管理标准包括脉搏血氧饱和度。从手术室开始，脉搏血氧仪的使用迅速传遍了整个医院，首先康复室，然后到重症监护室.脉搏血氧仪在新生儿病房中具有特殊价值，因为氧合不足，患者无法茁壮成长，但氧气过多和氧浓度波动会导致视力障碍或失明早产儿视网膜病变（ROP）。此外，从新生儿患者获取动脉血气对患者来说是痛苦的并且是新生儿贫血的主要原因。[8]运动伪影可能是脉搏血氧饱和度监测的一个重大限制，导致频繁的误报和数据丢失。这是因为在运动和低外围灌注，许多脉搏血氧仪无法区分搏动的动脉血和移动的静脉血，导致低估血氧饱和度。早期对受试者运动期间脉搏血氧仪性能的研究清楚地表明了传统脉搏血氧仪技术对运动伪影的脆弱性。[9][10]

1995 年，马西莫引入了信号提取技术 (SET)，通过将动脉信号与静脉信号和其他信号分离，可以在患者运动和低灌注期间准确测量。从那时起，脉搏血氧仪制造商开发了新的算法来减少运动过程中的一些误报[11]例如在屏幕上延长平均时间或冻结值，但它们并没有声称可以测量运动和低灌注期间的变化条件。因此，在具有挑战性的条件下，脉搏血氧仪的性能仍然存在重要差异。[12]同样在 1995 年，Masimo 引入了灌注指数，量化了外周血管的振幅体积描记器波形。灌注指数已被证明可以帮助临床医生预测新生儿的疾病严重程度和早期不良呼吸系统结局，[13][14][15]预测极低出生体重婴儿的低上腔静脉流量，[16]提供硬膜外麻醉后交感神经切除的早期指标，[17]并提高新生儿严重先天性心脏病的检出率。[18]

已发表的论文将信号提取技术与其他脉搏血氧饱和度技术进行了比较，并证明了对信号提取技术的一贯有利结果。[9][12][19]信号提取技术脉搏血氧仪性能也已被证明可以转化为帮助临床医生改善患者预后。在一项研究中，在一个中心使用信号提取技术的极低出生体重新生儿的早产儿视网膜病变（眼部损伤）减少了 58%，而在另一个中心使用相同的临床医生使用相同的方案时，早产儿视网膜病变没有减少但采用非信号提取技术。[20]其他研究表明，信号提取技术脉搏血氧仪可减少动脉血气测量、更快的脱氧时间、更低的传感器利用率和更短的停留时间。[21]它具有通过运动测量和低灌注能力，还使其能够用于以前不受监控的区域，例如普通楼层，在这些区域中，误报一直困扰着传统的脉搏血氧仪。作为证据，2010 年发表的一项具有里程碑意义的研究表明，达特茅斯-希区柯克医疗中心的临床医生在普通楼层使用信号提取技术脉搏血氧仪能够减少快速反应团队的激活、ICU 转移和 ICU 天数。[22]2020年，同一机构的一项后续回顾性研究表明，使用脉搏血氧仪和信号提取技术十余年，再加上患者监测系统，患者死亡为零，没有患者因阿片类药物引起的呼吸抑制而受到伤害在使用持续监控的同时。[23]

2007 年，Masimo 推出了第一个测量体积变异指数(PVI)，多项临床研究表明，它为自动、无创评估患者对液体给药的反应能力提供了一种新方法。[24][25][26]适当的液体水平对于降低术后风险和改善患者预后至关重要：液体量过低（水合不足）或过高（水合过度）已被证明会降低伤口愈合并增加感染或心脏并发症的风险。[27]最近，英国国家卫生服务局和法国麻醉与重症监护协会将 PVI 监测列为他们建议的术中液体管理策略的一部分。[28][29]

2011 年，一个专家工作组建议使用脉搏血氧仪进行新生儿筛查，以增加危重先天性心脏病(CCHD)。[30]CCHD 工作组引用了对 59,876 名受试者进行的两项大型前瞻性研究的结果，这些研究专门使用信号提取技术来提高 CCHD 的识别率，同时将误报率降至最低。[31][32]CCHD 工作组建议使用运动耐受脉搏血氧仪进行新生儿筛查，该脉搏血氧仪也已在低灌注条件下得到验证。2011 年，美国卫生与公众服务部部长将脉搏血氧仪添加到推荐的统一筛查小组中。[33]在使用信号提取技术进行筛查的证据出现之前，美国只有不到 1% 的新生儿接受了筛查。今天，新生儿基金会已在美国记录了近乎普遍的筛查，并且国际筛查正在迅速扩大。[34]2014 年，对 122,738 名新生儿也专门使用信号提取技术的第三项大型研究显示出与前两项大型研究相似的积极结果。[35]

高分辨率脉搏血氧饱和度仪 (HRPO) 已被开发用于在家中进行睡眠呼吸暂停筛查和测试，对无法执行的患者进行多导睡眠图.[36][37]它存储和记录两者心率和 SpO2 以 1 秒为间隔，并且已在一项研究中显示有助于检测手术患者的睡眠呼吸障碍。[38]

功能[编辑]

含氧血红蛋白 (HbO2) 和脱氧血红蛋白 (Hb) 对红色和红外波长的吸收光谱

脉搏血氧仪的内侧

血氧监测仪显示含氧血液的百分比。更具体地说，它衡量的是血红蛋白，血液中携带氧气的蛋白质被加载。没有肺部病变的患者可接受的正常范围为 95% 至 99%。对于患者在或附近呼吸室内空气海平面, 动脉血氧饱和度的估计2可以由血氧监测仪制成“外周血氧饱和度”（血氧饱和度2） 阅读。

典型的脉搏血氧仪使用一个电子处理器和一对小型发光二极管（LED）面临着光电二极管通过患者身体的半透明部分，通常是指尖或耳垂。一个 LED 为红色，与波长660 nm，另一个是红外线的波长为 940 nm。这些波长的光吸收在含氧血液和缺氧血液之间存在显着差异。含氧血红蛋白吸收更多的红外光并允许更多的红光通过。脱氧血红蛋白允许更多的红外光通过并吸收更多的红光。LED 按顺序依次打开一个，然后另一个，然后都关闭大约每秒 30 次，这使得光电二极管可以分别响应红光和红外光，并根据环境光基线进行调整。[39]

测量传输的光量（换句话说，未吸收的光量），并为每个波长产生单独的标准化信号。这些信号随时间波动，因为存在的动脉血量随着每次心跳而增加（字面意思是脉冲）。通过从每个波长的透射光中减去最小透射光，可以校正其他组织的影响，从而为脉动的动脉血生成连续信号。[40]然后由处理器计算红光测量值与红外光测量值的比率（表示含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的比率），然后将该比率转换为 SpO2由处理器通过查找表[40]基于比尔-朗伯定律.[39]信号分离还有其他用途：通常显示代表脉动信号的体积描记器波形（“pleth wave”），以直观地指示脉搏和信号质量，[41]以及脉动吸光度和基线吸光度之间的数字比率（“灌注指数") 可用于评估灌注。[25]

适应症[编辑]

应用于人手指的脉搏血氧仪探头

脉搏血氧仪是一种医疗装置间接监测患者血氧饱和度血液（与直接通过血样测量氧饱和度相反）和皮肤血容量的变化，产生光电容积描记图可以进一步加工成其他测量.[41]脉搏血氧计可以结合到多参数患者监视器中。大多数监视器还显示脉搏率。便携式电池供电的脉搏血氧仪也可用于运输或家庭血氧监测。

优点[编辑]

脉搏血氧仪特别方便无创连续测量血氧饱和度。相反，血气水平必须在实验室中对抽取的血样进行测定。脉搏血氧仪在任何患者的环境中都非常有用氧合不稳定，包括重症监护室，操作，恢复，急诊和医院病房设置，飞行员在未加压的飞机上，用于评估任何患者的氧合情况，并确定补充的有效性或需要氧.虽然脉搏血氧仪用于监测氧合，但它不能确定氧的代谢或患者使用的氧量。为此，还需要测量二氧化碳（一氧化碳2) 水平。它也有可能用于检测通气异常。然而，使用脉搏血氧仪检测换气不足因使用补充氧气而受损，因为只有当患者呼吸室内空气时，才能可靠地检测到呼吸功能异常。因此，如果患者能够在室内空气中保持足够的氧合，则常规补充氧气可能是没有根据的，因为它可能导致通气不足而未被检测到。[42]

由于使用简单且能够提供连续和即时的氧饱和度值，脉搏血氧仪在急诊医学并且对于有呼吸或心脏问题的患者也非常有用，尤其是慢性阻塞性肺病，或用于诊断某些睡眠障碍如呼吸暂停和呼吸不足.[43]便携式电池供电的脉搏血氧仪对于在美国 10,000 英尺（3,000 米）或 12,500 英尺（3,800 米）以上的非加压飞机上操作的飞行员非常有用[44]需要补充氧气的地方。便携式脉搏血氧仪也适用于登山者和运动员，因为他们的氧气水平在高位时可能会降低海拔高度或与运动。一些便携式脉搏血氧仪使用绘制患者血氧和脉搏图表的软件，作为检查血氧水平的提醒。

最近的连接性进步现在也使患者能够连续监测他们的血氧饱和度，而无需通过电缆连接到医院监护仪，而不会牺牲患者数据流回床边监护仪和集中式患者监护系统。Masimo Radius PPG 于 2019 年推出，使用 Masimo 信号提取技术提供无线脉搏血氧仪，让患者可以自由舒适地移动，同时仍能得到持续可靠的监测。[45]Radius PPG 还可以使用安全蓝牙直接与智能手机或其他智能设备共享患者数据。[46]

限制[编辑]

脉搏血氧仪仅测量血红蛋白饱和度，不测量通风并且不是呼吸功能的完整衡量标准。它不能替代血气在实验室检查，因为它没有显示碱基不足、二氧化碳水平、血液pH， 或者碳酸氢盐（HCO3-） 专注。通过监测呼出的 CO 可以很容易地测量氧气的代谢2，但饱和度数据没有提供有关血氧含量的信息。血液中的大部分氧气由血红蛋白携带；在严重的贫血症中，血液中的血红蛋白含量较低，尽管血红蛋白已经饱和，但不能携带尽可能多的氧气。

错误的低读数可能是由以下原因引起的低灌注用于监测的肢体（通常是由于肢体寒冷，或血管收缩次要的使用升压药代理）；不正确的传感器应用；高度老茧皮肤;或运动（如颤抖），尤其是在低灌注期间。为确保准确性，传感器应返回稳定的脉冲和/或脉冲波形。脉搏血氧饱和度技术在运动和低灌注条件下提供准确数据的能力不同。[12][9]

脉搏血氧仪也不是循环氧充足的完整测量。如果不足血流量或血液中的血红蛋白不足（贫血)，组织会受到影响缺氧尽管动脉血氧饱和度高。

由于脉搏血氧仪仅测量结合血红蛋白的百分比，因此当血红蛋白与氧气以外的其他物质结合时会出现错误的高或错误的低读数：

  • 血红蛋白对一氧化碳的亲和力高于对氧气的亲和力，尽管患者实际上处于低氧状态，但仍可能出现高读数。在以下情况下一氧化碳中毒, 这种不准确可能会延迟对缺氧（细胞氧含量低）。
  • 氰化物中毒读数高，因为它减少了从动脉血中提取的氧气。在这种情况下，读数不是错误的，因为早期氰化物中毒时动脉血氧确实很高。[需要澄清]
  • 高铁血红蛋白血症典型地会导致 80 年代中期的脉搏血氧饱和度读数。
  • COPD [尤其是慢性支气管炎] 可能会导致错误读数。[47]

一种允许连续测量血红蛋白的非侵入性方法是脉搏一氧化碳血氧仪，由 Masimo 于 2005 年建造。[48]通过使用额外的波长，[49]它为临床医生提供了一种测量异常血红蛋白、碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白以及总血红蛋白的方法。[50]

增加使用量[编辑]

根据 iData Research 的一份报告，2011 年美国设备和传感器的脉搏血氧监测市场规模超过 7 亿美元。[51]

2008年，超过半数的主要国际出口医疗设备制造商在中国是脉搏血氧仪的生产商。[52]

早期发现 COVID-19[编辑]

脉搏血氧仪用于帮助早期发现新冠肺炎感染，这可能会导致最初不明显的低动脉氧饱和度和缺氧。纽约时报报道称，“卫生官员对是否应在 Covid-19 期间广泛推荐使用脉搏血氧仪进行家庭监测存在分歧。可靠性研究显示结果好坏参半，而且几乎没有关于如何选择的指导。但许多医生建议患者购买一台，使其成为流行病的首选工具。”[53]

衍生测量[编辑]

也可以看看：光电容积描记图

由于皮肤血容量的变化，体积描记法可以在血氧计上的传感器接收到的光信号（透射率）中看到变化。变化可以描述为周期函数，它又可以分解为直流分量（峰值）[一个]和一个交流分量（峰减谷）。[54]交流分量与直流分量的比值，以百分比表示，称为（外围）灌注指数(Pi) 为脉冲，通常范围为 0.02% 至 20%。[55]早期的测量称为脉搏血氧饱和度描记法(POP) 仅测量“AC”分量，并从监视器像素手动导出。[56][25]

脉搏变异指数(PVI) 是对在呼吸周期中发生的灌注指数可变性的度量。在数学上它被计算为（Pi最大限度- 圆周率分钟)/圆周率最大限度× 100%，其中最大和最小 Pi 值来自一个或多个呼吸周期。[54]对于接受液体管理的患者，它已被证明是一种有用的、非侵入性的持续液体反应性指标。[25] 脉搏血氧饱和度描记波形幅度(ΔPOP) 是一种类似的早期技术，用于手动推导出的 POP，计算为 (POP最大限度- 流行音乐分钟）/（流行音乐最大限度+ 流行音乐分钟)*2。[56]

也可以看看[编辑]

笔记[编辑]

  1. ^Masimo 使用的这个定义与信号处理中使用的平均值不同。它旨在测量超过基线吸光度的脉动动脉血吸光度。

参考[编辑]

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发布时间：2020-06-04