一种融合了CIS系统的高端监护仪原理及应用(论文)
临床Ｉ程
一种融合了ＣＩＳ系统的罗旭陈琳任审龋深堋迈璃生物医疗越砌肴限公司
高端监护蜀譬两监伊（深堋ｔｌ５１８０５４）
仪原理及应用
内容提要：本文从系统层商分绍荔以Ｂｅｎｅ、珏ｅｗ病人监护仪为代表的高端监护仪的结构设计。仪器采用了以锰床信
息集成、多测量装鬟和技术、远程监护等为代表的关键核心技术，具有很大的应用价值。
关键词：高端监护仪结梅设计技术特点原理
ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｅｎｉｏｒＰａｔｉｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅ
ＬＵＯＳｕＣＨＥＮＬｉｎＲＥＮＺｈｏｎｇ?ｃｈａｎｇＳｈｅｎｚｈｅｎ
ＭｉｎｄｒａｙＢｉｏ—ＭｅｄｉｃｅａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏ．，ＬＴＤ
文章编号：１００６—６５８６（２００６）１１—００６０—０５中图分类号：Ｒ４４３＋．８
文献标识码：Ａ
引言医用监护仪是各类医用电子仪器中应用极为普遍
的一种，它通常被配置于医院的ＣＣＵ、ＩＣＵ病房和手术室、抢救室及其它一些需要长时间监测病人生理参数的场合。它既可单独使用，也可与其它监护仪及中央站一起联网构成监护系统。
但是，一直以来，以临床信息集成、新测量装置和技术、远程监护为特征的高端监护仪，由于技术含量非常高，一直被国外厂商所垄断，价格也非常昂贵。为此，我们在分析国内监护设备现状、广泛吸收国外先进监护仪优点的基础上，利用最新医学传感、微处理器、信号处理、信息集成以及数据传输等技术，新近研制成功了ＢｅｎｅＶｉｅｗ系列病人监护仪。该系列监护仪定位高端，可用于多种场所，对病人的心电、血压、呼吸、体温、脉搏和血氧饱和度、ＢＩＳ、呼吸力学、无创心排等１３种监测参数进行实时智能监测。
本文重点介绍ＢｅｎｅＶｉｅｗ系列病人监护仪系统结构、功能与设计特点。
１监护仪通用结构
目前，临床上对监护仪的使用十分普遍，其优点是能够对病人的状况和生理参数进行连续的监护，检测各参数的变化趋势，指出临危情况，供医生做出应
收稿日期：２００６—１１—１０
急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最小，最后
达到减缓病情并消除疾病的目的。
如图１所示，传统的监护仪主要由４个部分组成：信号采集，模拟处理、数字处理、信息输入输出。这４部分的功能可以简要描述如下：
（１）信号采集：通过电极和传感器拾取人体生理参数信号，并将光、压力等其它信号转化为电信号。
（２）模拟处理：通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹配、过滤、放大等处理。
（３）数字处理：这一部分是监护仪的的核心部分，主要由Ｄ／Ａ转换器、微处理器、存储单元等组成。其中由Ｄ／Ａ转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信
号，由存储器存储操作程序、设置信息和临时数据（如波形、文字、趋势等）。微处理器则接收来自控制面板的控制信息，执行程序，对数字信号进行运算、分析和存储，并控制输出，同时协调、检测整机各个部分
作者简介：罗旭，硕士，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司系统设计工程师；陈琳，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司市场部产
品高级经理；任中昌，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司系统设计工程师
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的工作。
（４）信息输入输出：通过控制面板实现人机交互，同时显示波形、文字、图形，启动报警和打印记录。
２高端监护仪的产品特点和系统结构
传统的监护仪，主要实现监测多种生理参数、信号采集、分析、处理等功能，不具备临床信息集成能力。现代高端监护仪不仅实现同时监测多种生理参数信号、采集、分析、处理等功能，而且实现了多参数化、临床信息集成、智能化控制等功能。
图２、图３说明了我们开发的ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪的系统级应用情况和硬件结构。强大的监护和信息整合功能使ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪能够跨越临床科室、病人床际之限。除了可进行常规的实时监测、分析、存储病人生命体征，还可通过内置式信息集成引擎＠整合多种床边设备（例如：呼吸机、麻醉机、血气分析仪等）的参数、波形和趋势信息；并可任意检索、集成院内放射科、实验室等不同科室的共享信息。
多参数化、临床信息集成、智能化控制等功能的实现使高端监护仪对疾病的自动分析和诊断能力大大增强。它使医生能更全面、及时、准确的掌握患者病情的变化情况，为制定治疗方案和进行应急处理提供重要依据。所有这些变化，都使现代高端监护仪在临床医疗工作中的实用性大大提高。
３高端监护仪的技术特点
３．１高端监护仪软件技术特点
以迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪为代表的高端监护仪系统软件，具有以下技术特点：
（１）实时数据监视
同传统监护仪一样，高端监护仪需要对病人的各项生理参数进行实时监护和诊断，周期性核心时序必须准确。
随着高端监护仪测量参数的增加（迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪支持１３种监测参数），包括模拟输出、同步除颤、高实时性的参数模块解包（数据接收）、波形数据采样和实时波形刷新等实时数据监视的能力已远非传统监护仪可比拟。强大的实时数据监视能力本身就构成了高端监护仪的软件技术特点。
（２）多方协作控制
如图２所示，高端监护仪在系统级应用时，可以支持本地的两个屏（实时性和同步性要求非常高，用于近端手术治疗）、通过网络用于远端观察用的远端显示屏、中央站的双向控制以及更远端的系统（通过网络，用于手术监控、远程医疗等等）。这一应用给高端监护仪软件设计带来的改变是全方位的，它使得高端监护仪的软件系统不再是一个单机系统，而是一个基于网络的多机系统。同时控制的协调，同步数据的更新，同步变更的响应，相互独立的显示操作和数据浏览，这些都是需要精心控制，出一点差错，就会导致整个系统的混乱。多方协作将高端监护仪的系统软件设计推到了另一个顶峰。
《中国Ｎ疗器械信息》２００６年第１２卷第１１期Ｖ０１．１２Ｎｏ．１１
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（３）全面的外设支持
高端监护仪软件系统支持的外设非常多，典型应用包括：
?基于ＦＰＧＡ的显卡；
?鼠标、键盘、轨迹球、蓝牙遥控器等输入设备?ＣＦ卡、ｕ盘等存贮设备；
?网络打印机、记录仪；
?ＰＣＭＣＩＡ的无线网卡。
全面的外设支持，一方面增强了高端监护仪的交互性，另一方面，也为构建以高端监护仪为核心的病
人监护和诊断系统提供了强大的技术平台。与传统监护仪相比，有着质的不同。
（４）信息集成和共享
不仅如此，高端监护仪还要支持相当多的信息共享，这些共享包括：
?监护仪之间的信息共享，即他床观察；
?中央信息系统的实时监控，即中央站；
?医院信息系统的信息共享，即ＣＩＳ、ＨＩＳ等等
?集成显示其他床边设备的信息，即设备集成；
?监护仪显示的延伸，即远端显示；
?历史数据导出（ＰＲＳ）
等等……
信息共享尽管实时性要求不是十分严格，然而它们都是通过网络进行的信息共享，要求的具体信息又各不相同，因此，高端监护仪软件对数据流量的合理安排需要细致设计，同时，高端监护仪对外接口比较多，自身的变化又很多，所以对相关协议的兼容扩展以及如何使用标准协议，都有着有相当高的要求。
３．２临床信息系统（ＣＩＳ）
ＣＩＳ系统一般由应用服务器（即图４中左下方的ＰＡＣＳ服务器、ＬＩＳ服务器、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器），ＣＩＳ服务器和ＣＩＳ终端（即我们的高端监护仪）这三个部分构成。高端监护仪主控系统和ＣＩＳ集成，其实质是利用监护仪来取代ＣＩＳ系统中的ＣＩＳ终端。利用监护仪就在病人床边的优势在近距离提供一个解决方案。在这个方案中监护仪完全取代了一般意义上的ＣＩＳ终端（一般是ＰＣ机）。
图４中左上部分虚线框代表的是监护仪，已经被‘６２《中国医疗器械信息》２００６年第１２券第１１期Ｖ０１．１２Ｎｏ．１１简化为一个主控板和２个ＣＰＵ模块。其中ＣＰＵ板１用
来运行传统的监护软件，支持监护仪所有功能的运作。
而ＣＰＵ板２则用来运行ＣＩＳ软件。
另外，ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪的信息集成引擎还提
供ＩＣＵ／ＯＲ自动电子病历系统、多种评估系统及临床
决策支持，以满足医护人员实现全面诊断的需求。图５
给出了同屏索引并查看ＰＡＣＳ系统中的病人ＣＴ、ＭＲＩ
影像及报告的图例。
３．３插件式结构
插件式结构是高端监护仪的另一大特点，纵观全
球知名的监护仪生产厂商的高端监护仪，无不采用插
件式结构。插件式结构使得组合测量更加得心应手。
包括心电、无创血压、血氧饱和度、体温、有创血压
五种测量参数的一体化参数模块（ＭＰＭ），都可以通
过主机侧面的插槽或辅助插件箱，与热稀释法心排量、
无创心排、呼末二氧化碳（主流／旁流／微流）、呼吸
力学、麻醉气体／氧气、麻醉深度监测参数等单参数模
块任意组合，以全面满足ＩＣＵ／ＣＣＵ、手术室、麻醉科、
术后恢复室等临床应用。
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３．４高集成化设计
高集成化设计是我们进行产
品设计时的另一大特点，以我们
的一体化参数模块（ＭＰＭ模块）
为例，ＭＰＭ模块只占据了２个
槽位，却集成了双通道ＩＢＰ、双
通道体温、ＥＣＧ、ＳＰ０２、ＮＩＢＰ
五种测量参数。
３．５独有的硬件显示技术
现代高端监护仪由于显示内容庞杂，并且整合了ＣＩＳ系统，对显示功能提出了更高的要求。
基于现场可编程门阵列ＦＰＧＡ强大的功能，我们设计了获得专利保护的“多屏合成技术”、“自适应分辨率技术”以及“图形硬件加速技术”，配合ＣＰＵ处理，轻松实现自由组合的多屏幕、多界面显示，任意定制不同的显示内容，进而避免了一屏显示或切换中多帧画面的纷杂，保证实时数据监测。３．６灵活多样的输入功能
强交互性是现代高端监护仪的另一特点。所谓交互性就是指人机对话的功能，也就是机器在人的干预下执行一系列的工作，并产生相应的反馈。现代监护仪中由使用者进行一些功能、参数的设定便是这种交互性的体现。它包括了显示方式选择、报警界限调整、趋势问期设定、病人档案建立、以及其它一些分析诊断项目的设置等内容，给予使用者以极大的灵活性，使之可以根据患者的实际情况来调整仪器的工作状态，以便起到最有效的医疗辅助作用。强交互性也是所有现代化医疗仪器共有的特征之一。
ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪支持编码器、控制杆、触摸屏、键盘和鼠标、无线遥控器等多种输入设备，适应多样化的操作；同时具备全中文应用界面，支持全拼或五笔输入，是真正为中国医护人员服务的监护仪。３．７新颖的测量参数
迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪可用于多种场所，对病人的心电、血压、呼吸、体温、脉搏和血氧饱和度、ＢＩＳ、呼吸力学、无创心排等１３种监测参数进行实时智能监测。目前，在国内监护产品领域里，我们是首家也是唯一能够将无创连续心排测量技术（ＩＣＧ）、呼吸力学（ＲＭ）、双频谱指数（ＢＩＳ）整合到监护仪的国内监护仪生产厂商。上述３个高端参数的临床应用，将有助于医护人员更好地了解病人循环系统（ＩＣＧ）、呼吸系统（ＲＭ）和脑电双频谱指数（ＢＩＳ），从而进行治疗方案的有效、及时调整和确定，提高工作效率，缩短病人住院时间，提高病床使用率，为医院带来经济效益。
（１）无仓０心排测量（ＩＣＧ）
迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪ＩＣＧ监护模块，其测量心排量的原理是无创的胸阻抗法，即当电信号通过胸部传导时总是寻找阻力最小的路径，由于体内导电性最强的是血液，而胸部的血液主要集中在主动脉，这样，每次心脏搏动时，主动脉的血容量和血流速度都会发《中国医疗器械信息》２００６年第１２卷第１１期Ｖ０１．１２Ｎｏ．１１
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生变化，从而导致电信号传导的阻抗发生相应的变化，应用这些随时问变化的阻抗即可计算出每次心脏搏动的泵血量。
ＩＣＧ模块包括
ＤＩＳＱ专利技术（Ｄｉｇｉｔａｌ
ＩｍＰｅｄａｎｃｅＳｉｇｎａｌ
Ｑｕａｎｔｉｆｉｅｒ），这项数字
信号处理专利技术将病
人的阻抗信号数字化，
结合高分辨率模拟数字转换，自动测定阻抗信号增益，能够大大提高准确性和更新性。此外，ＩＣＧ模块还采用了先进的ＭＡＲＣ算法（ＭｏｄｕｌａｔｉｎｇＡｏｒｔｉｃＣｏｍｐｌｉａｎｃｅ），自动调整由于随年龄增长带来的主动脉顺应性变化所引起的误差，得到更精确的计算结果。
无创心排测量（ＩＣＧ）克服了有创心排量测量方法的漂浮导管价格昂贵、某些病人不宜接受有创监测、治疗以及存在着潜在并发症的局限性，其无创、便捷的操作方式使得ＩＣＧ成为越来越多的医护人员的选择。
ＩＣＧ可用于常规诊断，以评价心功能状况；可用于监测药物对心脏功能的影响，以指导治疗，选择最佳治疗方案；还可以用于手术及恢复过程中的实时监测，以及时发现危及生命的血液动力学状况并实施抢救。基于此，ＩＣＧ广泛适用于ＩＣＵ、ＣＣＵ、麻醉科／手术室，急诊室，心内科的病人。
（２）呼吸力学（ＲＭ）
迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪的呼吸力学模块能够监测病人自主呼吸能力、通气储备能力。其基本指标为呼吸压力、容量和流量相关的波形、参数、呼吸环。包括：压力一时间（ＰＡＷ）、流量一时间（ＦＬＯＷ）、容量一时间（ＶＯＬＵＭＥ）波形１８组参数和流量一容积（Ｆ—Ｖ）环、压力一容积（Ｐ—Ｖ）环。以上指标能够提供实时、连续的呼吸力学参数监护信息，可对病人呼吸道状况的意外变化发出警报，协助专业的医护人员更好的管理呼吸机设备。适用于呼吸内科、ＩＣＵ、术后恢复室等科室。
压力、容量和流速被称为呼吸力学的三要素，是呼吸力学监测的基本内容。临床上最常用的气道压力有峰压力、平台压和平均气道压。床旁监测峰压力和平台压对判断呼吸功能恶化的原因，指导治疗具有重
。６４《中国医疗器械信息》２００６年第１２卷第１１期Ｖ０１．１２Ｎｏ．１１要意义。应用呼吸力学模块能够增加简易呼吸机的监测项目，提升所用科室呼吸机的监测水平，从而使医护人员更好地把握病人的呼吸功能。
（３）脑电双频谱指数（ＢＩＳ）
ＢＩＳ是目前麻醉深度监测理想的指标，通过来自Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的数值为０－１００脑电信息，可定量反映不同麻醉药对意识和记忆抑制的程度，已被ＦＤＡ认可，同时亦可应用于ＩＣＵ判断病人的意识状态。
ＢＩＳ范围为１００（全清醒）一０（抑制；无脑电活动）。ＢＩＳ数值越大反映麻醉越浅，直到完全清醒；相反，数值越小反映麻醉越深。ＢＩＳ值８５—１００代表正常状态，６５—８５代表镇静状态，４０—６５代表麻醉状态，低于４０可能呈现爆发抑制。
迈瑞ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪的脑电双频谱指数（ＢＩＳ）模块可监测脑电双频谱指数（ＢＩＳ）、肌电活动（ＥＭＧ）、抑制比（ＳＲ）、频谱边缘频率（ＳＥＦ）、信号质量指数（ＳＱＩ）、总功率（ＴＰ）、爆发（Ｂｕｒｓｔ）。通过对上述参数的综合分析，全面掌握麻醉／手术过程中病人的麻醉深度，可减少麻醉药用量及其并发症、加快病人苏醒，有助于麻醉师更自信、更精确、更安全地实现他们预定的治疗计划。
ＢＩＳ在ＩＣＵ的应用有助于医护人员对病人镇静水平的精确判断，节省镇静药物，有效提高床旁病人管理的效率，减少呼吸机使用的天数，提高患者的舒适性。
４结论
本文重点介绍了以ＢｅｎｅＶｉｅｗ病人监护仪高端监护仪的结构设计和技术特点。利用现代医学传感、微电子、计算机网络与通信技术，是监护仪提高实用化、智能化程度的基础。现代高端监护仪的使用不仅可以提高护理工作的效率，更重要的是，它为更全面、更准确的掌握患者病情，提高医疗服务质量提供了更可靠的保障。
参考文献
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［３１吴宝明何庆华杜晓兰刘彦肖剑。便携式多生命指征监护仪系统结构设计。医疗卫生装备２０００
Ⅶ１?２１Ｎ。?１１０～１２蕊
＿ 万方数据
一种融合了CIS系统的高端监护仪原理及应用
作者：罗旭， 陈琳， 任中昌， LUO Su， CHEN Lin， REN Zhong-chang
作者单位：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司,深圳,518054
刊名：
中国医疗器械信息
英文刊名：CHINA MEDICAL DEVICE INFORMATION
年，卷(期)：2006,12(11)
参考文献(3条)
1.张江波多参数监护仪的测量原理及其正确使用方法 1999(03)
2.费保蔚多参数病人监护系统的研制 1996(03)
3.吴宝明;何庆华;杜晓兰;刘彦 肖剑便携式多生命指征监护仪系统结构设计[期刊论文]-医疗卫生装备 2000(01)
引用本文格式：罗旭.陈琳.任中昌.LUO Su.CHEN Lin.REN Zhong-chang一种融合了CIS系统的高端监护仪原理及应用[期刊论文]-中国医疗器械信息 2006(11)