1、第二章 体温监测仪器,麻醉设备学,安医大二附院李加荣,2,第一节 医用电子监测仪器概述,医用诊断设备,医用治疗设备,呼吸机、麻醉机、输液泵、人工心肺机、高频电刀、刀等,在医疗设备分类中，医用电子监测仪器所在的位置：,3,第一节 医用电子监测仪器概述,医用电子监测仪器的基本构成,4,第一节 医用电子监测仪器概述,典型生理参数及其传感器和电极,5,第一节 医用电子监测仪器概述,信号预处理由于生理信息换能器的输出通常具有电量幅度小、频率低的特点，极易受外界和人体自身因素干扰。因此在转换、分析之前，必须进行预处理。常用信号预处理的方法：采用差分放大电路，抑制输入干扰信号和电路噪声采用滤波电路，滤除生理
2、信号频谱范围之外的信息采用非平衡电桥，提取和放大有用信号,6,第二节 温度检测的基本原理和方法,热量的概念：热量是能量的一种形式。热力学第一定律：封闭系统中总能量恒定。能量即不会增加，也不会消失。热力学第二定律：封闭系统中，热量总是从温度较高的区域流向或传递到温度较低的区域，除非通过做功使其向反方向移动。,7,第二节 温度检测的基本原理和方法,热量的传递方式：两个物体有温度差时或一个物体的温度改变，热量将会从温度较高的区域转移到温度较低的区域，直到达到热平衡状态。传导 主要在固体中进行主要在固体中进行，有时也在流体中进行，较热的分子将能量直接传递给较冷的分子。 对流在流体中进行在流体中进行。辐
3、射通过电磁波在物体间传递能量，不需要传递介质的存在，真空中同样会有辐射。,8,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度的定义：温度是表征物体冷热程度的物理量。是一个物体相对于某个参照物的冷热程度的量度。温度是大量分子热运动的集体表现，是物体分子平均动能的标志，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。两个物体温度相同，但所含热量可能不同。加热一杯水和加热一桶水所需的热量一样吗？烧开一锅水和烧开一锅油所需的能量一样吗？,9,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。用来量度物体温度数值的标尺叫温标，如华氏温标、摄氏温标、热力学温标。-273.16 绝
4、对零度。是热力学温标的开始，是温度的极限。假设达到这一温度，所有原子和分子的热量运动都将停止。这是一个只能逼近而不能达到的最低温度。人类在1926年得到了0.71K的低温，目前，已得到了距绝对零度只差三千万分之一度的低温，但仍不可能得到绝对零度。其实，绝对零度无法测量，是依靠计算得出来的。温度降低时，分子的活动就会变慢。那么依靠计算得出，当降到绝对零度时，分子是静止的。所以就得出了绝对零度的概念。,10,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度的测量方法分类,11,第二节 温度检测的基本原理和方法,测温方式 - 接触式测温法：按照测量体是否与被测介质接触，可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类
5、。接触式测温法：测温元件直接与被测对象接触。两者之间进行充分的热交换，达到热平衡状态。优点：直观可靠直观可靠缺点：1）感温元件影响被测温度场的分布；2）接触不良等会带来测量误差3）温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命不利,12,第二节 温度检测的基本原理和方法,测温方式 非接触式测温法：感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换射进行热交换。优点：1）避免接触被测目标；2）具有较高的测温上限；3）反应速度快，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。缺点：由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，测温误差相对较大。,13,第二节 温度检测的基本原理和
6、方法,温度的测量方法,14,第二节 温度检测的基本原理和方法,15,第二节 温度检测的基本原理和方法,一、玻璃温度计测温法利用液体热胀冷缩的原理制成。封闭在玻璃管中的液体受热时体积膨胀，液柱升高；温度降低，液柱下降。,贝克曼温度计是精确测量温差的温度计，它的主要特点是: (1)它的最小刻度为0.01，用放大镜可以读准到0.002，测量精度较高;还有一种最小刻度为0.002，可以估计读准到0.0004。(2)一般只有5量程，0.002刻度的贝克曼温度计量程只有1。 (3)其结构与普通温度计不同，在毛细管上端，加装了一个水银贮管，用来调节水银球中的水银量。因此虽然量程只有5，却可以在不同范围内使用
7、。一般可以在-6120使用。,16,第二节 温度检测的基本原理和方法,二、热敏电阻测温法热敏电阻测温法是中低温区最常用的一种温度检测器，测量精度高、性能稳定。其中铂电阻是一种比较特殊的热敏电阻，由于它的温度范围宽，线性极佳，(在-40125度范围内非线性仅为 0.2%)，因此在工业上成为了一种标准，可以和仪表直接连接。,17,第二节 温度检测的基本原理和方法,热敏电阻测温原理及材料任何物体的电阻都与温度有关，但是能满足要求的并不多。在实际应用中，不仅要求有较高的灵敏度，而且要求有较高的稳定性和重现性。按感温元件的材料来分有金属导体和半导体两大类。金属导体有铂、铜、镍、铁和铑铁合金。目前大量使用
8、的材料为铂、铜。半导体有锗、碳和热敏电阻（氧化物）等。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。,18,第二节 温度检测的基本原理和方法,PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料。该材料是以BaTiO3 (钛酸钡) 、 SrTiO3 (钛酸锶) 、PbTiO3 (钛酸铅)等为主要成分的烧结体，掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导体化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷；同时还添加增大其正
9、电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的热敏电阻材料其温度系数随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化。,19,第二节 温度检测的基本原理和方法,NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结
10、温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。,20,第二节 温度检测的基本原理和方法,临界温度热敏电阻CTR（Critical Temperature Resistor ）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数。构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻。骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变。这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒，则急
11、变消失。产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置，因此产生半导体-金属相移。CTR能够作为控温报警等应用。,21,第二节 温度检测的基本原理和方法,2.热敏电阻测温系统的测温原理热敏电阻测温的基本原理是将随温度变化的电阻转化为电压变量，一般由热敏电阻温度传感器、测温电路、连接导线和显示仪表等构成。,22,第二节 温度检测的基本原理和方法,随着集成电路制造技术的提高，大量的集成温度传感器应用于体温检测仪器中。例，MAX6611 型集成温度传感器，及其应用电路、输出特性如图所示：,23,第二节 温度检测的基本原理和方法,三、红外线测温法1.红外辐射的发现1800年，英国天文学家 Will
12、iam Herschel 用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应热效。,他发现，当水银温度计移到红色光边界以外色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后称为“红外线”，也就是“红外辐射”。,24,第二节 温度检测的基本原理和方法,电磁波谱电磁波谱是为了便于研究而给一系列辐射现象赋予的名称。红外线自然界任何物体，只要温度高于绝对零度(-273.15C)，就会就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发射能量，产生电磁波(辐射能)。红外线波长范围：0.75m 1000
13、m。,25,第二节 温度检测的基本原理和方法,2.红外测温法的原理任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量，所辐射能量的大小直接与该物体的温度有关。只要测出所发射的能量，就可得出物体温度。利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外辐射测温仪。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。它有很宽的测量范围，从-50直至高于3000。,26,第二节 温度检测的基本原理和方法,3.红外热成像原理光学器件将物体发出的红外辐射聚集到探测器上，探测器把入射的辐射转换成电信号，进而被处理成可见图像，即热图。,27,第二节 温度检测的基本原理和方法,四、化学测温法化学测温法的原理不尽相同，但
14、都是物体受热后发生一系列化学变化，导致检测物的分子结构改变，使得反射光的颜色发生变化。例，变色测温贴片,28,第三节 体温监测仪器,一、人的体温人体不同部位的温度是不同的。代表人体真实温度的是心脏和脑部的血液温度，称作中心温度。按测量的部位，体温测量分为：肺动脉中心测温：是最准确的方法，缺点是有创、操作复杂直肠测温：是临床体温测量的标准。但滞后于中心温度的变化前额测温：简便、廉价、无创。但影响因素较多，准确率低。腋下测温：(同前额测温)口腔测温：简便，应用较广泛，但也不够准确，需要患者配合才能完成，不适合幼儿、有插管和镇静状态的患者。耳鼓膜测温：无创、快捷、准确。鼓膜的位置接近下丘脑，可以较为
15、准确地反映下丘脑的血液温度。已成为中心温度的较好代表。,29,第三节 体温监测仪器,二、基于热敏电阻的电子体温监测仪经口腔、直肠或皮肤表面的电子体温检测通常采用热敏电阻测温法。热敏电阻体温监测仪器一般由热敏电阻传感器、电阻矩阵、运算放大器、A/D转换电路以及报警和显示电路组成。,30,第三节 体温监测仪器,目前临床使用的绝大多数多参数监护仪，都有体温监测功能，需要配合(热敏电阻)传感器使用。可以连续监测病人体温，减少护士工作量。但精确度低于玻璃体温计。,31,第三节 体温监测仪器,三、红外辐射体温测量仪医用红外辐射体温测量仪有皮肤红外体温计、红外耳鼓膜测温计以及红外热成像仪三种类型。红外测温法
16、的优点：不接触、不传染，快速缺点：准确度低，误差大，不稳定。造价高，操作复杂。1.测量皮肤表面温度的红外温度计通常是测量额头(因为方便)皮肤温度的测量受以下两个因素的很大影响：皮下血流分布情况，以及皮肤附近的传热情况(风速、气温等)皮肤的辐射率。(不同的人，同一人不同部位均不同),32,第三节 体温监测仪器,2.红外耳鼓膜测温计专门用于测量耳道内鼓膜温度的红外辐射温度计，测量原理与皮肤表面红外温度计一样。鼓膜温度接近人体基础温度；耳道壁和鼓膜形成的腔体，其辐射率十分接近于1，因此测量准确。,33,第三节 体温监测仪器,但所测得的耳温并不等于鼓膜温度，而是包括鼓膜和部分耳道壁的一个而的综合辐射能
17、所对应的温度。对测得的结果需要进行修正，修正方法有三种：第一种，仪表自动修正，读数为口腔温度第二种，不作修正，读数是耳温第三种，仪表有模式选择，可选用不同的修正模式。,34,第三节 体温监测仪器,3.红外热成像仪是一种体表温度分布测量装置，是专门针对人体温度分布测量而设计的。仪器包括扫描系统、聚焦系统、参考黑体和红外检测器等部分。它测量的是广大视角内“面”的温度，即二维温度。它的检测元件不是单一的光-电转换元件，而是一个光-电转换阵列；信号处理单元复杂，需加入图像处理功能；显示单元是图像显示屏。(这方面的原理与数码相机相似)在黑白屏幕中，以图像的明暗表示红外辐射的强弱；在彩色屏中，则用不同的颜
18、色表示。红外热成像仪的设计目的是测量表面的温度分布，而不是温度的值。,35,第三节 体温监测仪器,左侧乳腺癌,电子电路故障,输电线路隐患,36,第四节 术中保暖设备,人类的中心体温一般维持在一个极其狭窄的范围内(小于0.4)，但麻醉等因素改变了寒冷和受热反应(血管收缩、寒战和血管舒张、出汗)的阈值，使得阈值的范围变宽。因此，术中患者可能在寒冷的环境中出现低体温，在温暖的环境中出现高体温。因现代化交货手术室中，环境温度普遍较低，使得患者的体温也降低。一、术中常用的保温措施通过减少经辐射、对流、蒸发、传导的热量丢失，维持患者体温。包括控制环境温度、被覆隔离、加热所有静脉输入液体以及作用手术患者保温
19、设备。,37,第四节 术中保暖设备,二、红外辐射加温仪红外辐射加温仪由辐射加热灯头、体温检测和显示以及装置构成。加热头是产生红外辐射的部件，由陶瓷材料加涂层制成。医用红外辐射加温仪加热头产生的红外辐射的波长集中在23m之间，这段波长的红外辐射不会对人体造成危害。大部分辐射能量能穿透表层皮肤组织，被浅表血管中的血液吸收，经微循环将能量输送至全身各处。,38,第四节 术中保暖设备,选择照射部位时，应选择靠近皮肤表面的、具有动静脉直捷通路和部位，如脸部、耳部、四肢等。当身体发热时，动静脉直捷通路就会扩张，动脉血直接流入静脉系统，这使得局部血流量大增加，从而快速地把能量带到身体其他部分。为避免灼伤皮肤，辐射的能量须控制在100mW/cm2以内。温度报警功能也可防止出现过热。使用红外辐射加温仪应注意避开眼睛。,39,第四节 术中保暖设备,三、压缩空气热交换毯由加热器、压缩机、鼓风机、输出热空气温度监测与保护、控制面板以及保温毯等基本结构组成。加热器加热空气，由鼓风机吹入保温毯。保温毯为中空的医用薄膜，与患者皮肤接触的一面有大量均匀分布的微孔，热空气从微孔中流出并围绕在患者身体周围，保持患者体温。,Thank You !,李加荣2012年5月,
