b. 心電的臨床檢驗方法
正如前面所述,心電信號監測是基于直接測量方法,目前沒有針對心電相關的臨床試驗法規,按目前我們的臨床試驗經驗,在臨床試驗方案的制定中特別強調采用兩套心電電極,并安放在人體相近的位置,充分考慮對應數據記錄的同步、高頻手術電刀的影響程度及數據分析方法等方面的內容,并注重臨床試驗過程的一致性監控,嚴格按既定的臨床方案進行臨床試驗,確保過程受控、關鍵點有記錄。
作為心電監護儀的生產廠家和國家的質量檢驗測試機構,肯定配置有完整的心電模擬器、標準信號發生器、標準心電數據庫、測試工裝等測試設備和手段,在產生、檢驗等環節是完全受到廠家和檢驗機構的嚴格把關,各種參數指標都是要經過測試的,并滿足廠家聲稱的規格說明,但產品一旦上市,并在銷售到最終用戶的手中,常規的年檢是不可能如在生產過程中那樣進行全面測試,可以對其中最關鍵的指標進行測試,如: 心電的放大倍數(靈敏度)、頻帶寬、共模抑制、漏電流等指標進行測試,確定這些指標的測量值是否仍在規定的限制范圍內,這樣就能確定當前的監護儀的心電部分功能是否還能繼續在臨床投入使用,否則就需要與該產品生產廠家的維修部聯系,確定維修事宜。
三、無創血壓測量特性的檢驗和評估方法
1. 概述
無創血壓測量功能是監護儀最基本的監測參數之一,也是反映監護儀性能特征的關鍵參數,目前大多數監護儀上所采用的無創血壓方法都是基于振蕩法的,雖然這個方法存在某些局限性,但因其使用方便,測量結果客觀、重復性好,在臨床得到廣泛應用。
2. 無創血壓測量的基本原理
無創血壓測量方法一般是采用振蕩法,即利用捆綁在手臂上袖帶,并通過充氣泵向袖帶充氣以阻斷血管中脈動的傳播,再以線性(3~5mmHg/s)或階梯放氣(6~15mmHg/階梯)形式逐步對袖帶放氣,并借助于連通于氣路的橋路壓力傳感器和相應的放大、濾波電路、A/D、CPU控制等將通過袖帶傳遞到氣路中的脈動信號和壓力信號轉換成數字信號,進一步對這個脈搏波、袖帶壓進行適當的數據處理,得到包含脈搏波變換趨勢的系列脈搏波和對應的袖帶壓力,利用最大脈搏處的袖帶壓將對應于受試者的平均壓和一些經驗的比例系數算法就可以計算出所需要的收縮壓、舒張壓、平均壓以及脈率等結果,上述檢測準確性將取決于壓力傳感器、檢測電路的線性程度、脈搏波識別方法、基于脈搏波的振蕩趨勢恢復方法和經驗的比例系數算法,無創電子血壓測量設備的專用標準上要求需要通過臨床評估方法來確認測量的準確性和使用范圍。
3. 無創血壓測量的檢驗方法
a. 無創血壓測量的模擬器檢驗
血壓的測量是針對人體動脈血管內因心臟的“泵血”功能所產生的血液流動和對血管施加的壓力變化活動的測量,可分為間接測量和直接測量,對于直接測量方法(也稱為有創壓方法)將在后續的章節中介紹。對于間接測量方法(也稱為無創血壓測量方法),大多數監護儀都是采用了基于振蕩法的無創血壓測量方法,而血壓模擬器也是和大多數監護儀的血壓測量原理一樣也采用了振蕩法來模擬人體的血壓產生過程,當采用血壓模擬器設置某組血壓值時(收縮壓、平均壓和舒張壓),這個血壓模擬器將會根據這組血壓值來產生振蕩波和相應的袖帶壓力,最大振蕩波的幅度值處的袖帶壓力是對應于平均壓,根據這個平均壓和相應的比例系數來確定收縮壓和舒張壓,也就是說血壓模擬器會根據內部的程序設置來固定地給出每組血壓值和相應的振蕩波,而不同的模擬器廠家所設定的比例系數是不同的,而且每種模擬器所模擬的振蕩波的變化趨勢也不會完全相同,所以同一個監護儀在利用不同廠家的模擬器評估時可能得到不同的結果,而且沒有一個血壓模擬器生產廠家聲稱自己的血壓模擬器所產生的模擬血壓輸出是嚴格按無創血壓的臨床評估標準通過臨床試驗得出的,所以這種血壓模擬器所產生的每個組合血壓值不能用于衡量監護儀的血壓測量的準確性。
目前大部分無創血壓測量模塊的生產公司也是根據振蕩法來完成無創血壓測量方法的實現,即檢測振蕩波的最大值,這個最大值所對應的袖帶壓即為平均壓,再根據這個平均壓、最大脈搏波幅度和相應的比例系數來確定收縮壓和舒張壓,由于這里所測量的收縮壓和舒張壓要符合臨床的實際情況,即要和臨床病人通過同步或順序的聽診法和有創壓法所得到收縮壓和舒張壓進行對比,統計分析的誤差要滿足無創電子血壓測量設備的專用標準要求,因此這些血壓模塊的設計、制造公司在確定上述比例系數方法時進行了大量的臨床試驗研究,在臨床試驗研究中需要嚴格按血壓臨床評估標準的要求,根據受試病人血壓的高、中、低分布、手臂的粗細分布、新生兒、年齡等的不同特點來選擇受試對象,比較分析血壓的測量結果,并使得振蕩法中所使用的比例系數在不同的血壓段、不同的應用中是自適應調節的,這樣就使得在各種應用情況的血壓測量結果更能符合臨床的實際情況,確保臨床使用的有效性。
基于上述的情況介紹,如果采用血壓模擬器來評價血壓模塊的準確性將產生來自不同監護儀生產廠家的各種監護儀的血壓測量不準的問題,而采用不同廠家的血壓模擬器來評價同一個監護儀的血壓測量特性也會得到不同的測量結果,因此,血壓模擬器不能作為無創血壓測量準確性的衡量依據,但由于血壓模擬器在血壓范圍的設置、脈率的改變、脈搏波幅度、干擾信號定量化產生等的改變上方便、靈活,可以作為無創血壓測量一致性、測量范圍、脈率變化的適應范圍、脈搏波幅度的適應范圍、抗干擾特性等方面的評價準則。
靜態袖帶壓力的測量范圍和精度檢驗也是可以通過血壓模擬器來完成,SP-10標準中規定了電子血壓測量設備的靜態袖帶壓力的測量準確性,0~ 200mmHg內誤差不超過±4mmHg,>200mmHg誤差不超過測量值的2%,過壓保護點的設置: 成人不超過300mmHg+10%,新生兒不超過150mmHg+10%。
另外單次血壓測量的測量時間及其限制是可以通過血壓模擬器來完成的,SP-10標準上規定了單次血壓測量時間限制: 成人為180s,新生兒為90s。
基于振蕩法的無創血壓測量的血壓模擬器評估將主要重點評價:
i. 血壓測量的范圍;
ii. 血壓測量的一致性;
iii. 袖帶脈搏波強度和脈率的變化對血壓測量的影響;
iv. 靜態袖帶壓力測量范圍和精度;
v. 過壓保護點的測試;
vi. 單次血壓測量的時間及其限制。
b. 無創血壓的臨床試驗檢驗
由于無創血壓的測量方法是間接的,血壓測量又是一個最關鍵的臨床生理指標之一,所以國際上針對無創血壓準確性評估的臨床試驗方法制定有專門的標準,如AMMI的SP-10,歐盟的DIN58130等,對血壓測量功能的安全性和有效性的設計和評價都有詳細的規定,這里重點對臨床試驗方案中主要部分做一些簡介。
在臨床試驗方案的制定上需要嚴格按照這些專標的要求,如在受試對象的選擇、受試對象的數量、異常數據或受試對象的剔除、試驗結果接受準則的制定、臨床對比試驗方法和步驟的制定、數據記錄組數和數據分析方法的選擇等,對成人和新生兒又有不同試驗對比方法的要求,具體方案的制定請嚴格參考上述的有關標準的內容,確保最終的臨床試驗滿足這些標準的規定。
根據SP-10的規定,臨床評估應分為成人和新生兒兩個部分進行,成人部分的評估方法應選擇聽診法或者有創壓方法作為同步測量對比方法,在受試者的選擇上應考慮高、中、低血壓的分布數量,以及各種手臂圍的分布,特別是粗手臂圍所占的比例,總的有效受試者數量不少于85例,每例所得到的數據組數不少于3; 新生兒部分的評估方法應選擇有創壓方法作為同步測量對比方法,而有創壓穿刺的部位首推臍動脈,受試對象不少于15例,每例所得的數據組數不少于3。
根據上述SP-10規定的臨床評估要求,在嚴格按上述標準所規定的方法實施后,對這些臨床對比數據進行相關的統計分析,給出分析結果; 這個標準還給出了這個臨床評估結果可以接受的準則,即分析結果: 對比的平均誤差不能超過±5mmHg,對比的標準誤差不超過8mmHg,所以各個監護儀廠家在其產品的規格書上所聲明的無創血壓測量的準確性就是指上述的臨床評估的統計結果。
4. 無創血壓測量的檢驗內容和步驟
a. 概述
無創血壓測量方法一般是采用振蕩法,是一種無創的間接血壓測量方法,前面已經敘述了對其檢驗、評估的方法,但還需要進一步規范檢驗的具體步驟和內容,便于采取統一的檢驗手段,客觀地評估無創血壓測量的準確性和有效性。
b. 基本指標與標準、法規要求
i. 基本指標
o 靜態壓力測量范圍和精度;
o 血壓測量范圍和精度;
o 成人、小兒模式;
o 新生兒模式;
o 脈率測量范圍和精度;
o 過壓保護設置;
o 成人、小兒模式;
o 新生兒模式;
o 軟件方式;
o 硬件方式;
o 測量間隔時間設置(自動測量模式);
o 單次血壓測量的時間(正常血壓測量);
o 單次血壓測量的時間限制。
ii. 標準與法規
(a) 歐洲標準:
o EN 1060-1,Non-invasive sphyg-momanometers-Part 1: General require-ments
o EN 1060-3,Non-invasive sphyg-momanometers-Part 3: Supplementary requirements for electro-mechanical blood pressure measuring systems
o DIN58130,SP-10,Electronic or automated Sphygmomanometers,2001
(b) 國內標準:
暫無
c. 檢驗內容與方法
i. 設備
數字壓力計、水銀壓力計、500cc的圓柱體(手臂模擬裝置)、血壓模擬器及附件。
ii. 檢驗內容與方法
(a) 靜態袖帶壓力檢驗
利用數字壓力計或水銀壓力計與監護儀的血壓測量氣路的接口連接同步測量袖帶的靜態壓力,這時袖套應纏繞在500cc的圓柱體上,監護儀上所顯示的當前壓力值與數字壓力計上的值之間的誤差應在預期的范圍內。
(b) 過壓保護檢驗
利用數字壓力計或水銀壓力計與監護儀的血壓測量氣路的接口連接,測量當袖帶的靜態壓力超過保護壓力點時應產生保護,壓力誤差應在預期的范圍內。
(c) 血壓測量準確性檢驗
臨床評估報告檢查(針對血壓測量模塊技術的整機臨床評估報告,要求嚴格按SP-10標準規定的臨床方法進行)的試驗結果符合SP-10的規定。
(d) 血壓測量一致性檢驗
利用血壓模擬器設置高、中、低三種血壓模型(如60/40/30、120/100/90、200/190/175mmHg等三組),分別在每種模型上測量10次,分別計算這10次血壓測量結果的平均值和標準差,重點并不關注在這些模型設置上測量值與標稱值的符合性。
(e) 血壓測量范圍檢驗
根據企業標準規定的血壓測量的上限和下限,利用模擬器設置上限、下限二種血壓模型(如40/30/10,270/250/235mmHg),并進行測量,分別在每種模型上測量5次,確保每次測量都是成功的,可以評價這個血壓測量技術的最低、最高血壓測量限制。
(f) 測量間隔時間檢驗
2. 體溫的測量原理和方法
基于熱敏電阻的體溫測量原理是針對熱敏傳感器與人體接觸后的熱平衡對熱敏傳感器阻值的影響程度來獲得體溫信息的,由體溫電路的驅動部分向熱敏傳感器施加的特定恒定電流,將熱敏傳感器的阻值改變轉換成電壓改變,再通過放大、濾波以及基于軟件的信號變換來進一步得到溫度值,不同溫度傳感器將會產生不同的信號變換形式,最常用的是美國YSI體溫探頭、YSI兼容探頭,國內還有其它品牌的體溫探頭,這是一種直接信號測量方法,測量準確性與否將完全取決于溫度信號放大電路和恒流源驅動電路設計,以及溫度熱敏傳感器的特性,因此體溫參數的測量性能評估應分成兩個部分,一是針對溫度放大電路的測試評估,二是針對熱敏傳感器的測試評估,第一部分的電路特性評估可以根據軟件上所設置的溫敏傳感器特性依次設置不同精密電阻來檢驗體溫測量電路的準確性,這是目前大多數監護儀公司在其產品規格書所給出的指標,第二部分的熱敏傳感器的檢驗可以在第一步完成的基礎上進行,通常采用水域法對比。
3. 體溫測量的檢驗方法
a. 體溫的模擬器測試
目前大部分多參數信號模擬器沒有上述的體溫檢驗功能。所以,通常在實驗室檢驗過程中通過使用精密電阻箱作為電阻改變源來模擬不同溫度下的電阻值,從而進行體溫放大電路的實驗室測試,可以完成溫度測量電路和基于特定熱敏傳感器特性的軟件算法的溫度測量范圍和精度的評估; 再通過使用水域法的恒溫箱、熱敏傳感器和精密溫度測試儀,可以完成對溫度測量電路和溫敏傳感器的整體測量精度、范圍和響應時間的評估,另外考慮到體溫測量在手術室的預期應用,在實驗室測試中應特別考慮手術中的高頻電刀可能對體溫測量影響的測試項目。
根據上述的描述,基于熱敏特性的體溫測量的實驗室檢驗方法將重點考察:
1. 體溫電路的測量范圍和精度;
2. 體溫電路和熱敏傳感器的整體測量范圍、精度和響應時間;
3. 手術所用的高頻電刀能否對體溫測量電路產生影響。
b. 體溫的臨床測試
根據體溫探頭和體溫測量方法的預期用途,針對性地制定臨床對比方案,選擇合適的參比設備、測試和參比體溫探頭“同一地點”安裝位置、同步數據記錄等基本手段,在方案中特別還應
提到在手術室內應用體溫監測功能時使用高頻手術電刀可能對體溫測量的影響,確保體溫探頭的臨床對比數據的可靠性,給出明確的對比分析報告,充分驗證體溫監測功能在各種預期用途中的有效性。
4. 體溫特性的檢驗步驟和內容
a. 概述
體溫測量是基于熱敏電阻的變化來得到相應的體溫值,其測量范圍和精度將依賴于體溫測量電路和溫度傳感器,在實驗室評估時將重點考慮體溫測量電路的準確性和頻響特性,而體溫探頭的測量準確性將由體溫探頭的制造商保證,提供規格說明書和測試報告。
b. 基本指標與標準、法規要求
1. 基本指標: 測量范圍、測量精度、響應時間。
2. 標準、法規: 國際專標,EN12470-4 2000,“Clinical thermometers-Part4: Performance of electrical thermometers for continuous measurement”。
c. 檢驗方法
1. 設備精密電阻箱、恒溫箱、體溫探頭、連接電纜和具有基于熱敏電阻特性的體溫測量功能的監護儀、高頻電刀及附件。
2. 檢驗內容與方法: 首先參考標準上所規定的測試方法; 其次是參考企業標準上所推薦的測試方法; 檢驗內容應包含上述的基本測量參數和其它有關安全的指標; 設置高頻電刀的功率和適當的連接形式,啟動高頻電刀,觀察高頻電刀能否影響體溫的讀數。
d. 結果與通過與否的原則
1. 首先所有測試必須滿足相關的通用標準和專標中所對應的條款。
2. 所有測試必須滿足企業標準的相應的條款,企業標準不能低于上述的標準。
e. 其它
這里特別需要說明的是體溫的測量精度,一般情況下多數監護儀生產公司所提供的體溫測量的精度規格是指體溫電路在常溫下利用精密電阻箱所得到的評估結果,這個精度不含體溫電阻探頭,一般體溫探頭在不同的溫度段會存在0.1~0.3℃的偏差,不能將體溫探頭和測量電路的共同綜合誤差混成體溫電路的誤差。由于基于熱敏電阻特性的體溫探頭的熱容量很大,在體溫測量過程中常發生體溫測量的溫度值低于體溫計的測量值0.3~0.5℃,如果在同一部位的測量時間再延長到1小時,上述的溫度差就可能縮小到0.3℃的范圍內,這也說明這種基于熱敏電阻特性的體溫測量方法更適合于長時間的體溫趨勢性監測的臨床應用,而不是這種測量方法存在缺陷。
六、呼吸監護特性的檢驗與評估方法
1. 概述
基于阻抗法的呼吸信號的監測是監護儀的必備參數之一,由于這個方法的使用不需要特殊的傳感器和特別的方法,利用心電電纜、電極以及相關的呼吸信號監測電路和波形識別、計算方法就能完成呼吸的監測,為危重病人和新生兒的呼吸狀態監測、窒息信息報警提供重要的參考和明晰的提示,為監測病人的安全提供有效保證,具有顯著的臨床意義。
2. 呼吸信號測量的原理和方法
基于阻抗法的呼吸信號的測量是針對人體呼吸引起的胸部起伏所產生的阻抗變化來得到呼吸信號的,這個阻抗變化通常只有幾歐到零點幾歐,所產生呼吸電信號的幅度只有μV級,因此需要數萬倍的信號放大。由于是阻抗變化,首先由呼吸電路發出的幾十kHz的高頻載波信號,以恒流源的形式通過與人體連接的心電電極、心電電纜等加載到人體的胸部,因人體呼吸所引起的胸部阻抗變化來調制這個高頻載波信號,并再次通過上述的心電電極、心電電纜傳送給呼吸信號處理,即通過高頻信號放大、呼吸信號檢波、濾波、呼吸信號放大等處理電路來進一步從這個高頻載波信號恢復得到呼吸信號,這是一種直接的信號測量方法,測量的準確與否和監測特性將完全取決于上述電路的設計和基于軟件的呼吸波形特征識別算法,如增益、帶寬設置、高頻載波信號輸入、輸出的耦合形式等。
3. 呼吸信號測量的檢驗方法
a. 呼吸信號測量方法的模擬器檢驗
多參數信號模擬器都具有呼吸信號的模擬輸出,也是通過心電電極及連接電纜與呼吸信號測量電路相連接,在原理上這個模擬器是通過數字方式來設置一定的基阻抗、產生特定的電阻大小變化和這個電阻大小變化的節律來模擬人體的胸部阻抗變化及變化節律,從而能模擬人體的呼吸狀態及其變化。模擬器可以程序化地給出準確的節律變化范圍和不同幅度的阻抗變化用于測試,如模擬器能連續地發出各種頻率的節律信號就可以評估呼吸電路的通頻帶,雖然呼吸電路的通頻帶沒有心電電路的要求高,通過這個調節能檢驗呼吸電路能最高檢測的呼吸信號頻率和最低信號頻率,同時通過改變呼吸阻抗的變化范圍來檢測呼吸電路的檢測靈敏度,因此,可以通過模擬器方式來檢驗呼吸電路對呼吸信號測量的靈敏度、呼吸率計算的準確性和測量范圍。
根據上述的描述,基于阻抗法的呼吸信號測量的模擬器檢驗方法將重點考察:
1. 呼吸率的計算范圍和精度;
2. 呼吸率計算的靈敏度;
3. 呼吸電路對基阻抗改變的適應能力;
4. 抗心動干擾的處理。
b. 呼吸信號測量方法的臨床檢驗
根據呼吸監測的預期用途,制定臨床對比方案,選擇參比設備、測試和參比設備電極的安裝位置、同步數據記錄等基本手段,在方案中特別還應提到在手術室、監護病房的應用對比,同時還應給出在運動干擾情況下的呼吸率計算的穩定性對比,確保呼吸率計算和窒息信息報警的可靠性,并根據上述方案和試驗結果給出明確的對比分析報告,充分驗證呼吸監測功能在各種預期用途中的有效性。
4. 呼吸特性的檢驗步驟和內容
a. 概述
基于阻抗法的呼吸監測方法是一種通過阻抗變化的呼吸波形來識別呼吸波和計算呼吸率的方法,由于這個方法極易受到運動干擾和心動的干擾,這就需要在波形識別方法有剔除干擾波的能力,由于基阻抗的變化也將對呼吸波形的幅度產生影響,因此在對呼吸特性檢驗時應重點考慮呼吸波的測量范圍、抗干擾能力和基阻抗的適應能力。
b. 基本指標與標準、法規要求
1. 基本指標: 基阻抗范圍、呼吸波頻帶范圍、呼吸率測量范圍和精度、呼吸波增益范圍、呼吸率計算的最低靈敏度、心動干擾識別與窒息報警、窒息報警時間。
2. 標準、法規: 暫無。
c. 檢驗方法
1. 檢驗設備: 多參數信號模擬器、呼吸波信號發生器、多種型號的心電電纜和具有基于阻抗法的呼吸測量功能的監護儀。
2. 檢驗內容和方法
a. 基阻抗范圍: 根據企業標準,通過模擬器設置500Ω、1000Ω、1500Ω、2000Ω、2500Ω等不同的基阻抗,還可以考慮使用包含2kΩ電阻的抗除顫心電電纜,觀察上述的基阻抗改變對呼吸率的計算和呼吸波的影響,并確認能計算呼吸率的最小呼吸阻抗輸入下所對應的最大基阻抗。
b. 呼吸波的通頻帶: 根據企業標準,通過模擬器設置1000Ω基阻抗和0.5Ω阻抗變化,最大范圍地改變呼吸率,觀察呼吸波的改變,確認能計算出呼吸率的最大呼吸率變換范圍,通頻帶超過2.5Hz的設計指標是比較好的。
c. 呼吸率測量范圍和精度: 根據企業標準,通過模擬器設置1000Ω基阻抗和1Ω阻抗變化,最大范圍地改變呼吸率,確認能計算出呼吸率的最大呼吸率變換范圍,保證呼吸率的上限能達到或超過120RBP是比較好的設計指標。
d. 呼吸率計算的最低靈敏度: 根據企業標準,通過模擬器設置2500Ω基阻抗和最大范圍的呼吸率,設置能計算出呼吸率的最小輸入歐姆變化,并確認這個最低靈敏度,靈敏度能達到或低于0.5Ω是比較好的設計指標。
e. 呼吸波增益范圍: 根據企業標準,通過模擬器設置1000Ω基阻抗和增益設置的變化,能確保最大范圍和最小范圍阻抗改變下,輸出的呼吸波沒有飽和,也沒有計算不出呼吸率的現象。
f. 心動干擾識別與報警: 根據企業標準,通過模擬器設置1000Ω基阻抗和0.5Ω阻抗改變,同時設置呼吸率和心率相等,觀察是否會觸發心動干擾報警提示和進一步觸發窒息報警。
g. 窒息報警時間: 根據企業標準,通過模擬器設置1000Ω基阻抗和1Ω阻抗變化,設置呼吸率為20RPM和某個時間的窒息報警,當呼吸率計算穩定后,將模擬器的呼吸信號設置成0RPM并計時,當計時時間超過預設的窒息時間時會觸發窒息報警,這個計時時間與設置窒息時間的誤差在允許精度范圍內。
d. 結果與通過與否的原則
1. 所有測試項的結果必須滿足企業標準中的相應條款。
2. 有測試項的結果都滿足產品規格中的指標。
5. 其它
需要特別說明是基于阻抗法的呼吸測量方法極易受到外界的干擾,如受試者的運動、咳嗽、說話及過大的心臟博動等,這些干擾都會產生呼吸偽波,嚴重影響呼吸率的計算,甚至產生錯誤的呼吸報警信息,呼吸波形的偽波處理、優化波形識別和呼吸率計算方法將有利于上述問題的克服,心電電極的過長使用導致電極與皮膚接觸的改變也可能產生呼吸測量信號不良,影響呼吸監測的效果; 呼吸電路對基阻抗的適應范圍大小是呼吸監測功能的重要特性,在心電的監測中常要求使用帶2kΩ電阻的具有抗除顫能力的心電電纜,再考慮人體的基阻抗范圍幾百歐到1kΩ或2kΩ,具有大于4kΩ的基阻抗的適應能力呼吸監測是滿足上述要求的。