Что и как измеряет монитор пациента

Понять принцип измерения каждого параметра монитора — ЭКГ, SpO₂, НИАД, ИАД, температуры и CO₂ — настолько, чтобы знать, что симулятор может доказать, а что нет, и где обычно отказывает каждый канал.

Один корпус — шесть независимых приборов

Многопараметрический монитор выглядит как один аппарат, но сервисному инженеру удобнее считать его набором отдельных измерительных приборов, у которых общие только экран, блок питания, система тревог и сетевое подключение. Канал ЭКГ ничего общего не имеет с насосом НИАД. Модуль SpO₂ не знает о существовании модуля CO₂. У каждого свой входной каскад, своя принадлежность, свой характер отказов и свой способ проверки.

Это самая полезная мысль всего курса. Когда медсестра говорит «монитор сломался», почти никогда не сломан монитор. Сломан один канал, и чаще всего — принадлежность этого канала: провод отведения ЭКГ, датчик SpO₂, манжета, линия забора газа. Физика в этом уроке не для того, чтобы сделать из вас клинициста. Она нужна, чтобы по каждому каналу вы знали три вещи: какую физическую величину на самом деле измеряют, что монитор из неё вычисляет и какой из этих двух шагов действительно проверяет ваше контрольное оборудование.

Третий пункт важнее, чем кажется. Часть каналов можно проверить абсолютно: поверенный манометр точно скажет, правильно ли датчик НИАД показывает давление. Другие каналы проверяются только на согласованность: симулятор показывает, что модуль следует собственному алгоритму, но не то, что алгоритм верен для живого пациента. Понимая разницу, вы не напишете в акте ТО утверждений, которые ваше измерение не подтверждает.

ЭКГ: милливольты через дифференциальный усилитель

Сердце создаёт электрические потенциалы, которые доходят до кожи на уровне примерно одного милливольта для комплекса QRS. При этом тело пациента наводит на себя сетевую помеху, которая может быть намного больше, и она одинакова на всех электродах. Поэтому входной каскад ЭКГ построен на дифференциальном усилителе: он усиливает разность между электродами и подавляет то, что у них общее. Насколько хорошо он это делает, характеризует коэффициент ослабления синфазного сигнала. В большинстве схем, кроме того, через один электрод (правой ноги, нейтральный) в пациента подаётся небольшой корректирующий сигнал, чтобы ещё уменьшить синфазное напряжение.

Вокруг этого усилителя есть несколько функций, из-за которых и приходят вызовы. Детектор обрыва отведения пропускает через электроды очень малый ток и следит за результатом; оборванный провод отведения или высохший электрод для него выглядят так же, как отсоединённый электрод. Фильтры задают полосу пропускания: широкая диагностическая полоса честно показывает сегмент ST, а более узкие режимы мониторинга и фильтрации подавляют дрейф изолинии и мышечные помехи. Врач, который видит, что ЭКГ на двух мониторах «выглядит по-разному», чаще всего видит две разные настройки фильтров. Детектор кардиостимулятора ищет очень короткие крутые импульсы стимуляции и помечает их, чтобы счётчик ЧСС не посчитал импульс стимулятора за сокращение сердца.

Саму ЧСС монитор не измеряет, а вычисляет: он распознаёт комплексы QRS и усредняет интервалы между ними. Высокие зубцы T, помехи или импульсы стимулятора могут быть посчитаны неправильно. Симулятор подаёт чистый известный сигнал и позволяет подтвердить, что амплитуда, частота и детектор обрыва отведения работают правильно. Он ничего не говорит о том, как алгоритм анализа аритмий работает на реальных пациентах с помехами, и утверждать обратное нельзя.

SpO₂: два цвета света и калибровочная кривая

В датчике пульсоксиметра светодиоды стоят с одной стороны пальца, мочки уха или стопы, а фотоприёмник — с другой. Используются две длины волны: одна в красном диапазоне, другая в инфракрасном. Оксигенированный и восстановленный гемоглобин поглощают эти два цвета по-разному. Основная часть поглощения постоянна — кожа, кость, венозная кровь, — но с каждым ударом сердца объём артериальной крови пульсирует, и поглощение немного меняется. Модуль на каждой длине волны выделяет эту малую пульсирующую составляющую на фоне большой постоянной и берёт отношение между двумя длинами волн.

Это отношение пересчитывается в сатурацию не по физической формуле, а по эмпирической калибровочной кривой, которую каждый владелец технологии построил по исследованиям на добровольцах — со своей конструкцией датчика, своими длинами волн светодиодов и своей обработкой сигнала. Именно поэтому технологии SpO₂ не взаимозаменяемы. Датчик одной технологии, подключённый к модулю другой, может подойти по разъёму и всё равно давать ошибки или неверные значения: модуль ждёт другой датчик и другую кривую.

Для сервиса отсюда прямое следствие. Симулятор SpO₂ не проверяет, что монитор показывает истинную сатурацию, — и не может, потому что настоящей крови там нет. Он подаёт заданный оптический или электрический сигнал, а монитор пересчитывает его по своей кривой. Поэтому симулятор нужно выставить на правильную технологию и кривую, и проверка доказывает, что модуль и тракт сигнала работают и следуют своей кривой. Точность самой кривой подтвердили клинические испытания производителя, а не вы. Частоту пульса, индикатор силы сигнала и поведение тревог на симуляторе проверить можно.

НИАД: осциллометрическая оценка

Канал автоматического неинвазивного измерения артериального давления состоит из насоса, одного или нескольких клапанов, датчика давления и манжеты на руке или ноге пациента. Насос накачивает манжету выше давления, при котором артерия пережата, затем система сбрасывает давление ступенями или непрерывно. Когда давление в манжете проходит через артериальное давление пациента, пульсирующая артерия создаёт небольшие осцилляции давления в манжете. Модуль записывает размах этих осцилляций в зависимости от давления в манжете.

Осцилляции максимальны вблизи среднего артериального давления — это значение измеряется наиболее непосредственно. Систолическое и диастолическое давление выводятся из формы кривой осцилляций по алгоритму производителя. У разных производителей разные алгоритмы, поэтому два исправных монитора на одном пациенте могут давать немного разные результаты. Это не неисправность.

Для сервиса разделите канал НИАД на две части. Первая — чистая физика: правильно ли датчик показывает давление в манжете, держит ли пневмосистема давление без утечки, сбрасывает ли защита от избыточного давления манжету, если давление поднялось слишком высоко. Это проверяется абсолютно — поверенным манометром на жёсткой тестовой ёмкости в сервисном режиме производителя. Вторая часть — алгоритм: симулятор НИАД создаёт воспроизводимые картины осцилляций и позволяет проверить, что модуль измеряет стабильно и укладывается в нормальное время цикла. Если показания на симуляторе немного отличаются от заданного значения, это обычно разница между моделью симулятора и алгоритмом монитора, а не неисправность. Допуски для обеих частей берутся из документации производителя.

ИАД и температура: два резистивных датчика

Инвазивное артериальное давление измеряется через заполненную жидкостью линию от катетера в артерии или центральной вене до одноразового датчика. В датчике стоит тензометрический мост: четыре сопротивления, собранные по схеме моста Уитстона, баланс которого немного меняется с давлением. Монитор подаёт на мост напряжение возбуждения и измеряет малое выходное напряжение, пропорциональное и давлению, и напряжению возбуждения. Одноразовые датчики выпускаются с единой чувствительностью, поэтому монитор работает с ними через правильный интерфейсный кабель.

Две вещи в ИАД чисто практические, и именно они дают большинство жалоб. Первая — обнуление: датчик нужно открыть на атмосферу на уровне сердца пациента и обнулить, потому что его смещение дрейфует, а высота датчика относительно сердца прибавляет или отнимает давление столба жидкости. Датчик примерно на 10 см ниже уровня сердца завышает показания примерно на 7 мм рт. ст. Вторая — жидкостная линия: пузырьки воздуха, сгустки, перегибы и слишком длинная или податливая магистраль демпфируют или искажают кривую. Ни то ни другое не неисправность монитора. Симулятор пациента заменяет датчик и подаёт известный выходной сигнал моста — это проверка канала монитора и интерфейсного кабеля, а не одноразовой линии.

Датчики температуры обычно термисторные: это резисторы, сопротивление которых падает с ростом температуры по известной кривой. Монитор измеряет сопротивление и пересчитывает его. Разные семейства датчиков используют разные кривые сопротивления, поэтому датчик чужого семейства, подключённый к каналу, будет показывать неверно без всякой тревоги. Симулятор подаёт точные сопротивления, соответствующие известным температурам, и проверяет пересчёт.

CO₂ и газовые модули: инфракрасное поглощение

Углекислый газ сильно поглощает инфракрасное излучение в узкой полосе. Капнограф пропускает инфракрасный свет через пробу выдыхаемого пациентом газа и измеряет, сколько поглощено в этой полосе: больше поглощение — больше CO₂. Результат выводится кривой и значением CO₂ в конце выдоха — в мм рт. ст., кПа или процентах, в зависимости от настройки.

Конструкций две. В капнографии основного потока измерительная кювета стоит прямо в дыхательном пути, между трубкой и дыхательным контуром, и газ измеряется там, где он течёт. В капнографии бокового потока небольшой насос непрерывно отбирает пробу из дыхательного пути по тонкой линии забора газа к измерительному блоку внутри модуля. Боковому потоку нужен влагосборник или линия с фильтром, чтобы не пропускать конденсат и секрет, и отказывает он предсказуемо: вода или секрет забивают линию, насос изнашивается, модуль сообщает об окклюзии. Мультигазовые модули, применяемые в анестезиологии, дополнительно измеряют в инфракрасном диапазоне анестетики и закись азота и часто имеют отдельный датчик кислорода.

Канал CO₂ — один из немногих на мониторе, который можно проверить по настоящему физическому эталону: сертифицированной поверочной газовой смеси с известной концентрацией CO₂, подаваемой так, как описывает производитель. Сертификат этой смеси и срок её годности становятся частью вашей сервисной записи.

• Проверяется абсолютно по эталону: давление в манжете НИАД (манометр), концентрация CO₂ (сертифицированная газовая смесь), пересчёт температуры (точные сопротивления), коэффициент усиления канала ИАД (известный сигнал моста).
• Проверяется только на согласованность: SpO₂ (симулятор через собственную кривую модуля), систолическое и диастолическое значения НИАД (симулятор через собственный алгоритм модуля), алгоритмы анализа ЭКГ.
• Инженером не проверяется вообще: клиническая точность кривой SpO₂ и алгоритма НИАД — её подтверждает производитель клиническими исследованиями.

Чек-лист на объекте

• По каждой жалобе сначала определите канал, затем принадлежность этого канала.
• Для каждого канала знайте, абсолютная у вас проверка (по эталону) или только на согласованность (симулятор через алгоритм модуля).
• Выставляйте симулятор SpO₂ на технологию и кривую проверяемого модуля.
• Проверьте статическое давление НИАД поверенным манометром, прежде чем делать выводы по показаниям симулятора.
• При жалобах на ИАД сначала спросите про обнуление и высоту датчика, а потом уже подозревайте монитор.
• Убедитесь, что семейство датчика температуры соответствует каналу.
• Записывайте сертификат и срок годности каждой использованной поверочной газовой смеси.

Проверьте себя