病人监护中的经胸阻抗测量

　　摘要：病人监护仪可测量和显示病人的各种生命体征。主要关注的生命特征是病人的心电图(ECG)信号，但其它参数也很重要，包括体温、血压和呼吸率。本文介绍基于胸阻抗的呼吸测量原理。

　　呼吸系统通过呼吸为我们的血液提供充足的氧气。身体中的所有细胞都需要氧气才能存活、生长并将食物转化为能量。当我们呼吸时，我们吸入氧气，呼出作为细胞呼吸副产品的二氧化碳和水蒸气。呼吸在大多数情况下是无意识的过程，一般不费力气，受自主神经系统的控制，后者使隔膜和肺部周围肌肉的收缩和舒张。

　　这种收缩和舒张产生有节律的呼吸率和模式。放松呼吸是恒常现象，偶尔会打哈欠或叹息。安眠时，仅吸气肌肉工作，呼气通常是一个被动过程，即吸气舒张后肺部反弹 。

　　正常呼吸取决于多种因素，如年龄、健康程度和压力水平等，一般具有恒定的速率和容量。新生儿的呼吸率每分钟约30至60次，成人的正常呼吸率约为每分钟12至20次，可能因压力、疾病和活动水平提高而增多。通过呼吸技术或冥想可实现更加放松的状态，使呼吸率降低至每分钟仅3到5次。

　　在医院环境中，通过脉搏、血压、体温、呼吸和意识水平的生理观察，医生和护士可以及时获得与病人健康相关的信息。在这些参数中，呼吸率是一项重要的生命体征，它提供有关病人不适或呼吸问题方面的重要信息，但有时候未得到充分利用。异常呼吸率(超过表1所示值)、呼吸节律变化或比较吃力的呼吸，可能意味着某种生理不稳定，可帮助确定病人是否存在CHF(慢性心力衰竭)等心脏问题。

　　确定病人呼吸率的关键是测量胸腔的电阻抗，它会随着每次吸气和呼气而变化。病人吸气时，胸阻抗增大，呼气时则减小。一个设计用于检测此阻抗变化(基于呼吸阻抗描记)的电路可提供高频差分电流，然后通过一对电极将此电流驱动至病人侧。呼吸引起的阻抗变化产生相应的电压变化，可在同一对电极(2线呼吸测量)或不同的一对电极(4线呼吸测量)上测量此电压变化。

　　实现最佳呼吸测量在很大程度上可能取决于病人位置。例如，如果病人正在睡觉或躺着，呼吸通常处于腹部区域，因此导联II或III可提供最佳2线测量。如果病人处于竖直位置，则导联I电极对可提供更好的信号。此外，压力常常使我们仅用上胸部呼吸，针对比较镇静的病人，导联II或III可能依然是合适的选择。一个设计用于复用不同电极对的呼吸电路可确保实现充分覆盖，从而捕捉最佳呼吸测量。

　　驱动电路

　　典型配置由驱动和测量电路组成。驱动部分可以是DDS或DAC，在编程设置的频率下将两个不同相位交流耦合电流提供给一对电极。电流通过串联电阻和电容传递至病人。交流耦合可将病人与直流电隔离开，缓解向病人施加共模电压的相关顾虑。