貴州醫療氣體向您介紹：氣體傳感器在醫療儀器中的應用

1. 醫用氧氣傳感器

在醫療的過(guò)程中，輸氧是經(jīng)?？吹降?。醫用氧氣從鋼瓶中釋放出來(lái)，可以經(jīng)過(guò)鼓泡瓶加濕，病人直接吸入。而有些醫療設備中是一定要配氧氣傳感器，用來(lái)顯示氧氣濃度的，如呼吸機、麻醉機、高壓氧倉和嬰兒培養箱。

輸氧作為一種治療的手段，針對不同的病人和不同的供氧氣的醫療設備，提供的氧氣濃度和流量各不相同——體積比濃度21%vol ~ 60%vol，流量0.5升/分鐘到5升/分鐘不等。傳感器的響應速度從幾百毫秒到十幾秒鐘不等。醫療上用的氣體傳感器不太用%vol這樣的體積比濃度，而是用氣體分壓來(lái)表示比較普遍，例如bar，或者mbar。1bar的含義就是在1個(gè)標準大氣壓強下，100%vol全部都是被測氣體。

眾說(shuō)周知，醫療儀器價(jià)格不菲，氧氣測量在整個(gè)醫療儀器中是很小的一塊功能，對可靠性要求很高。有些性能是醫用氧氣傳感器必須具備的，如：線(xiàn)性極好、響應速度快、耐高溫、耐高濕、對流量不敏感、對麻醉氣體無(wú)反應、壽命長(cháng)?，F在最常用是電化學(xué)氧氣傳感器，即傳統的氧電池。氧電池內部是含鉛（Pb）的，氧氣進(jìn)入傳感器之后，Pb逐漸被氧化成PbO2。所以，氧電池壽命只有1年左右。作為替代產(chǎn)品，有些醫療器械廠(chǎng)商開(kāi)始使用順磁原理的氧氣傳感器。順磁氧傳感器的工藝比較復雜，價(jià)格也比較高，但壽命長(cháng)，是非消耗型的傳感器，不用更換。

另外，在各種人體組織的培養箱中，氧氣傳感器也是必須的。因為如果培養環(huán)境中氧氣濃度過(guò)高，很可能導致所培養的人體組織參數達不到預想的效果，無(wú)法移植到人體中去。

2. 醫用CO2傳感器

CO2傳感器的技術(shù)路線(xiàn)主要是非色散紅外原理（NDIR）。

醫用CO2傳感器的應用場(chǎng)合比較多樣化，其中第一重要的還是呼吸機、麻醉劑和嬰兒培養箱等，用于監控人體的生命體征。

醫用CO2傳感器第二個(gè)重要的應用是測量幽門(mén)螺旋桿菌（Hp）。Hp可引起多種胃病，包括淺表性胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍、非潰瘍性消化不良，發(fā)展到最后，最嚴重的就是胃癌。臨床上檢測Hp最簡(jiǎn)單的方法是服用碳13標記的，或者碳14標記的尿素。服用完10 ~15分鐘，病人體內Hp所產(chǎn)生的高活性尿素酶就會(huì )將尿素分解為氨（NH3）、13CO2或14CO2，少量13CO2或14CO2通過(guò)血液經(jīng)呼氣排出。通過(guò)分析呼氣中13CO2或14CO2濃度，即可判斷患者是否存在Hp感染。但是，測量13CO2和14CO2的物理原理可是不一樣的哦！測量13CO2可以用NDIR的方法，其紅外吸收波長(cháng)在4.74um附近，而常規的12CO2的紅外吸收光譜在4.26um附近。因為14C是有放射性的，經(jīng)過(guò)Beta衰變之后會(huì )生成14N，所以測量14CO2用的是Beta射線(xiàn)檢測的方法。Beta射線(xiàn)，其實(shí)就是電子。測量13CO2和14CO2的方法雖有不同，但對診斷Hp都是有效的。因為14C有微弱的放射性，而13C沒(méi)有放射性，所以還是用檢測13CO2的方法比較安全。

CO2第三個(gè)重要的應用是測量人體呼氣末的濃度。人體在不憋氣的情況下，呼氣末的CO2濃度大約是5.5%vol。呼氣末5.5%vol所對應的這個(gè)時(shí)間點(diǎn)是很多醫學(xué)測量的時(shí)間基準，所以能夠準確并且快速地對呼氣末進(jìn)行響應，是CO2傳感器很有價(jià)值的地方。

3. 麻醉氣體傳感器

麻醉學(xué)是醫學(xué)里的一個(gè)分支，氣體麻醉又是麻醉學(xué)里的一個(gè)小分支?！?】

19世紀，人們發(fā)現了氣體麻醉劑，有氧化亞氮、乙醚、氯仿、乙基氯化物。到了20世紀上半葉，發(fā)現了乙烯、乙烯醚、環(huán)丙烷、三氯乙烯、異丙烯乙烯醚、丙基甲基醚氯乙烯醚。20世紀下半葉，發(fā)現了乙基乙烯醚、氟烷、甲氧氟烷、恩氟醚、異氟醚、地氟醚和七氟醚。

1950年之前所發(fā)現的一些氣體麻醉劑雖然有麻醉的作用，但是也有明顯的副作用或毒性。例如氯仿就有大量的肝毒性病例的報道；乙烯、乙醚、乙烯醚、環(huán)丙烷具有易燃性；氯仿、氯乙烯、三氯乙烯具有毒性。所以，這些氣體已經(jīng)不再用作麻醉劑。

現在最先進(jìn)的氣體麻醉劑是氟醚類(lèi)。例如，七氟醚就具有快速失去知覺(jué)性和快速恢復性，是當今比較優(yōu)秀的麻醉氣體，其使用量不斷增長(cháng)。麻醉用氟醚的濃度從百分之零點(diǎn)幾到百分之幾，因具體情況而定。在線(xiàn)監測的方法為NDIR紅外法，幾乎每臺麻醉機都要配備氟醚的分析儀的。因為NDIR法的高可靠性、高精度、響應速度快和優(yōu)異的長(cháng)期穩定性能夠滿(mǎn)足醫療的需要，所以紅外法是認可測量氟醚的技術(shù)。紅外氟醚傳感器用量大，基本上都由醫療儀器公司自己研發(fā)、制造。

4. 呼氣檢測和診斷

人體呼氣檢測，作為無(wú)創(chuàng )性、快速、廉價(jià)的檢查手段，越來(lái)越受到醫療界的重視，例如哮喘檢測NO，乳糖不耐受H2檢測，判定消化道內的微生物菌群的CH4檢測，等等。這些檢測不同氣體，需要用到不同技術(shù)門(mén)類(lèi)的氣體傳感器。

4.1 呼氣NO（FeNO）濃度檢測【2】

哮喘的病理基礎是慢性氣道炎癥。呼出氣中NO濃度測定是一種無(wú)創(chuàng )性的、可重復的快速檢測方法，可以直接檢測并立即得出結果。NO的濃度范圍是0~100ppb（1ppb表示十億分之一）。在病情惡化時(shí)，FeNO可升高，并與類(lèi)固醇治療前的嗜酸粒細胞性炎癥和氣道高反應相關(guān)?？寡字委熀?，她會(huì )迅速降低，提示治療有反應，并可用于監測治療方案。FeNO測定增加了哮喘的檢測手段，已被采納到《全球哮喘防止創(chuàng )議》（GINA）哮喘管理方案中。下面列舉一下FeNO的優(yōu)點(diǎn)：

- 無(wú)創(chuàng )，可重復

- 可用于所有年齡的人群

- 快速檢測，可以立即得到結果

- 符合相關(guān)標準化的一致性原則

- 可用于哮喘的診斷，并可用于其他原因引起的哮喘的鑒別診斷

- 與嗜酸細胞性炎癥有關(guān)

- 抗炎治療可迅速降低，并可預測反應

- 病情惡化期間升高，提示病情失控

- 可用于監控治療是否對癥

- 美國FDA批準該技術(shù)可以用于臨床

- 可以預測潛伏期哮喘

用于FeNO檢測性?xún)r(jià)比最高的傳感器是電化學(xué)傳感器。當然，這可不是普普通通的電化學(xué)NO傳感器，要在復雜的人體呼出氣體中檢測出ppb級別的NO并非易事。不過(guò)，國內已經(jīng)有醫療儀器公司實(shí)現了本設備的研發(fā)，并大量地在使用中。

4.2 乳糖不耐受H2檢測【3】

乳糖不耐受癥的癥狀，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是喝了牛奶肚子脹，拉肚子。乳糖是奶類(lèi)中特有的糖類(lèi)，需經(jīng)小腸粘膜的乳糖酶水解后才能被吸收。世界上大多數人在斷乳之后，隨著(zhù)年齡增長(cháng)都會(huì )出現不同程度的乳糖酶缺乏，中國漢族成人中乳糖酶缺乏者占75%~92.3%。這些人群在攝入乳糖之后會(huì )出現腹痛、腹脹、腹瀉等一系列臨床癥狀、稱(chēng)為乳糖不耐受（Lactose Intolerance, LI）。LI的高發(fā)生率在一定程度上限值了人們攝入奶制品。

正常情況下，哺乳類(lèi)動(dòng)物呼氣中測不出H2，當未消化吸收的碳水化合物進(jìn)入大腸時(shí)，被大腸菌群分解發(fā)酵產(chǎn)生H2，并被血液吸收，經(jīng)肺排出，呼氣中H2濃度值越高表明未被消化吸收的部分越多。對大量人群的調查研究證明，H2呼氣試驗具有較高的靈敏度和特異性，是目前被用來(lái)進(jìn)行乳糖酶缺乏研究的主要手段之一。

那么，乳糖不耐受癥的診斷過(guò)程是怎樣的呢？簡(jiǎn)單的說(shuō)有這樣幾個(gè)過(guò)程：

1. 空腹喝入溶解有乳糖的水。

2. 每隔15分鐘，收集一次呼氣。

3. 檢測呼氣中的H2濃度。

因為呼出的H2濃度范圍在0~100ppm（1ppm為一百萬(wàn)分之一）之內，因此可以用電化學(xué)傳感器來(lái)檢測。但是在所有電化學(xué)傳感器中，H2傳感器是屬于不太好研發(fā)和生產(chǎn)的一種，例如分辨率無(wú)法做到和CO傳感器一樣好，零點(diǎn)溫度漂移和靈敏度溫度漂移也是比較大的，響應時(shí)間比較慢。

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