红外线的利用
二氧化碳监测仪使用红外光来测量二氧化碳。 红外线是肉眼看不见的波，其频率低于可见光。 此频率低于红光，因此被称为“红外线”
红外线被具有“两个或多个不同原子”的气体吸收。氧气有两个相同的原子，因此氧气不吸收红外线
二氧化碳与氧气不同，其原子不同
因此，由于二氧化碳气体具有不同的原子，因此它吸收红外线
事实上，除了二氧化碳之外，红外吸收还可以用来测量其他不同原子结构的气体。 例如，红外线可用于测量笑气 (N2O) 和异氟烷。
工作准则
二氧化碳探测器的基本原理是基于红外和比尔-朗伯定律。这是比尔定律和朗伯定律两个定律的结合
只需将“比尔-朗伯定律”中的“比尔定律”部分应用到红外波上即可：
吸收红外线的量与红外线吸收物质的浓度成正比
这就是二氧化碳检测器的工作原理。二氧化碳越多，吸收的红外光就越多
基本分析系统由红外源、样品室和检测器组成
二氧化碳越多，吸收的红外线就越多
现在将更详细地讨论该系统
红外源和红外波吸收
红外线源发射红外线波
与所有波一样，红外波也有波长
某种气体对不同波长的红外波的吸收程度不同。如果采用二氧化碳，它在波长约为 4.25 微米的情况下吸收最大红外光
N2O最大程度吸收波长约4.5微米的红外波
此功能对于测量选定气体的系统非常有用。 因此，要测量二氧化碳，您需要将红外源设计为发射 4.25 波长。 这样就不会测量 N2O
另一方面，如果您想测量一氧化二氮气体，您会选择 4.5 的波长
对于给定的气体，红外源发射的波必须落在一个狭窄的波长范围内。如果发射的波有太多不同的波长，系统将无法区分不同的气体
因此，红外源被设计为发射窄波长范围内的波。用更专业的术语来说，我们说红外源发射“窄带”内的波长
样品室
测量的二氧化碳通过固定尺寸的采样室。 并非所有材料都允许红外光穿过。 因此，腔室由允许红外光自由通过的特殊材料制成（例如蓝宝石）
探测器
探测器输出的信号与落在探测器上的红外波数量成正比
样品室中的二氧化碳越多，吸收的红外光就越多，到达检测器的红外光就越少。
样品室中的二氧化碳越少，吸收的红外光就越少，到达检测器的红外光就越多
计算机使用探测器的信息来显示二氧化碳
低 CO2 = 更多红外线到达检测器 = 低 CO2 显示
高 CO2 = 到达检测器的红外线较少 = 高 CO2 指示
吸气和呼气时样品室中的二氧化碳是不同的。这种差异导致了随时间变化的典型 CO2 轨迹，稍后将对此进行更详细的解释
碰撞扩大
在谈论二氧化碳探测器时，人们经常会听到一个神秘的术语，叫做“碰撞展宽”。 我将尝试向您简要介绍这个术语。 如前所述，气体在特定波长处最大程度地吸收红外波。如果我们只有纯二氧化碳分子（即不存在其他气体）并将其置于不同波长的红外波下，我们将得到一个狭窄的波长范围，其中红外吸收是最大值
如果我们重复测量，这次使用二氧化碳和另一种气体（例如氧气）的混合物，我们会发现吸收模式不像仅二氧化碳那么窄。换句话说，吸收模式变成“更广泛”
在 N2O 存在的情况下也会发生同样的情况
这种吸收模式的“加宽”是由多种复杂的“物理”原因造成的。 原因之一是氧分子与二氧化碳分子“碰撞”。 这会导致二氧化碳分子稍微改变它们吸收红外光的方式，从而产生“更广泛”的吸收模式。 由于吸收图案的这种“加宽”是由于气体之间的“碰撞”而发生的，因此称为“碰撞加宽”
碰撞展宽的重要性在于，氧气和一氧化二氮等气体会影响二氧化碳吸收的红外光量，从而导致测量中潜在的误差源。现代分析仪测量 N2O 和氧气的水平，并使用此信息进行校正由于碰撞展宽而产生的误差
主流与旁流
二氧化碳分析仪可以是主流或侧流
在“主流”分析仪中，分析仪直接位于患者呼出二氧化碳的位置。 主流分析仪与患者“连接”。分析仪通过一根长电线（以红色显示）连接到监护仪
在“侧流”分析仪中，分析仪远离患者呼出的二氧化碳
一根细长的管子（如下图所示的红色管子）连接到患者的一端。 泵（以粉色显示）连续吸入少量（例如每分钟 150 毫升）患者的呼吸气体。气体样本流经远离患者的分析仪
不幸的是，吸管不仅仅吸入二氧化碳。 它还吸入昂贵的麻醉气体。为避免浪费昂贵的麻醉药物，采样气体（绿色箭头）返回患者的麻醉呼吸系统
主流分析器和旁流分析器各有优点和缺点。 然而，在讨论这些差异之前，我们需要先了解“响应时间”
响应时间
理想情况下，我们的测量仪器应立即显示二氧化碳的测量值。 下图是响应时间图。 红色箭头表示将 CO2 样品供应到测量系统的时刻。在这种“理想”场景中，一旦系统看到 CO2，图表就会立即上升以显示 CO2 测量结果
在现实生活中，测量系统需要时间来响应二氧化碳等信号。在下面的响应时间图中，延迟响应以蓝色显示
显示测量值的延迟（响应时间）是由两个独立的延迟造成的：传输时间和上升时间
即响应时间=传输时间+上升时间
运输时间：
这是二氧化碳从采样端（粉色箭头）移动（“传输”）到分析仪入口（蓝色箭头）所需的时间
传输时间由响应时间图的直线部分表示（以粉红色显示）
在此“传输时间”期间，响应时间图保持平坦，因为没有二氧化碳到达分析仪
当测试二氧化碳穿过管时，痕迹保持在基线处
当测试的CO2样品进入样品室时，CO2开始上升（蓝线）。 这标志着传输时间的结束（垂直蓝色箭头）
可以通过以下方式缩短传输时间：
上升时间
回顾一下，响应时间是指传输时间和上升时间引起的延迟
在上一节中我们讨论了传输时间，现在我们将讨论上升时间
上升时间告诉您当二氧化碳进入分析仪时分析仪的反应速度。 （请记住，在传输时间内，CO2 尚未到达分析仪）
在响应时间图中，上升时间是显示值从基线（最小值）上升到最大值所需的时间
然而，上升时间的测量在技术上有点复杂。 问题在于“上升”部分实际上并不是一条直线。 相反，它是一条“S”（S形）曲线。弯曲部分（绿色）使得精确测量变得困难
为了使测试实验室更容易测量上升时间，他们测量从最终值的 10% 到最终值的 90% 的上升时间。这样可以轻松去除难以测量的弯曲部分
当测试实验室提到上升时间时，他们将上升时间表述如下：
上升时间（最大值的10%~90%）=0.2秒
使用较小的测量室可以缩短上升时间
主流与侧流对比：
现在了解了响应时间，我们可以比较主流分析仪和旁流分析仪
响应时间：
在侧流分析仪中，气体在到达传感器之前必须在采样管中移动。这种延迟（传输时间）使侧流分析仪的响应时间比主流分析仪慢，主流分析仪不会因传输时间而产生任何延迟。
患者侧面重量：
在侧流分析仪中，只有一根细管连接到患者端。因此，患者端较轻
另一方面，主流分析仪直接位于患者端，比简单的侧流采样管大得多
口罩监测：
侧流分析仪的细管可以轻松连接到清醒/镇静患者的面罩上，提供有关他们呼吸的一些反馈
主流分析仪体积更大，在这种情况下更难使用
除气：
侧流分析仪不断吸入气体进行分析。 这可能在大约 50 - 150ml/min 之间，如果患者呼吸较少（例如新生儿/儿童），去除的样品量可能会显着增加。主流分析仪不需要去除任何气体，因此不存在此问题
堵塞：
侧流分析仪管道可能堵塞或扭结。主流分析仪不存在此问题
水蒸气：
水会干扰二氧化碳分析并导致错误。 因此，防止患者呼出的水分在分析仪上凝结非常重要。当体温过热的水蒸气冷却到室温时，水会凝结
在主流分析仪中，可以通过电加热分析仪来最大程度地减少冷凝
在侧流分析仪中，患者呼吸中的水蒸气在采样管中凝结
如果这种冷凝进入传感器，CO2 测量将不准确。为了最大限度地减少这种误差，在管进入传感器之前，有一个聚水器（如下所示的绿色容器），用于收集任何可能冷凝的水
二氧化硫波形的形成
二氧化碳图是二氧化碳水平随时间变化的轨迹。由于吸气和呼气，采样点的二氧化碳浓度会随着时间的推移而下降或上升，您将得到二氧化碳波形
在非常基本的层面上，您可以将 CO2 波形视为一条在基线和较高水平之间交替的线，然后再次下降到接近基线
靠近基线的线代表吸气，较高的线代表呼气（尽管这是一个“近似”且容易记住的方法，稍后将向您解释更准确的描述）
如果你记不住哪个是哪个，试试这个记忆辅助工具
当你吸气时，你也在吸气。 当你呼气的时候，你也在向上呼气……
事实上，“呼气”的开始位置与你之前看到的略有不同。别担心，我会一步一步解释它
在我们继续解释二氧化碳图的形成之前红外二氧化碳传感器原理，我们需要简化一些事情。 首先，我将呼吸系统表示为连接到管子（如果您愿意，也可以是注射器）的活塞
在下面的例子中，“肺”正在呼吸（吸气）
在现实生活中，我们监测二氧化碳的患者很可能与呼吸系统有关（例如麻醉呼吸系统）。
在下面的示例中，患者连接到这样的呼吸系统并正在接受氧气
图中粉红色的部分是肺组织（肺泡），气体很容易扩散到这里。在下面的例子中，氧气（绿色所示）向外扩散并被吸收到血液循环中
图中红色粗线代表气管和支气管。 请注意，这些运输气体，但与肺泡不同，不允许气体交换。这些区域被称为“解剖死腔”，因为它们仅充当运输管道，并且不允许通过其壁进行气体交换
现在，在接下来的几张图表中，让我向您展示呼气时间。氧气将显示为绿色，二氧化碳将显示为灰色
注意，气管和支气管（死腔）不允许二氧化碳进入。因此，虽然肺部充满二氧化碳，但气管和支气管（死腔）却有氧气
需要注意的是死腔（气管）内的氧气。 当呼气开始时，首先呼出的气体不是二氧化碳。
相反，最先跑出来的，就是死空间里的氧气。
现在我将使用我们刚才讨论的呼吸图解形式来解释典型二氧化碳图波形的形成。
首先我们需要连接CO2分析仪
然而，这个图太复杂了，所以我只用气管和呼吸回路交界处的黄色矩形来表示分析仪
呼气后我们开始
病人刚刚从肺部排出二氧化碳。 这由灰色的水平线表示。我用“E”标记它以提醒您这是用于呼气的。
病人现在开始吸气。 氧气通过传感器。氧气中当然没有二氧化碳，所以曲线很快就降到零
随着吸气的继续，氧气继续通过分析仪。 由于所有这些氧气都不含二氧化碳，因此波形保持为零（基线）。继续直到吸入结束
当你吸气时，肺部的氧气被二氧化碳取代。但是，请记住红外二氧化碳传感器原理，二氧化碳不会进入死腔（粗红线之间的区域），因此那里仍然有氧气
现在呼气开始
请注意，呼气的第一部分是死腔中的气体，在本例中是氧气。由于死腔气体中没有二氧化碳，因此早期呼气期间的二氧化碳波形保持在基线。
死腔气体通过分析仪后，肺部（肺泡气体）到达分析仪。 这里有二氧化碳，会导致二氧化碳读数上升。因此，波形的上升部分（上冲程）代表从死腔气体（不含二氧化碳）到肺泡气体（含有二氧化碳）的转变。
随着更多的二氧化碳通过分析仪，二氧化碳的释放将持续。持续到呼气结束
这将我们带到了我们开始描述的地方！
这是一个较长的波形，蓝色代表吸气，粉色代表呼气
以防万一这些颜色让你头疼，这里有同样的黑白色标记的痕迹
这就是您医院的二氧化碳监测仪上的样子
潮气末二氧化碳
二氧化碳图显示一个非常有用的数字，称为“潮气末”二氧化碳。 潮气末意味着“呼吸结束”的测量。 也就是说，它是在保质期结束时测量的二氧化碳（红色箭头）。 在下面的示例中，呼气末二氧化碳为 5kPa（注意：您所在医院的单位可能有所不同，例如 mmHg 或 Vol%）
呼气末二氧化碳分压大致等于动脉血二氧化碳分压。 这是一种无创且简单的估算动脉二氧化碳分压的方法。 然而，各种情况可能会使这一估计不正确。请参阅生理学和临床资源了解更多详细信息
潮气末二氧化碳的缩写通常如下所示
波形示例
本节将向您展示一些示例波形
“正常”波形
“直线”
一些可能的原因：
在您惊慌之前，请先排除没有连接的 CO2 检测器！ 没有连接的 CO2 探测器将读取几乎不含 CO2 的室内空气
倾斜呼气波形
一些可能的原因：
高呼气波形：
一些可能的原因：
低呼气波形：
一些可能的原因：
喘
在循环麻醉呼吸系统中，气体四处移动，有一定的优点。但是，不建议患者呼吸自己的二氧化碳，如下图
为了防止患者自己呼吸呼出的二氧化碳（“再呼吸”），再呼吸器系统有一个二氧化碳吸收器（图中粉红色所示）。顾名思义，“二氧化碳吸收器”可以“吸收”碳二氧化碳
然而，随着时间的推移，二氧化碳吸收剂会失去吸收二氧化碳的能力。 也就是说，它会耗尽。当发生这种情况时，它不再有效地吸收二氧化碳，导致患者“重新呼吸”二氧化碳
通常，吸气气体不含二氧化碳，这导致吸气部分的迹线沿着基线（下面的绿色迹线）。 呼吸困难时，吸入气体中含有二氧化碳，导致吸气痕迹上升到基线以上（灰色痕迹）
“放松缺口”
当患者服用肌肉松弛剂时，呼吸肌会变得麻痹并且无法“移动”。 因此，使用肌肉松弛剂的患者会连接到呼吸机，呼吸机会完成所有工作。但是，当松弛剂失效时，呼吸肌（膈肌）会收缩
这些收缩会干扰二氧化碳在肺外的流动，导致二氧化碳痕迹中出现短暂的凹痕（红色箭头所示的凹痕）
《外科医生的差距》
在“松弛缺口”中，肌肉松弛剂的磨损导致隔膜收缩并干扰二氧化碳波形。当其中一位外科医生压缩胸壁而不是隔膜时，会看到类似的效果
所以，在你把凹痕归咎于肌肉松弛剂之前，先看看胸部，看看外科医生是否靠在/按压它
“心脏切迹”（心脏振荡）
到目前为止我们已经看到，隔膜和外科医生的手会导致二氧化碳波形出现压痕。同样，患者心脏的收缩和舒张反复“压缩”肺部，干扰二氧化碳波形的分压。
心脏振荡引起的干扰可以被视为波形中的一系列凹痕
食管插管
如果气管插管错误地插入食道，如果不及时识别，患者可能会因缺氧而死亡。
因此，早期识别气管插管至关重要。 在这种情况下，二氧化碳图非常有用。 最有用的特征是肺部存在二氧化碳，而胃和食道中很少或没有二氧化碳。
如果气管插管位于食道中，则不会有或很少有二氧化碳。您可能会看到一条平坦的轨迹，也可能会看到一系列快速下降的曲线
其他测量技术
迄今为止描述的二氧化碳测量方法是最常用的方法。 还有其他方法正在使用。 然而，这些并不常用，也没有详细描述。 这些其他方法是：
拉曼光谱：该技术使用激光束照射二氧化碳样品。样品改变某些光束的波长，这些变化用于测量二氧化碳
光声光谱：用红外波脉冲轰击二氧化碳样品。 这导致二氧化碳样品快速膨胀和收缩，产生声波。灵敏的麦克风可以拾取这些声波，其大小取决于样品中二氧化碳的含量
质谱仪：一种非常庞大的设备，用于测量被测物质的电荷和质量之间的关系。 它并不常用。
好的，这就是本课的内容。 希望您玩得开心并学到了一些东西。很快就会在另一场会议中见到您......
再见！
