Рефрактометрическая поверка ИК-датчиков ингаляционного анестетика

В настоящее время ингаляционная анестезия приобретает все большее распространение и вопрос о безопасности проведения анестезии является крайне важным. Сохраняющаяся проблема разделения накладывающихся друг на друга оптических спектров используемых газоанализаторов подталкивает клиницистов к увеличению прецизионности мониторинга, увеличению требований к точности получаемой информации, метрологической поверке используемого оборудования.

Мониторинг концентрации ингаляционного анестетика в режиме реального времени обязателен в анестезиологии и входит в стандарт минимального мониторинга во время проведения ингаляционной анестезии. Еще 25 лет назад "золотым стандартом" для измерения концентрации ингаляционного анестетика являлся масс-спектрометр [1, 2]. Сертификация масс-спектрометра в качестве медицинского оборудования была выполнена для двух моделей приборов: МХ6202, МХ6203 (Институт аналитического приборостроения РАН) и Medical Gas Analyzer 1100 (PerkinElmer). В вышеуказанных моделях газовых анализаторов использовались радиочастотный и магнитный типы масс-спектрометров. Они позволяли осуществлять мониторинг концентрации CO2, O2, N2O и ингаляционного анестетика в дыхательном контуре (ДК) аппарата ингаляционной анестезии (АИА) в режиме реального времени. В настоящее время для мониторинга концентрации ингаляционного анестетика в ДК АИА используются ИК-датчики [1]. В работе приведены результаты лабораторного сравнения измерений концентрации в ДК АИА ингаляционного анестетика севофлурана (Abbott Lab) при помощи двух типов ИК-датчиков с изме- рениями выполненными при помощи квадрупольного масс-спектрометра и рефрактометра в режиме анестезии АИА.

Целью исследования является сравнение измерений концентрации в ДК АИА ингаляционного анестетика севофлурана газоанализаторами с двумя типами ИК-датчиков с измерениями выполненными при помощи квадрупольного масс-спектрометра и рефрактометра.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Измерение концентрации севофлурана в ДК АИА выполнялось двумя ИК-датчиками Fabius (Draeger) и Zeus (Draeger), квадрупольным масс-спектрометром Prizma Plus (Pfeiffer Vacuum) и малогабаритным рефрактометром Тест-902-2М (ОКБ Тест). ИК-датчики откалиброваны производителем АИА. При калибровке рефрактометра в качестве исследуемой смеси использовалась бинарная смесь сухого воздуха и гелия с задаваемой объемной концентрацией гелия от 0 до 100 %. Это позволило калибровать рефрактометр в широком диапазоне изменения значения показателя преломления. Концентрация севофлурана определялась линейным преобразованием из величин показателей преломления гелия и севофлурана. Калибровка масс-спектрометра осуществлялась при помощи рефрактометра. Циркуляция газовой смеси осуществлялась при помощи АИА Fabius и Zeus. Ингаляционный анестетик подавался в ДК при помощи испарителя сувофлурана (Abbott Lab). ДК АИА присоединен к дыхательному мешку «Искусственное легкое». В этом случае поглощение севофлурана в ДК отсутствует в отличие от случая анестезии пациента. Масс-спектрометр

Рис. 1. Временнáя зависимость концентрации се-вофлурана в ДК АИА.

Измерения концентрации выполнены при помощи рефрактометра (а) и ИК-датчика Fabius (б). Значения концентрации севофлурана на испарителе составляли 1, 2, 4, 5 об.% соответственно

60                 120                 180

Время, мин

Рис. 2. Временнáя зависимость концентрации се-вофлурана в ДК АИА.

Измерения концентрации выполнены при помощи ИК-датчика Fabius (а) и масс-спектрометра (б). Значения концентрации севофлурана на испарителе составляли 1, 2, 4, 5 об.% соответственно

подсоединялся непосредственно к ДК АИА. Забор пробы газовой смеси из дыхательного контура АИА осуществлялся при помощи двухступенчатой системы вакуумной дифференциальной откачки из Y-образного коннектора ДК АИА, присоединенного к дыхательному мешку. Вакуум в масс-спектрометре поддерживался при помощи турбо-молекулярного насоса производительностью 60 л/с. Скорость вакуумирования дифференциальной камеры составляла 20 л/с. Газовую смесь из дыхательного контура откачивали со скоростью 0.5 мл/мин [3, 4]. Забор газовой пробы из ДК-кон-тура для анализа при помощи рефрактометра осуществлялся при помощи мембранного насоса с производительностью 120 мл/мин. Для газоанализаторов с ИК-датчиком Fabius и Zeus для анализа требуется обеспечить поток 200 мл/мин.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Сравнительные измерения ИК-датчика Fabius, рефрактометра и масс-спектрометра

Результат сравнения измерений содержания ингаляционного анестетика севофлурана в ДК АИА Fabius представлен на рис. 1, 2. Погрешности измерений рефрактометра и ИК-датчика, заявленные производителем (рис. 1), составляли 0.5 и 12 % соответственно. На испарителе севофлура- на устанавливались значения концентрации медикаментозного агента 1, 2, 4 и 5 об.% соответственно. После достижения установления динамического равновесия в ДК выполнялось измерение концентрации севофлурана. Измерения концентрации, выполненные при помощи масс-спектрометра (рис. 2, б), позволяют фиксировать режим вдох-выдох, который недоступен оптическим датчикам, временной шаг измерения (dwell time) которых находится в интервале 350–500 мс (10 мс для масс-спектрометра). Время "выдоха" в случае работы АИА на искусственное легкое существенно короче (100 мс), чем в случае анестезии. При работе АИА с дыхательным мешком время вдоха и выдоха по своей длительности могут отличаться в несколько раз. Остается невыясненным вопрос, каким образом ИК-датчики производят измерение концентрации севофлурана в режиме вдох-выдох во время анестезии c временным шагом измерения 500 мс, используя единственный канал забора пробы из ДК АИА. Частота дыхания во время анестезии колеблется в интервале 10–15 мин–1. Можно предположить, что в этом случае при работе ИК-датчика используется аппаратная коррекция [2]. Измерения концентрации севофлурана, выполненные при помощи рефрактометра (рис. 1, а), соответствуют режиму "вдох" аппарата искусственной вентиляции легких. Совпадение результатов измерения концентрации севофлурана в ДК ИК-датчиком

Рис. 3. Временнáя зависимость концентрации се-вофлурана в ДК АИА.

Измерения концентрации выполнены при помощи ИК-датчика Zeus (а) и рефрактометра (б). Значения концентрации севофлурана на испарителе составляли 1, 2, 4, 5 об.% соответственно

10      20      30      40      50

Время, мин

Рис. 4. Временнáя зависимость концентрации се-вофлурана в ДК АИА.

Измерения концентрации выполнены при помощи масс-спектрометра (МС) и оптического датчика Zeus в интервале концентраций севофлурана 0–8 об.%

и масс-спектрометром (рис. 2) получено в пределах допустимой производителем АИА погрешности измерений.

Сравнительные измерения ИК-датчика Zeus, рефрактометра и масс-спектрометра

Аналогично измерялась концентрации сево-флурана в ДК АИА Zeus (рис. 3, 4). В пределах заявленной производителем АИА погрешности измерений концентрация севофлурана совпадала с измерениями концентрации, выполненными при помощи ИК-датчиков и рефрактометра, в обоих случаях. На рис. 3 представлены измерения концентрации севофлурана, полученные при помощи ИК-датчика и рефрактометра при работе АИА Zeus.

Измерения концентрации севофлурана в ДК АИА с дыхательным мешком, выполненные при помощи масс-спектрометра и ИК-датчика Zeus, представлены на рис. 4. Концентрация севофлура-на увеличивалась с шагом 1 об.% до максимального значения 8 об.% на испарителе севофлурана, а затем уменьшалась до 0 об.% с равным временным интервалом для каждого шага изменения концентрации. В отсутствие поглощения сево-флурана в ДК АИА эта кривая должна быть зеркально симметрична относительно прямой, опущенной из точки максимальной концентрации се- вофлурана, что выполняется для измерений, выполненных при помощи масс-спектрометра с высокой точностью (погрешность менее 1 %). Для измерений, выполненных при помощи ИК-датчика, это правило выполняется не в полной мере, но указанное отклонение на нисходящей части кривой зависимости концентрации севофлурана от времени (см. рис. 4) находится в пределах погрешности измерений, заявленных производителем АИА. Отметим, что максимальное значение концентрации севофлурана, обеспечиваемое испарителем севофлурана, составляет 8 об.%. Однако наши измерения при помощи масс-спектрометра, рефрактометра и ИК-датчика зафиксировали превышение на 10 % указанного производителем значения максимальной концентрации севофлурана.

ВЫВОДЫ

В лабораторных исследованиях выполнена поверка штатных ИК-датчиков ингаляционного анестетика севофлуран в режиме реального времени. Во всем диапазоне концентраций, обеспечиваемых испарителем медикаментозного агента, получено совпадение в пределах погрешности измерений концентрации севофлурана в ДК АИА при помощи ИК-датчика, рефрактометра и масс-спектрометра. Показана перспективность использования рефрактометра в качестве дешевого, не требующе- го дополнительной калибровки прибора для оперативной метрологической поверки штатных ИК-датчиков АИА в условия клиники.

Авторы благодарят сотрудников кафедры анестезиологии и реаниматологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова за содействие в проведении исследований. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 12-08-00402-а