然而,就是這樣一個惠及全球人民的工具,它的發(fā)明者卻鮮為人知,直到上月他在東京去世,他的名字才在網(wǎng)絡(luò)上被人們提及。
每當(dāng)我們想要介紹某一位科學(xué)家生平的時候,往往會發(fā)現(xiàn),他們雖然著作等身、科研碩果累累,但是網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于他們?nèi)粘5母鞣N報道卻很少。即使這樣,我們?nèi)阅軓倪@些為數(shù)不多的圖文資料中窺見他們非凡的一生和偉大的靈魂。
1936年:麻醉患者福音年
在醫(yī)學(xué)上,許多臨床疾病會造成患者氧氣供給的缺乏,甚至導(dǎo)致病人因手術(shù)時缺氧而死亡,因此,動脈血氧濃度的實時監(jiān)測在臨床救護(hù)中非常重要。
傳統(tǒng)的血氧飽和度測量方法是先進(jìn)行人體采血(一般采橈動脈和股動脈的動脈血),再利用血氣分析儀分析并測出血氧飽和度。然而,這種反復(fù)抽血容易導(dǎo)致病人的假性動脈瘤,也會帶來許多不必要的痛苦。最大的麻煩是,這種方法通常至少需要20-30分鐘才能獲得結(jié)果,不能進(jìn)行實時監(jiān)測,而這種延遲可能是致命的,因為低氧會在5分鐘內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的腦損傷。因此,當(dāng)時的許多醫(yī)務(wù)工作者希望能為麻醉患者充分供氧并實時監(jiān)測其血氧含量,對他們而言,1936年是標(biāo)志性的一年。
這一年,神經(jīng)病理學(xué)家西里爾·庫維爾(Cyril Courville)在醫(yī)學(xué)雜志上發(fā)表了他的里程碑式論文:《氧化亞氮麻醉導(dǎo)致的窒息》 (Asphyxia as a Consequence of Nitrous Oxide Anesthesia),指出了臨床麻醉的風(fēng)險;同年,紐約麻醉師擴(kuò)大并變身為美國麻醉師學(xué)會(American Society of Anesthetists,ASA)。
作為麻醉醫(yī)師的教育性組織和學(xué)術(shù)團(tuán)體,ASA致力于麻醉安全,旨在提高、維護(hù)臨床麻醉的醫(yī)療實踐標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)對病人的麻醉監(jiān)測等。80年后,ASA慈善基金會支持Lifebox計劃,該計劃在全球范圍內(nèi)為“資源貧乏的國家”提供脈搏血氧儀,以實現(xiàn)更安全的麻醉。
也就是在這一年,一個傳奇的小男孩降生于日本西海岸新潟縣的一個普通家庭:他的父親是一位數(shù)學(xué)老師,母親是一位家庭主婦。他便是日后優(yōu)秀的生物醫(yī)學(xué)工程師和現(xiàn)代血氧測量技術(shù)之父青柳卓雄。自青柳卓雄的脈搏血氧儀問世后,麻醉手術(shù)中血氧飽和度測量的一切問題都迎刃而解了。手術(shù)時,只需將測量儀套在患者的手指上,便可連續(xù)無創(chuàng)地進(jìn)行人體血氧飽和度的測量。
從二戰(zhàn)到今天
在第二次世界大戰(zhàn)期間,美國的一位名叫Glenn Allen Millikan的年輕生理學(xué)家開發(fā)了一種耳部血氧計,用于監(jiān)控軍事飛行員的缺氧狀況。然而,這種固定在耳朵上的設(shè)備監(jiān)測結(jié)果并不精準(zhǔn)。
1958年,22歲的青柳卓雄從新潟大學(xué)工學(xué)部電氣工學(xué)專業(yè)畢業(yè)后進(jìn)入京都的一家科學(xué)儀器公司工作。1971年,他轉(zhuǎn)入日本一家名為Nihon Kohden的醫(yī)療設(shè)備公司,開始從事醫(yī)療器械的開發(fā)工作。
當(dāng)年輕的青柳卓雄就職于Nihon Kohden之時,已有能監(jiān)測人體血氧含量的早期設(shè)備問世,但這些設(shè)備體積笨重,讀數(shù)也不夠精準(zhǔn)。青柳卓雄便開始尋找一種更為輕便和準(zhǔn)確,無需抽血便能檢測出人體的血氧飽和度的方法。
開始從事脈搏血氧儀的研究工作之初,二戰(zhàn)時期的耳部血氧計便引起了青柳卓雄的注意,他開始研究這一儀器背后的秘密:承擔(dān)血液中氧氣輸送功能的血紅蛋白與氧氣結(jié)合時吸收光線的方式不同,而這一設(shè)備正是利用了這一點,使用兩種不同波長的光(紅色光和紅外光)來測量飛行員的血氧含量。
受這個方法的啟發(fā),3年后,這個日本青年便研究出了不需要采血、只需將光線照射到指尖血管便可進(jìn)行人血氧含量測定的血氧儀,當(dāng)時,他38歲。
1972年,在研究以染料稀釋法(即將無毒的染料作為指示劑注入患者體內(nèi))來測量人體心臟泵血量時,青柳卓雄發(fā)現(xiàn)人體血液流動時會產(chǎn)生一種干擾染料稀釋曲線的“噪音”,這種噪音中攜帶著動脈血液氧合的重要信息。他利用創(chuàng)新技術(shù)消除了這種噪音,從而可以清晰讀取氧氣含量。這使他發(fā)現(xiàn)了利用兩種不同波長的光信號進(jìn)行脈搏血氧測定的方法。
1974年4月26日,青柳卓雄向日本醫(yī)學(xué)電子與生物邏輯工程學(xué)會(MEBE)報告了他的脈搏血氧測定法,并與合作者,也是同事的木井一夫(Michio Kishi)一起創(chuàng)建了一個脈搏血氧計原型,1974年他們的公司提交了一份專利申請,將兩人列為發(fā)明人。5年后,這項發(fā)明被授予專利。
1975年,第一個利用青柳卓雄的方法做的商用脈搏血氧計面世。這款血氧儀由一個包含發(fā)光裝置的探針和兩個光電探測器組成,可以由兩個波長的光通過耳垂到達(dá)光電探測器,根據(jù)動脈血的脈動來測量每個波長的吸光度變化。該設(shè)備能夠快速、無創(chuàng)地評估患者的氧合,使臨床醫(yī)生能更早地發(fā)現(xiàn)血流動力學(xué)和呼吸的異常情況,避免患者受到傷害,并實時評估臨床干預(yù)的效果。
此后,青柳卓雄又繼續(xù)推動氧氣監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,刺激了世界各地的血氧儀設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新。他的原理和發(fā)明在1978年左右被相關(guān)醫(yī)療器械公司采用,加以改進(jìn)后生產(chǎn)出了商用血氧儀并在市場上成功銷售。1986年,美國麻醉醫(yī)師學(xué)會建議將脈搏血氧儀用于監(jiān)測接受麻醉的病人。從那時起直到今天,血氧儀的體積越來越小,技術(shù)越來越成熟,更重要的是,成本也越來越低,這使得它走進(jìn)全世界的病房和手術(shù)室,也走進(jìn)我們每一個普通人的家中。
近年來,青柳卓雄的發(fā)明越來越受到人們的認(rèn)可。這項發(fā)明得到了世界衛(wèi)生組織的大力支持,尤其適用于處于麻醉手術(shù)狀態(tài)的病人。在醫(yī)療技術(shù)發(fā)達(dá)的今天,許多公司都在出售血氧儀,形態(tài)多樣,功能齊備,但所有的脈搏血氧儀,都是基于青柳卓雄最初的脈搏血氧測定原理。
現(xiàn)代脈搏血氧儀 (圖源:pixabay)
脈搏血氧儀的工作原理:使用波長660 nm的紅光和940 nm的近紅外光作為射入光源,測定通過組織床的光傳導(dǎo)強(qiáng)度,來計算血紅蛋白濃度及血氧飽和度(SpO2),儀器即可顯示人體血氧飽和度。一般情況下,正常人體動脈血的血氧飽和度≥98%,大于95%的氧飽和度被認(rèn)為是正常讀數(shù),90%以下被認(rèn)為是供氧不足。
手術(shù)期間最重要檢測指標(biāo)之一
多年來,體溫、脈搏、呼吸頻率和血壓一直被醫(yī)學(xué)界視為病人的四種主要生命體征,但直到上世紀(jì)80年代末,青柳卓雄開創(chuàng)的脈搏血氧測定技術(shù)開始被廣泛接受之后,血氧飽和度才有了實時檢測的可能,從而被醫(yī)學(xué)界納入了病人的“第五生命體征”——這是氧氣是否從肺和心臟輸送到病人身體其他部位的關(guān)鍵指標(biāo)。
據(jù)報道,脈搏血氧儀發(fā)明前,全世界每年都有2000-10000名病人因未曾檢測到的低氧血癥而死亡。在脈搏血氧儀發(fā)明后,諸如重癥肺炎、呼吸衰竭、急性哮喘等危及生命的情況便可以及時發(fā)現(xiàn)。如今,血氧飽和度測量幾乎涵蓋了醫(yī)學(xué)實踐的所有領(lǐng)域,也成了當(dāng)今全身麻醉病人的“標(biāo)配”。
不僅如此,許多慢性病患者也可以使用脈搏血氧儀在家里監(jiān)測自己的血氧含量,從而更好地了解自己的身體狀況。而這種便利,在20世紀(jì)70年代早期血氧測量技術(shù)發(fā)明之前的幾十年里,是無法想象的。
2007年,世界衛(wèi)生組織(WHO)認(rèn)可脈搏血氧飽和度測定法是手術(shù)期間最重要的檢測指標(biāo)之一。自那時起,世衛(wèi)組織啟動了“全球脈搏血氧飽和度項目”,以確保每位接受手術(shù)的患者均接受脈搏血氧飽和度監(jiān)測。
2015年,美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)授予青柳卓雄醫(yī)療技術(shù)創(chuàng)新獎?wù)?,并宣布他的研究已?dǎo)致“麻醉死亡率降低了四倍”。每年,這項殊榮都會授予在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)療保健技術(shù)領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)或創(chuàng)新的個人和團(tuán)隊。青柳卓雄因?qū)γ}搏血氧儀的開拓性貢獻(xiàn)而獲此殊榮,他是首位榮獲該獎項的日本人。
標(biāo)題:脈搏血氧儀及其發(fā)明者青柳卓雄
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