對動脈血氣體的非侵入性測定制造技術

一種非侵入性動脈氣體分壓的測定系統，包括： 呼出氣體取樣裝置，它被用來從病人收集一次或多次的呼出氣體樣品，并顯現出所述氣體樣品的至少一種組份的含量；和 氣體樣品數據處理裝置；它被用來接受代表所述氣體特點的數據輸入，選擇性地處理所述的輸入數據以確定至少一種動脈血的氣體分壓值。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

技術介紹
本專利技術涉及用于評價病人換氣狀況的方法和裝置。更具體地說，本專利技術提供了一種系統，該系統能完成測定動脈血管內溶解的二氧化碳濃度的非侵入性操作。動脈二氧化碳含量用分壓，即pCO2表示，它是能最終反映肺部健康狀況的換氣狀況的一個重要指標。醫生和其它醫護人員一般以動脈pCO2(PaCO2)的增高作為初期呼吸衰竭的指征。就此而言，PaCO2的測定在使呼吸器的調整達到最佳以及監測手術中威脅麻醉病人生命的血液中的氣體變化中是很有用的。得到動脈血液氣體值的傳統方法是取出動脈血樣并用血液氣體分析儀測量二氧化碳的分壓(PaCO2ABG)。動脈穿刺有其固有的限制1)動脈穿刺給病人帶來一定程度的不適和危險，2)血液處理對醫護人員有潛在的危險，3)在得到結果前會耽誤病情，以及4)只能間歇地進行測量。連續的侵入性監測需要留置動脈導管，這會產生固有的問題，包括膿毒癥、應答時間慢和信號的衰減。該監測系統的性質排除了在日常護理中的使用的可能性，一般限于醫院的監護病房。人們試圖，包括使用所謂的二氧化碳測量術來間接地測定PaCO2水平。二氧化碳測量術利用的方法涉及追蹤病人的呼氣，在一個或多個呼吸周期中測量相對于時間的呼出氣體中的CO2濃度。將所得的關系作圖，得到病人在呼氣周期中CO2氣體濃度有三個相的圖(參見附圖說明圖1)。典型的是，該三相反映了一般不參與氣體交換的輸送氣道的清除(即氣道無效區)(第I相)，然后呼出來自輸送氣道的空氣與來自肺內活性(肺泡)膜表面的肺部氣體動態地混合的空氣，肺部氣體在肺中已與動脈血作了氣體交換(第II相)。最后一相(第III相)反映了來自正常時與肺泡組織進行主動交換的肺部各區域的未混合氣體的呼出。第III相(在健康的病人)因此極為相似于與肺接觸進行氣體交換(釋放CO2，吸收O2)的動脈血有關的氣體性質。在正常的肺中，由于換氣的與灌注的肺泡區域十分一致，故第III相的圖線基本水平(斜率＝0)。對于病理的肺，第III相圖線由于該肺的換氣和灌注區不一致而不是水平。參見下表I表I第I相 代表從沒有氣體交換的氣道輸送結構呼出的無CO2的氣體第II相S形上升的CO2濃度(以百分數表示)代表從氣道到肺泡氣體的過渡第III相 平臺代表來自肺泡的富含CO2的氣體。以前，二氧化碳測量術采用峰值或潮末值(PetCO2)來作為PaCO2估計值。PetCO2是來自肺部所有有功能的氣體交換單位的二氧化碳的肺泡分壓的平均測量值。從二氧化碳測量術所得的PetCO2是肺泡pCO2的平均測量值，在正常肺中該值接近于PaCO2。由于CO2容易地擴散穿過肺泡—毛細管膜，對于正常的換氣—灌注，PetCO2十分接近于PaCO2。PetCO2和PaCO2之間的差主要是不發生氣體交換的肺部所占比例的函數(Fletcher，R.，Johnson，G.和Brew，J.，The Concept of Deadspace with Special Reference to Single Breath Testfor Carbon Dioxide，Br.J.Anaesth.53，77，1981)。患肺病的病人其不發生氣體交換的肺部區域成比例地增加。這個所謂的“肺泡無效區”的增加使從二氧化碳測量術所得的CO2峰值(PetCO2)和升高的動脈CO2(PaCO2)間有顯著的差異。采用其它技術來評估，病人血液的氣體濃度，得出各不相同的結果。經皮的傳感器可測量通過受熱的皮膚擴散的組織pCO2，但有著實踐和理論上的局限。廣泛使用血氧定量法，這是一種估計負載在血紅蛋白上的動脈氧的非侵入性方法。例如，美國專利第4,759,369，4,869,254和5,190,038號揭示了脈沖血氧定量計，它可測量氧合的血紅蛋白的百分數。但是，當血紅蛋白水平下降時前述的技術均不能測量溶解的氧氣量，也不能測量負載的氧的數量。明顯失血或紅細胞形成不足時血紅蛋白的水平就會低下。另外，血氧定量計的讀數對附著點具有特異性，一般是在手指尖或耳垂，在諸如休克或體溫過低時可能不反映活體器官的氧水平。現有技術需要準確、非侵入性的靈敏的方法來準確地測定動脈血中氣體的水平。從下面可見，本專利技術提出的一種非侵入性系統能克服現有技術中的問題。綜 述本專利技術提供了一種系統來快速、準確地得出病人的動脈血的二氧化碳濃度，本專利技術也使用了一種非侵入性的方法來監測病人動脈血二氧化碳的分壓以作為換氣狀態的指標。本專利技術也包括用來檢測呼出的CO2濃度和容積率數值，并以此為基礎得到準確的實際動脈pCO2的系統。該系統提供了非侵入性、實際上實時的血液氣體濃度的測定，它得自與以前呼氣測量中收集的經處理的數值相關聯的即刻呼出值。本專利技術將呼出值從時間域轉換為體積域，或首先積累體積域的數值作為呼出值。病人的動脈CO2分壓然后可通過選擇性地分析體積域中的第II和III相呼出值的斜率和截距來確定。若時間域數值被轉換為體積域，該轉換通過以體積域來代替而被稱為使數據“歸一化”，其中病人依賴時間的呼吸差異得以消除，而得到標準化的氣體濃度—增加的呼吸體積的關系。本專利技術也提供了準確測定動脈CO2分壓的方法，它通過測量呼出氣體的值并將該值經統計學過濾以確保得到具有統計學意義的可信水平的與實際肺功能相關性最高的讀數。本專利技術的上述優點和其它優點通過專門說明的氣體分析和按選擇數據鑒定和增強程序操作的數據處理系統來實現。特別是，本專利技術的系統可用于從治療中的病人收集準確的呼氣數據。該數據包括了呼吸衰竭周期中取樣的CO2氣體分壓、濃度和總的氣體體積的細節。進行多次讀數來增加準確性。呼出數據從時間域轉換為體積域。然后將呼出值作圖建立在呼吸周期中的上述明顯的三相。取出該三相有關的線性細節，用來得到即刻的動脈CO2分壓，PaCO2。然后將該值用于肺功能的量化和/或確定是否發生肺衰竭或肺窘迫。根據本專利技術的各個方面，本系統包括復雜的人工智能手段，它可反復地分析許多獨立的和不同的測量值以及與呼氣數據相關的計算值。基于這些變換，該手段量化了這些測得的值以及與實際的動脈CO2分壓最為相關的導出值，得到了包括特定加權變量的表明動脈CO2分壓的固定關系。該關系以矢量表示，在監測外科手術過程和其它與潛在的肺衰竭有關的病人時可按實際的患者的系統參數實施該關系。附圖簡述本專利技術的前述特征結合下面的附圖從具體的說明性的方案細節的敘述可更容易全面理解，其中圖1顯示了健康人體的CO2/體積曲線的三相；圖2代表正常的呼氣的CO2對呼出體積作圖，并顯示了無效區；圖3是本專利技術優選方案的系統的示意圖；圖4是本專利技術優選方法的流程圖；圖5是健康人體的二氧化碳測量圖；圖6是肺窘迫病人二氧化碳測量圖。較好技術方案的詳述總的來說，本專利技術包括用于通過對呼出氣體的濃度和體積的分析得出動脈血氣體含量的非侵入性的系統和方法。呼出氣體的濃度和體積可按時間域收集，典型地是使用二氧化碳測量計和呼吸速度測量計。另一種方法是，數據可直接以體積域收集，在二氧化碳測量計和呼吸速度測量計數據之間進行時間遲延或相移校正。pCO2和體積的原始數據以足以避免混淆的高頻率進行讀數。對于具有正常換氣頻率的成人，典型地是以100Hz來收集數據，每0.01秒產生一個數據點。若按時間域讀數，則用多項式擬合將測量值從時間域(典型的是每0.01秒本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丹尼爾B·雷伯恩，
申請(專利權)人：丹尼爾B·雷伯恩，
類型：發明
國別省市：