CN103619242B - 非侵入性氧输送量测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

测定氧输送量的方法，包括以下步骤：非侵入性测量动脉血压波形，由所述血压波形的脉波分析测定心输出量，非侵入性测量氧饱和度和血红蛋白浓度，并且基于测定的量实时计算氧输送量。

Description

非侵入性氧输送量测量系统和方法
1.技术领域
本发明涉及实时且总体非侵入性地测量通过血流对患者组织生理输送氧的系统和方法。
2.现有技术
临床医生的一个挑战是获得对患者组织运输或输送氧的精确信息。这在很多医疗过程期间是重要的，因为临床医生需要知道和决定当对患者组织的氧输送量就代谢需求而言不足时是否以及何时用流体、血液或药理剂介入。根本问题是：氧输送量对于患者组合的需要而言是否足够，以及如果不是的话，施用的疗法是否引起氧运输或输送的及时改进。
氧输送量的连续测定是重要的，因为持续的心血管机能不全——其中对于患者组织的氧输送量不足——可能引起终末器官功能障碍和患者发病率和死亡率增加。在二十世纪八十年代已经在文件中记载了外科手术相关的整体氧输送量(DO2)的降低导致外科手术诱发的氧输送量债(Shoemaker等，CritCareMed1988;16:1117-1120)。这种氧债的大小是与患者预后(patientoutcome)唯一相关的。更近来，Gutierrez(Gutierrez等，Lancet19925339:195-199)展示了如果在终末器官衰竭的发展之前施用，DO2的目标阈值仅对于降低长期发病率是有效的。评价血液动力学不稳定的患者的稳定性也是重要的。麻醉科医师和重症监护医师(intensivist)通常很清楚该时间因素的重要性，并且有时称其为“黄金小时(thegoldenhour)”，在其间应当进行需要的矫正。
目前，大多数临床医生依靠侵入性肺动脉导管插入术(catheterization)以便直接测量心输出量，其涉及血流，与来自动脉输血导管的动脉血样的绘图组合以便直接测量血红蛋白(Hb)，即氧载体浓度以及其与氧的饱和度(SaO2)。
国际专利申请WO03/092491涉及基于连续波超声多普勒流速数据的血流氧测量系统。由于缺乏绝对心输出量信息，取而代之地聚焦于相对输出变量，其次于绝对测量。作为提供氧饱和度的手段，提及了脉冲血氧定量法。基于氧饱和度、速度时间积分(velocity-time-integral)(vti)、心率(HR)和多普勒流剖面截面积(Dopplerflowprofilecrosssectionalarea)(XSA)的组合来讨论相对组织灌注指数。然而，且不论缺乏绝对精度，超声系统在临床应用中极其受限，因为所需要的操作者技能和对于实际上妨碍任何更长时间监控的运动伪差的高易感性。
国际专利申请WO96/39928公开了用于实时预报患者的混合静脉氧张力(PvO2)和心输出量(CO)的系统。其使用如通过侵入性血液化学监测器测定的动脉氧含量(CaO2)和作为计算PvO2中输入值的患者的氧消耗量。然而，所述系统是部分侵入的，并且针对氧消耗量和静脉氧张力方面而不是氧输送量方面。
德国专利申请公开DE102006051561涉及生命体征的显示。其公开了计算各种参数如心输出量的方法。
美国专利申请公开US2003/0135124涉及基于连续心脏逐拍心搏(beat-by-beat)的非侵入性的测量心输出量(等参数)。
由此，DO2优化策略迄今尚未广泛用于临床患者护理。本发明的目的是提供用于实时测量氧输送量的系统和方法，允许快速和连续的监控相关的躯体功能，从而至少部分地克服现有技术的上述问题。
3.发明内容
通过测定氧输送量的方法根据本发明解决该目的，所述方法包括以下步骤：非侵入性测量动脉血压波形，由所述测量的血压波形的波形分析测定心输出量，非侵入性测量氧饱和度和血红蛋白浓度，并且基于测定量实时计算氧输送量。
该方法是特别有利的，因为其首次解决了本发明背后的主要问题，如其提供了总体非侵入性的DO2监控方法，所述方法还提供了实时的值。以完全同步共同形成DO2结果的潜在个体生理参数中固有存在的可变性的方式提供DO2数据。更详细地，对于计算氧输送量，需要心输出量、氧饱和度和血红蛋白浓度。如果这些参数可同步地，即，尽可能多的及时合为整体地进行测定，精确测定仅是可能的。
另外，不再需要将需额外的安全措施和专门培训的人员的经皮仪器。相比之下，非侵入性的传感器可例如通过随行医护人员或急症医师轻易地施用。因此，更容易在较短的时间内决定适当的疗法。当与已证实的正确利用其诊断功效的治疗方法(cf.Pinsky,IntensiveCareMed2004;30:1008-1010)协同地使用依照本发明的方法时，其将最终降低患者的死亡率。具体而言，DO2的总体非侵入性测量使其也能对低至中等风险的患者施用所述方法和系统，不认为所述患者处于足以确保使用侵入性线路以进行监控的风险中，但在所述患者中进行DO2监控被认为是有用的，例如，由于存在伴随疾病(comorbidities)如糖尿病、肥胖、高血压或吸烟习惯。如例如从美国专利4,653,498和7,530,955已知的，施用使用脉冲血氧定量法的连续体积描记的波形的非侵入性测量以提供实时氧饱和度(SpO2)作为SaO2的评估。如例如由国际专利申请WO2006/118654公开的，可应用非侵入性实时氧载体浓度(SpHb)测量作为使用脉冲血氧定量法或CO脉冲血氧定量法的总血液Hb评估。
在另一个方面中，通过将心输出量、氧饱和度、血红蛋白浓度和一定形式的Hufner常数相乘计算氧输送量。
因此，通过以非侵入式方式测量这些值，期望的参数，即，氧输送量可通过简单的乘法计算：总氧输送量(DO2)通过氧含量(CaO2)和通过运输能力即血流或心输出量(CO)测定，所述氧含量(CaO2)由氧载体浓度即血红蛋白(Hb)和这些载体的氧饱和度(SaO2)构成：
DO2=k*SaO2*Hb*CO(等式l)
或者，可选地阐述为：
DO2=k*CaO2*CO(等式2)
具体而言，选择Hufner常数(k)使其考虑到心输出量、氧饱和度和血红蛋白浓度的单位。
氧输送量(DO2)被表示为患者组织在一分钟内可用的氧的量(ml/分钟)。该氧输送量可标准化为患者体表，其意味着基于心脏指数(CI)而不是心输出量(CO)。
根据另一个方面，氧输送量参数可与氧消耗量(VO2)的测定组合以测定氧提取率，其可用作氧输送量对于患者的代谢需求是否充足的指标。更详细地，氧提取率可有利地通过将测量的或输入的氧消耗测量值(VO2)除以氧输送量测定。
根据本发明的另一个方面，通过手指动脉体积钳制方法测量动脉血压波形，其中通过与动脉内血压一致地改变动脉外部的压力将动脉体积保持在恒定水平。
体积钳制方法(volumeclampmethod)允许提供连续的血压波形，其相对没有伪影，当测量的手指不在心脏水平时被流体静压差补偿，其也在EP48060和EP78090中进行了讨论。
在另一个方面中，测量的手指动脉血压波形被重建为更中心的血压波形，比如肱动脉压波形。
肱动脉血压波形从手指动脉血压波形的重建提供了逐拍心搏收缩、舒张、平均压力和心率。肱动脉血压波形的这种重建也可从Gizdulich等,CardiovascRes1997;33:689-705中得知。
此外，使用脉冲等值线分析(比如NexfinCO-TREK)来分析肱动脉压波形是可能的，以提供逐拍心搏出量和心输出量。这也由国际专利申请WO2009/014420进行了讨论。
复苏的主要目标是增加DO2。因此，通常在血液动力学不稳定的患者中提出的主要功能性问题是：心输出量(主要变量)是否随着流体复苏(主要治疗剂)而增加？以及如果是的话，增加多少？在生理学上，这相当于患者是否是流体应答的问题。当前用于评价流体应答性的方法之一是快速灌入小巨丸剂并且通过观察动脉血压、心率、心输出量、血乳酸或其它相关参数的变化评估应答。如果有提高，则认为患者是“应答者(responder)”。该方法的缺点之一是其仅在一半的低血压患者中为阳性。给予“无应答者(non-responder)”的体积挑战可能恶化或促发(precipitate)肺水肿并造成心脏超负荷。
近来的发展提供了模拟瞬时体积挑战而实际上没有施用任何体积的备选方法，其消除了“无应答者”中的风险。在被麻醉或镇静的患者中的正压通气循环地改变静脉血回流的压力梯度，从而诱发心脏心搏出量的循环变化。当使用固定的通气潮气量时，收缩压、脉压和心搏出量的变化程度反映流体应答性，并且因此心搏出量变化(SVV)和脉压变化(PPV)指数可用作额外的引导信息以便在实际开始疗法之前预报患者对于通过流体复苏的DO2疗法的应答的方向和大小(Cannesson,JCardiothorVaseAnesthesia2010;3:487-497)。DO2测量的阐释由心搏出量变化和脉压变化的总体非侵入性测量支撑，其衍生自以完全同步方式所述血压波形的脉波分析。可应用通过分析血压波形和逐拍心搏出量数据的实时心搏出量变化和脉压变化的计算，如由Michard等,AmJRespCritCareMed2000;162:134-138公开的。
在另一个方面中，将氧输送量参数与逐拍心搏数据中呼吸变化的分析组合，使得关于氧输送量以及关于患者的流体应答性状态的信息是可得的。
通过逐拍心搏数据中呼吸变化如脉压变化和/或心搏出量变化的这种分析，关于氧输送量以及关于患者的流体应答性状态的信息是可得的。
根据另一个方面，用动脉血压波形监控脉压变化和心搏出量变化。
在又另一个方面中，通过手指上的至少一个传感器非侵入性地测量动脉血压，并且其中通过至少一个多波长传感器非侵入性地测量氧饱和度和血红蛋白浓度。该传感器可置于另一个手指上。
与上面类似，在无任何经皮仪器的情况下测定这些参数允许更快的测定氧输送量，并由此允许所需疗法的改进测定。
本发明还涉及根据以上讨论的任意方面测定氧输送量的设备。
所述方法可轻易地应用于例如由麻醉师或随行医护人员使用的设备，以便以容易和快速的方式测定氧输送量从而节约关键时间，例如用于测定患者组织中的氧输送量。
即便一些实施方式仅以方法的视角进行描述，应当理解所有实施方式可作为设备实施，反之亦然。
4.附图简述
针对附图讨论了本发明的下列方面。这些图显示了：
图1：显示了根据一些实施方式的患者监控系统的框图；
图2：显示了根据本发明的一些实施方式的框图；
图3：显示了依照一些实施方式的用于测定数值的一些传感器；和
图4：显示了依照一些实施方式的数值的可能的图解。
5.具体实施方式
图1图解了使用公开的方法的患者监控系统的示例性实施方式的框图。在实施方式中，传感器1置于患者手指的中节指骨上，并且连接至预处理单元3——其用体积钳制方法测量连续手指动脉血压波形。传感器2a和2b与连接其的管共同形成流体静力学高度测量系统，其中一端2a通常靠近传感器1放置，而另一端2b置于参照水平，通常为心脏水平。单元3也针对任何2a和2b之间测量的流体静力学高度差进行测量的手指动脉血压的自动补偿。
传感器4置于另一个手指的手指尖上，其通常是相邻手指但也可以是与传感器1所用的相同手指。其连接至预处理单元6，所述预处理单元6用脉冲血氧定量法测量连续的手指体积描记波形并且衍生出实时氧饱和度(SpO2)和实时氧载体浓度(SpHb)。
预处理单元3和6连接至患者监控系统7，其共同实时地进行下列工作：
●收集和存储从单元3和6收集的所有信息；
●从手指动脉血压波形重建肱动脉血压波形，以便提供逐拍心搏收缩、舒张、平均压力和心率；
●使用脉冲等值线分析来分析肱动脉压波形，以便提供逐拍心搏出量和心输出量；
●通过分析血压波形——针对脉压变化(PPV)——和逐拍心搏心搏出量数据——针对心搏出量变化(SVV)——计算实时的SVV和PPV；
●用上面所述的等式1或等式2，用从以上步骤可得的完全同步的及时数据以绝对值(比如ml/分钟)或相对值(比如%)计算氧输送量(DO2)；
●与其它相关的血液动力学参数组合实时显示DO2、SVV和PPV的数值和趋势。
图2显示根据本发明的一些实施方式进行测量的配置的实例。传感器4与预处理单元6连接，所述预处理单元6用脉冲血氧定量法测量和获取实时氧饱和度(SpO2)和实时氧载体浓度(SpHb)。传感器1和2与预处理单元3连接，所述预处理单元3用体积钳制方法测量连续的手指动脉血压波形。预处理单元3和6与患者监控系统7连接，其可共同执行上述功能。
图3更详细地再次图解了传感器。其中，传感器4被用于连续的手指体积描记波形测量，并且传感器1和2用体积钳制方法测量连续的手指动脉血压波形。
图4显示患者监控系统7的示例性显示器。在该实施方式中，系统在图的左部分可显示氧输送量10、心输出量15、动脉氧饱和度20和总血红蛋白25的趋势信息。此外，在显示器的右部分30中，显示了参数的实时测量。
更详细地，在实施方式中，显示器有利地显示下列的一个或多个：平均动脉压(MAP)、心率(HR)、心输出量(CO)、心脏指数(CI)、氧输送量(DO2)、氧输送指数(DO2I)、动脉氧饱和度(SpO2)、总血红蛋白(SpHb)、心搏出量变化(SVV)、脉压变化(PPV)或类似的，如显示器的右部分30中所示的。
此外，显示器可以以从如可由先前的参数值构建的基线值的相对或绝对偏差的形式显示一个或多个参数。这可以例如通过在某时窗上进行平均实现。
因此，本发明包含多参数患者监控器7，其能够测定不同于血压波形和获得的逐拍心搏变量如收缩压和舒张压或除了这些之外的一种或多种前述参数。
在实施方式中，非侵入性的DO2监控器的显示器有利地包含能够使多个数据显示的多个显示模式，超过可用的物理显示区域。使用者可循环不同的参数显示值和趋势模式，并且显示器可使用作为彩色编码的不同参数。
而且，参数趋势可用相同或不同的彩色编码显示——特别是当在一个或多个显示面板上显示多个趋势时。
图中显示的实施方式仅代表实例。例如，任意其它数量和/或组合的传感器可被用于进行测量。
描述下列优选的实施方式以利于更深入理解本发明：
1.测定对患者组织的氧输送量的方法，包括以下步骤：
非侵入性测量动脉血压波形；
由所述血压波形的脉波分析测定心输出量；
非侵入性测量氧饱和度和血红蛋白浓度；和
实时计算氧输送量。
2.根据实施方式1所述的方法，其中通过将心输出量、氧饱和度、血红蛋白浓度和一定形式的Hufner常数相乘来计算所述氧输送量。
3.根据任意前述实施方式所述的方法，其中通过手指动脉体积钳制方法测量动脉血压波形，其中通过与动脉内血压一致地改变动脉外部的压力将动脉体积保持在恒定水平。
4.根据任意前述实施方式所述的方法，其中所述测量的手指动脉血压波形被重建为更中心的血压波形比如肱动脉压波形。
5.根据任意前述实施方式所述的方法，其中将氧输送量参数与逐拍心搏数据中呼吸变化的分析组合，使得关于氧输送量以及关于患者的流体应答性状态的信息是可得的。
6.根据任意前述实施方式所述的方法，其中将氧输送量参数与氧消耗量(VO2)的测定组合以测定氧提取率，其可用作氧输送量对于患者的代谢需求是否充足的指标。
7.根据任意前述实施方式所述的方法，其中用动脉血压波形监控脉压变化和心搏出量变化。
8.根据任意前述实施方式所述的方法，其中用手指上的至少一个传感器非侵入性地测量所述动脉血压，并且其中用另一个手指上的至少一个多波长传感器非侵入性地测量氧饱和度和血红蛋白。
9.用于测定氧输送量的设备，其包括：
用于非侵入性地测量动脉血压波形的装置；
用于由所述血压波形的脉波分析测定心输出量的装置；
用于非侵入性地测量氧饱和度和血红蛋白的装置，其包括至少一个多波长传感器；以及
用于实时计算氧输送量的装置。
10.根据实施方式9所述的设备，其中通过将心输出量、氧饱和度、血红蛋白浓度和转换常数相乘计算所述氧输送量。
11.根据实施方式9或10任意一项所述的设备，进一步包括：
用于通过手指动脉体积钳制方法测量动脉血压波形的装置，其中通过与动脉内血压一致地改变动脉外部的压力将动脉体积保持在恒定水平。
12.根据实施方式9至11任意一项所述的设备，其中测量的手指动脉血压波形被重建为更中心的血压波形比如肱动脉压波形。
13.根据实施方式9至12任意一项所述的设备，进一步包括将氧输送量参数与逐拍心搏数据中呼吸变化的分析组合的装置，使得关于氧输送量以及关于患者的流体状态的信息是可得的。
14.根据实施方式9至13任意一项所述的设备，其中将氧输送量参数与氧消耗量(VO2)的测定组合以测定氧提取率，其可用作氧输送量对于患者的代谢需求是否充足的指标。
15.根据实施方式9至14任意一项所述的设备，其中使用动脉血压波形监测脉压变化和心搏出量变化。

Claims (11)

1.测定对患者组织的氧输送量(10)的方法，包括以下步骤：
非侵入性测量动脉血压波形，其中测量的手指动脉血压波形被重建为肱动脉压波形；
由所述血压波形的脉波分析测定心输出量(15)；
非侵入性测量氧饱和度(20)和血红蛋白(25)浓度；和
实时计算氧输送量(10)；
其中通过手指动脉体积钳制方法测量动脉血压波形，其中通过与动脉内血压一致地改变所述动脉外部的压力将所述动脉体积保持在恒定水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过将心输出量(15)、氧饱和度(20)、血红蛋白(25)浓度和一定形式的Hufner常数相乘来计算所述氧输送量(10)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述氧输送量(10)参数与逐拍心搏数据中呼吸变化的分析组合，使得关于所述氧输送量(10)以及关于患者的流体应答性状态的信息是可得的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述氧输送量(10)参数与氧消耗量(VO2)的测定组合以测定氧提取率，其可用作氧输送量(10)对于患者的代谢需求是否充足的指标。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用动脉血压波形监控脉压变化和心搏出量变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过手指上的至少一个传感器非侵入性地测量所述动脉血压，并且其中通过另一个手指上的至少一个多波长传感器非侵入性地测量氧饱和度(20)和血红蛋白(25)。
7.用于测定氧输送量(10)的设备，其包括：
用于非侵入性地测量(3)动脉血压波形的装置，其中通过与动脉内血压一致地改变动脉外部的压力将动脉体积保持在恒定水平，并且其中测量的手指动脉血压波形被重建为肱动脉压波形；
用于由所述血压波形的脉波分析测定心输出量(15)的装置；
用于非侵入性地测量(6)氧饱和度(20)和血红蛋白(25)的装置，其包括至少一个多波长传感器；以及
用于实时计算(7)氧输送量(10)的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其中通过将心输出量(15)、氧饱和度(20)、血红蛋白(25)浓度和转换常数相乘来计算所述氧输送量(10)。
9.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于将氧输送量(10)参数与逐拍心搏数据中呼吸变化的分析组合的装置，使得关于氧输送量(10)以及关于患者的流体状态的信息是可得的。
10.根据权利要求7所述的设备，其中将氧输送量(10)参数与氧消耗量(VO2)的测定组合以测定氧提取率，其可用作氧输送量(10)对于患者的代谢需求是否充足的指标。
11.根据权利要求7所述的设备，其中使用动脉血压波形监测脉压变化和心搏出量变化。
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