CN109498936A - 一种体外生命支持的供氧决策系统 - Google Patents

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Abstract

一种体外生命支持的供氧决策系统，属于生物医学工程领域。主要包括决策模块、评估模块和检测模块。检测模块可以检测患者的生理参数，主要包括血压、血流速及肢端氧分压，评估模块根据评估根据式，计算获得患者体内局部的氧分压分布，将其中计算所得的肢端氧分压与检测模块检测的肢端氧分压校对；决策系统根据评估模块所得局部氧分压分布决定调节体外生命支持系统的血液灌注量、通气量以及氧含量，保证体内的局部氧分压维持在正常范围内防止出现重要器官的缺氧损伤。以参考决策值作为基础调节体外灌注流量及氧通量，符合患者的生理需求，降低患者的生命风险。

Description

一种体外生命支持的供氧决策系统
技术领域
本发明涉及一种体外生命支持的供氧决策系统，属于生物医学工程领域。
背景技术
体外生命支持是外科手术中常用的辅助手段，而其使用过程中的局部缺氧是常见临床并发症，一旦出现脑部或者脏器缺氧并未及时处理的话，会对患者的生命造成严重威胁。为了解决这一问题，兰德有限公司的体外循环和灌注的系统CN200710093658.1，只是监测和控制血泵的循环回路，并未将监测获得的参数反馈到血泵进行辅助参数调整。国内，河北省承德市承德医学院附属医院麻醉科的无创伤体外循环血氧饱和度监测仪CN03148835.8，可实现体外循环血液管路上的血氧饱和度的监测，但是测得的是整个循环回路的血氧饱和度，并未实现血管局部或者脑部的氧饱和度情况的监测。南开大学的脑血氧饱和度检测仪CN02104867.3，实现了脑血氧信息的获得，但不能将获得其他重要脏器的局部氧分压，因而无法应用在体外生命支持中。北京工业大学的一种体外循环灌注决策系统CN201410085588.5，虽然实现了根据生理参数控制灌注流量，但无法获得人体各处的局部氧分压，无法对于脏器缺氧做出响应。
发明内容
为了能够根据患者的生理参数，获得体外循环过程中的局部氧分压数值，从而调整体外循环的灌注流量和氧分量，进而保持患者体内各部位的局部氧分压在正常范围内，降低患者风险，本发明提供一种体外生命支持的供氧决策系统，使患者局部氧分压维持在适合患者状态的范围内。
为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：
一种体外生命支持的供氧决策系统，系统包括检测模块、评估模块及决策模块，其特征在于：检测模块可以检测患者的生理参数，主要包括血压、血流速及肢端氧分压，评估模块根据评估根据式，计算获得患者体内局部的氧分压分布，将其中计算所得的肢端氧分压与检测模块检测的肢端氧分压校对；决策系统根据评估模块所得局部氧分压分布决定调节体外生命支持系统的血液灌注量、通气量以及氧含量，保证体内的局部氧分压维持在正常范围内防止出现脑部、肝脏、肾脏等重要器官的缺氧损伤，同时可以给予医生建议，如果评估模块计算所得局部氧分压在正常值范围内，将局部氧分压目前的状态发送给医生；如果评估模块计算所得局部氧分压数值不在正常范围内，那么决策系统给医生做出警告和调整建议，最终由医生做出决定。
评估模块的评估根据式：
(PO2 5.4+14000PO2 2.7+152000000PO2 1.7+49000000)*u*▽PO2＝(0.0000000012
PO2 5.4+0.0000168PO2 2.7+0.0000000002736PO21.7+0.0588)△PO2 (3)
u—血速度
t—时间
P—血压
ρ—血液密度
μt—血液的湍流粘度
PO2—局部氧分压；
动静脉的氧分压作为决策系统是否为参考决策的依据，如果动脉血氧分压的值12.6～13.3千帕(95～100mmHg)之间,静脉氧分压的值为5.32千帕(40mmHg)，决策系统输出参考决策值，即维持目前的灌注流量及氧通量。
进一步：以下面的条件为依据可以得到所述参考决策的最佳值：
1)动脉血氧分压的正常值：12.6～13.3千帕(95～100mmHg),静脉氧分压的正常值：5.32千帕(40mmHg)；
2)血压的收缩压小于等于18.6千帕(140mmHg)，舒张压小于等于12千帕(90mmHg)。
在体外生命支持过程中，极容易出现局部氧分压过低的现象，局部氧分压代表局部位置溶解在血液中的氧分子所产生的压力。氧分压过低就会导致脑部及内脏器官缺氧情况，因此需要调整体外支持的灌注流量和氧通量维持患者体内的正常的局部氧分压。决策模块根据评估系统获得的局部氧分压指标进行决策，并做出调整：如果局部氧分压指标在正常范围内，将局部氧分压状态提供给医生。如果指标在正常范围之外，则观察患者的血压值，如果血压过低则可通过提高体外灌注流量及氧通量提高局部的氧分压，如果此时血压已经过高，则维持灌注流量，增加通气量与氧气比例，提高局部氧分压，由决策系统给出医生警告和决策建议，最终由医生依据决策模块给出调整方案，并执行。以参考决策值作为基础调节体外灌注流量及氧通量，符合患者的生理需求，降低患者的生命风险。
附图说明
图1是本发明一种体外生命支持的供氧决策系统。
图2实施例1正在进行体外循环患者的动脉血管模型。
具体实施方式
下面结合附图1以及实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种体外生命支持的供氧决策系统包括决策模块、评估模块及检测模块，结构框图如图1所示。检测模块可以检测患者的生理参数，主要包括血压、血流速及肢端氧分压，评估模块根据评估根据式，计算获得患者体内局部的氧分压分布，将其中计算所得的肢端氧分压与检测模块检测的肢端氧分压校对；决策系统根据评估模块所得局部氧分压分布决定调节体外生命支持系统的血液灌注量、通气量以及氧含量，保证体内的局部氧分压维持在正常范围内防止出现脑部、肝脏、肾脏等重要器官的缺氧损伤，同时可以给予医生建议，如果评估模块计算所得局部氧分压在正常值范围内，将局部氧分压目前的状态发送给医生；如果评估模块计算所得局部氧分压数值不在正常范围内，那么决策系统给医生做出警告和调整建议，最终由医生做出决定。决策模块将参数传递给评估模块。评估模块根据生理参数计算出局部的氧分压情况，并传递给决策系统，由决策系统给出生命支持系统的灌注流量及氧通量的调整建议。其中肢端的氧分压可根据光电传感器获得，并作为评估系统计算的氧分压的校正参考值。
检测模块利用嵌入式系统进行患者血压和血液流速的参数采集。
评估模块可采计算机，通过编写程序，得到患者全身的氧分压数值。其原理如下：
为了获得体内局部的氧分压数值，引入体内血液运输及氧分压传输公式，评估模块中安装了计算氧分压的算法程序，由公式(1)-(3)得到:
(PO2 5.4+14000PO2 2.7+152000000PO2 1.7+49000000)*u*▽PO2＝(0.0000000012
PO2 5.4+0.0000168PO2 2.7+0.0000000002736PO2 1.7+0.0588)△PO2 (3)
u—血液速度
t—时间
P—血压
ρ—血液密度
μt—血液的湍流粘度
PO2—局部氧分压
决策系统利用模糊神经网路算法，根据评估系统给出的局部氧分压值进行灌注流量及氧通量调整的决策，从而使患者的局部氧分压维持在正常的范围内。决策系统参照的生理参数的正常值如下：动脉血氧分压的正常值：12.6～13.3千帕(95～100mmHg),静脉氧分压的正常值：5.32千帕(40mmHg)；血压的收缩压小于等于18.6千帕(140mmHg)，舒张压小于等于12千帕(90mmHg).
图2是一个正在进行体外循环患者的动脉血管模型，该患者的心输出量(Inlet1)是2L/min，支端局部氧分压是40mmHg，相应的血氧饱和度是70％；VA-ECMO的辅助水平(Inlet2)是3L/min，此处局部氧分压是100mmHg血氧饱和度是100％。以上述结果作为边界条件，基于该患者的血管网络模型，采用有限元方法进行迭代计算，我们可以通过我们提出的评估模块，计算获得不同位置处的的氧饱和度与氧分压数值，图中outlet1-outlet2处的氧饱和度和氧分压分别为72％，80％，87％，以及40mmHg,46mmHg与60mmHg,经过与临床血气检测结果对比，该方法的误差小于5％，达到临床试用需求。

Claims (5)

1.一种体外生命支持的供氧决策系统，系统包括检测模块、评估模块及决策模块，其特征在于：检测模块可以检测患者的生理参数，主要包括血压、血流速及肢端氧分压，评估模块根据评估根据式，计算获得患者体内局部的氧分压分布，将其中计算所得的肢端氧分压与检测模块检测的肢端氧分压校对；决策系统根据评估模块所得局部氧分压分布决定调节体外生命支持系统的血液灌注量、通气量以及氧含量，保证体内的局部氧分压维持在正常范围内防止出现重要器官的缺氧损伤。
2.按照权利要求1所述的一种体外生命支持的供氧决策系统，其特征在于，评估模块的评估根据式：
u—血速度
t—时间
P—血压
ρ—血液密度
μt—血液的湍流粘度
PO2—局部氧分压。
3.按照权利要求1所述的一种体外生命支持的供氧决策系统，其特征在于，如果评估模块计算所得局部氧分压在正常值范围内，将局部氧分压目前的状态发送给医生；如果评估模块计算所得局部氧分压数值不在正常范围内，那么决策系统给医生做出警告和调整建议。
4.按照权利要求1所述的一种体外生命支持的供氧决策系统，其特征在于，动静脉的氧分压作为决策系统是否为参考决策的依据，如果动脉血氧分压的值12.6～13.3千帕(95～100mmHg)之间,静脉氧分压的值为5.32千帕(40mmHg)，决策系统输出参考决策值，即维持目前的灌注流量及氧通量。
5.按照权利要求1所述的一种体外生命支持的供氧决策系统，其特征在于，以下面的条件为依据可以得到所述参考决策的最佳值：
1)动脉血氧分压的正常值：12.6～13.3千帕(95～100mmHg),静脉氧分压的正常值：5.32千帕(40mmHg)；
2)血压的收缩压小于等于18.6千帕(140mmHg)，舒张压小于等于12千帕(90mmHg)。
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