CN1152860A - 血内气体探针 - Google Patents

Abstract

一种用来从血脉管中的血液检测血内气体的血内气体检测装置。将一根探针引入血脉管内。该探针具有一个形成探针室的探针体和一个与该探针体的第一端部相连接的第一可渗透气体的薄膜件。在靠近探针室的第二端部设置一个检测器，用以检测所需的血内气体特性。使血内气体扩散通过第一可渗透气体的薄膜件并进入探针室，以便使探针室内的血内气体与血脉管内的血内气体基本上达到平衡。一旦血内气体达到平衡，便检测所需的血内气体的特性。

Description

血内气体探针

本发明涉及血内气体的检测，更具体地，涉及一种用于从动脉检测血内气体的装置的探针。

当人们吸入大气中的空气中，空气进入两肺中的肺胞内。由于人体吸收氧气并排出二氧化碳。呼吸时进入肺胞中的空气中氧的浓度便高于动脉血流内氧的浓度。而且，血流中二氧化碳的浓度高于吸入的空气中二氧化碳的浓度。因此，按照分压定律，氧从两肺扩散透过肺胞而进入血流中，而二氧化碳则从血流扩散透过肺胞进入肺内，这样，氧就被血流带到身体的其它部位。而二氧化碳则从两肺呼出而排出体外。

由于上述的相互作用，血液内的氧和二氧化碳的浓度可为医生的诊断和治疗提供有用的信息，简言之，通过测量动脉血液内气体如氧和二氧化碳的浓度，主治医生可以获得心脏和肺是否良好工作的某些征候及其它信息。

这就出现了一系列检测血内气体的常规技术。在一种常规的血内气体检测装置中，从患者取出血样，送到化验室或者送到病床边的分析仪器中进行分析，从血样的分析中确定从患者取出的血样中血内气体的含量。

还有另一种检测血内气体的方法，在该方法中，将一根血内气体探针插入动脉中，使血内气体扩散透过一薄膜件，并聚集在上述探针的体内端部，在血内气体聚集成一个气泡后，用真空抽取技术将气泡从血内气体探针中抽取出来，然后由体外检测器或分析仪对该血内气体气泡进行检测。

上述两种常规方法具有明显的缺点，首先，它们都赖于从被分析系统取出样品。显然，这种分析或者说检测方法是不连续的。而且，这种方法仅能反映取样时刻存在于系统中的瞬时血内气体含量。

其次，根据分析血样或气体样品地点的不同，上述的方法可能会造成明显的延误。例如，在抽取血样送化验室分析的情况，可能要30～40分钟甚至反长时间，医生才能得到分析结果这就严重地耽误了对患者进行必需的或者说所需的治疗。

而且，在从患者抽取血样的装置中，血样容易暴露在外部环境中，从而使某些血内气体在分析之前就扩散出来变成气态，而其他的气体也会扩散进入血样内，这种不希望有的扩散现象会使最终的分析结果不准确。

另外，上述两种方法都要从分析系统取出样品，第一种方法是取出真实的血样，而第二种方法是取出血内气体样品，每一次从分析系统取样，都要更换系统，而更换分析系统又会使最终分析结果更不准确。

而且，在某些检测患者动脉血内气体的情况下，患者已经大量地失血(例如，在在生孩子时)，在另外的情况下，患者动脉中流动的血液是粘滞的，因此，无论取出血样或取出血内气体样品都会出现严重的造成用于分析的血液或血内气体贫化的危险。

最近也进行了一些研究，试图将实际的血内气体检测器插入动脉中，使之与要分析的血液相接触，但是，这种装置遇到严重的问题。首先，这种检测器必需做得十分小，因此，检测器只能检测与检测器实际接触的极少量的血液中的血内气体，另外，在将检测器真正引入动脉内的情况下，还没有有效的方法来校准检测器。因此，难于从这种检测器得到任何有用的检测结果。

因此，本发明总的目的是提供一种急需的、无需从分析系统取出样品并且对于各种分析都是连续进行的血内气体检测装置。本发明的另一目的是提供一种置于动脉之外可以有效地进行校准的血内气体检测器。

一种从血脉管中的血液检测血内气体的血内气体检测装置，它含有一根引入血脉管内的探针，该探针具有一个形成一个探针室的探针体，和一个与上述探针体的第一端部相连接的第一可渗透气体的薄膜件。在上述探针室的第二端部附近设置了一个检测器，用于检测所需的血内气体的特性。血内气体可扩散透过上述的第一可渗透气体的薄膜件并进入探针室，以便使探针室内的血内气体与血脉管内的血内气体达到基本平衡，一旦探针室内的血内气体与血脉管内的血内气体达到基本平衡，便检测所需的血内气体的特性。

下面参考附图详细说明本发明，附图中：

图1是本发明的血内气体探针的侧剖视图；

图1A是图1所示探针的另一个实施例的侧视图；

图1B是图1所示探针的再一个实施例的局部侧视图；

图1C是图1所示探针的又一个实施例的局部侧视图；

图2示出图1的血内气体探针带有设置在血内的气体探针附近的血内气体检测器；

图3是一种与图1所示血内气体探针结合使用的体外结构的侧剖视图；

图4示出图1所示血内气体探针正在使用的情况。

图1示出血内气体探针10的侧剖视图。探针10含有第一薄膜件12、第一支撑件14、管件16、第二薄膜件18和第二支撑件20。在最佳实施例中，薄膜件12和18是分别由支撑件14和20支撑的可渗透气体、不可渗透液体的元件。管件16具有一根与由薄膜件12和18形成的内室连通的细管。

在使用中，薄膜件12被插入动脉中，并处于与要检测气体含量的血液相连通的流体中。血内气体通过薄膜12扩散入由薄膜12形成的内室中，然后沿管件16的细管(或者说探针室)扩散入由薄膜件18形成的内室中，再从与检测所需气体的血内气体检测器相连通的薄膜件18扩散出来。

一旦薄膜件12插入动脉中，在薄膜件12形成的内室、管件16的细管和薄膜件18形成的内室中的气体便可与血流中的血内气体达到平衡，一旦达到平衡状态，便可测量通过薄膜件18扩散出来的气体，从而获得插入薄膜件12的动脉中血内气体含量的连续而准确的信息。

在最佳实施例中，薄膜件12和18都用同样的材料制成，这些材料可以是聚酯、硅树脂、特氟隆、或其他适宜材料。另外，在一个最佳实施例中，薄膜件12具有由抗凝结材料形成的外表面，或者，薄膜件12也可以具有通过改良而变成抗凝结表面的外表面。此外，在最佳实施例中，管件16采用聚酯或特氟隆或任何其他适宜材料制成。制造管件16的合适材料应能与薄膜件12和18很好地连接。而且，管件16应具有足够的刚度，这样，医生才可将薄膜件插入选定的动脉中，只要保证管件16具有足够的刚度，可根据使用者的喜好选用任一种具有这种刚度的适宜材料来制造管件16。

探针10应当尽可能做得短些，因为这直接影响到平衡时间。业已发现，在一种管件16长度约为50mm的仪器中，血内气体在探针10内的平衡时间约为2分30秒。

此外，探针10的体积也应尽可能地适当减小。当探针10插入血脉管时，由于有一个小的体积加入到系统中，并且，从系统中减少了要达到平衡所需的血内气体量，因而会对系统产生一定的干扰。但是，一旦达到平衡，本发明系统便不再有更多的干扰，这一点与现有技术的系统不同，现有技术系统在每次探测器读数时都会扰乱系统。

在最佳实施例中，支撑件14和20是分别支撑薄膜件12和18的螺旋形贵金属弹簧。应当明白，支撑件14和20可以是任何适于支撑薄膜件的支撑件。图1A示出另一个实施例，其中管件16延长而取消独立的支撑件14和20。在该实施例中，管件16具有第一端部22和第二端部24，端部22和24打有若干小孔26(最好采用激光打孔)。该端部22和24分别支撑薄膜件12和18，小孔26可让血内气体扩散通过薄膜件而进入管件16的平衡细管。

探针10可按任何合适的方法制成，在一个最佳实施例中，将支撑件14和20置于薄膜件12和18中，然后使薄膜件12和18鼓起或者说张紧，再将管件16的两端分别置入薄膜件12和18内。然后让薄膜件12和18回缩至其原先尺寸，从而收缩在管件16的端部上，薄膜件12和18可用合适的气体来鼓胀，或者，采用能热收缩在管件16上的热收缩材料。

图1B是探针10的第二实施例，图中，为清晰起见，只示出探针10的端部22。但是，必须明白，图1B所示结构也可用来使薄膜件18与管件16相连接。图中只示出在管件16的端部22中钻出的4个小孔26(其中1个未示出)，此外，管件16的轴向端部22’是敞开的。因此，薄膜件12做成盖住小孔26和管件16的轴向端部22’。

图1C示出本发明的一个特征的第三实施例，像图1B那样，在管件16的端部22也做出小孔26，但是，在图1C中只做出两个小孔26，此外，图1C的管件16的轴向端部22’是密封的，所以薄膜件12只需做成一条盖住小孔26的带子。

本发明的优点之一是薄膜件18具有较大的可供血内气体扩散通过的活性表面积，因此，当薄膜件12置于血流中时，如果在薄膜件12的某部分形成血块，薄膜件12也仍然能有大部分的活性表面积可让血内气体扩散通过。所以，血块的出现不易破坏探针10的功能。另外，假如探针10的端部22与它插入的血脉管壁相接触，并且部分地被血管壁上的膜片盖住，端部22也不可能整个地被膜片所盖住。因此，薄膜件12能有大部分的活性表面积可供血内气体扩散。为此，如果薄膜件12的端部22做出小孔26时，端部22最好至少带有两个围绕其圆周彼此径向相对的小孔。通过设置径向相对的小孔26，很少有两个小孔都被血块堵住的情况，而且，两个小孔都被血脉管壁上的膜片盖住的可能性也很小。

小孔26的直径目前设计为0.005英寸，因此，薄膜件12的表面积至少应当足够盖住两个小孔26。薄膜件12的最佳最小表面积大约为3.925×10^-5平方英寸。应当注意，上述的表面积比现有技术的直接插入血流中的检测器的表面积大得多。使用现有技术的检测器时，如果在检测器上形成血块，便基本上盖住了整个检测表面，而使检测器失效。而且，如果检测器与血脉管壁的膜片相接触，也可能会整个被盖住而使检测器失效。

图2是图1所示血内气体探针10及安装，在薄膜件18附近的一个氧气检测器25和一个二氧化碳检测器27的侧剖视图。检测器壳体28构成一个包围薄膜件18的电解液室30。检测器壳体28具有一对检测表面32和34，该两表面分别用来安装普通的氧气检测器25和二氧化碳检测器27。一旦气体扩散到管件16并进入薄膜件18形成的内室中，便开始透过薄膜件18而进入电解液室30。如前所述，如果管件16的长度大约为50mm，气体扩散通过管件16、穿过薄膜件18并与管内其他气体达到平衡时要花两分半钟，所以氧气检测器25和二氧化碳检测器27能够检测出电解液室30内的气体，以测定血流中的气体含量。应当注意，上述的O₂和CO₂检测器可以是任何按照电化学原理、光学原理或其他原理工作来检测指定气体的合适类型的气体检测器，而且，检测器25和27可根据需要进行处理或重新使用。电解液室30中的电解质是一种与选定的具体O₂和CO₂检测器一起使用的适当溶液，该电解液一般由检测器制造厂规定。还应当注意，虽然图中示出检测器25和27是对置安装的，但是它们也可以相对于管件16轴向安装，或者彼此安装在一平面内。

在最佳实施例中，检测器壳体28上设有一个节气门35或者其他形式的可封闭的小孔，并在邻接该节气门35处同心地设置与壳体28连接的管子71和73。上述的节气门35和管子71、73用于校准位于表面32和34上的O₂检测器25和CO₂检测器27。为了校准检测器，将节气门35打开，流动的校准气体(或称零气体)便通过管子71涌入电解液室30内，并通过回流管73环流。由于高压校准气体流过电解液室30，动脉中的血内气体便被清出电能液室30，而由校准气体替换之。上述的校准气体最好是一种惰性气体例如氩气。

一旦电解液室30引入足够压力的校准气体，就可保证检测器25和27读数准确。如果读数还不准确，则要对检测器25和27的不适之处进行校准。然后从节气门35导入含有已知浓度的O₂和CO₂的自旋气体，再次由检测器25和27读数，并作必要的调整。

在一个最佳实施例中，电解液室30首先通入氩气，使检测器25和27处于零位读数或基准读数。然后将含有10％CO₂和90％O₂的高压自旋气体引入电解液室30。从检测器25和27获取读数而进行适当的校准。这个过程可由医生定期地或者根据需要自动地或手工进行。应当注意，无论节气门35是什么样的结构，都应使系统中的死角尽可能小，以延长系统的平衡时间。

图3示出图1和2所示血内气体探针10的体外端部的结构。与图1和2相似的部分标上相同的标号。图3示出带有安装在检测器壳体28内的薄膜件18的探针10的体外端部。在本最佳实施例中，探针10置于例如一种标准规格的插管导引器38内，该导引器38具有一个扩大端部42，该端部带有环形螺纹外表面43，通过一个标准的Leur螺母44使该外表面43与血压线和控制器电缆连接器49相连接。扩大端部42有一个称之为Leur圆锥的锥形端61，该Leur圆锥61延伸过导引器38的扩大端部42。在本最佳实施例中，Leur圆锥61形成一个可放置检测器壳体28的通道63。检测器壳体28可以有一部分离开Leur螺母44，并可通过焊接、粘接或其他合适的连接方法固定在通道63内。或者，也可以与Leur螺母44做成整体。

在本最佳实施例中，导引器38的内径稍大于探针10的外径。因此，当导引器38和探针10引入脉管时，在探针10的外表面与导引器38的内表面之间有一个通道39，该通道39与导引器的体外扩大端部42相连通，并与分析的血流连通。该通道39还通过Leur圆锥61与环形血压通道50相连通。通道50又与标准血压线51和53配合并且连通，血压线51和53合并而形成一个单一的血压线出口55。该出口55通过一个标准的Leur螺母54与外血压线56相连接。

从图3还可以看出，O2检测器25和CO₂检测器27分别与导线45和46连接，导线45和46穿过连接器49并进入检测器电缆48中。检测器电缆48将导线45和46接到选定的信号处理装置例如进行所需分析工作的数字计算机中，还必须注意，信号放大或者其他的信号调节可以在电解液室30的位置上进行，或者在沿导线45和46的任何所需部位进行。

图4示出处在动脉36中的血内气体探针10，用导引器38将探针10导引入动脉36中。一旦探针10在导引器38内导入动脉36中，探针10便从导引器38内伸出，以便使薄膜件12与动脉36内的血液相接触。这就使要检测的动脉血内气体扩散过薄膜件12而进入管件16和薄膜件18的内部，并充满由壳体28构成的电解液室30，和达到平衡。一旦达到平衡，与血内气体探针10的体外端部相连接的检测器25和27便可检测所需的血内气体。

图4还未出与动脉36内的血压直接连通的血压通道36，因此可在探针10的体外端部测量血压。

总之，本发明提供了一种血内气体探针10以及相应的、可在不从分析系统中减少任何有意义的分析样品的情况下基本连续地测量、或者说检测动脉的血内气体的技术和系统。虽然本发明确实由于检测器中的电化学反应或其他的反应而减少一些气体，但是，这样一点无足轻重的消耗量对于确定所取的测量值来说意义并不大。而且，本发明还提供了一种其检测器置于体外的系统，这就可有效地校准检测器。

还必须注意到，在某些情况下，可能希望有与本发明的测量血内气体的探针一起使用的气相检测器，在这种实施例中，最好用喇曼光谱法或其他类似的检测技术来检测气体，并且在电解液室30内不需要电解液。

而且，上述的检测器本身可带有可渗透气体的薄膜件。在这种实施例中，电解液装在检测器本身之内，而且可去掉电解液室30内的电解液以及薄膜件18，一旦各种气体从血流中扩散入探针10内，则它们就会继而扩散而透过各检测器中的可渗透气体的薄膜件并进入检测器的电解液中。一旦整个系统达到平衡，就可从检测器25和27得出读数，以确定所测气体的含量。

最后，应注意到，本发明还可用于检测除了O₂和CO₂之外的其他血内气体。要明白，本文所述的“血内气体”一词还应包括溶于血内的麻醉剂气化物。装上合适的检测器就可采用本发明。对任何指定的血内气体进行所需的测量。

虽然上面参照最佳实施例说明了本发明，但是，熟悉本专业的人们将会认识到，在不违背本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作某些改变。

Claims (20)

1.一种从血脉管中的血检测血内气体的方法，包含如下步骤：

将一根血液探针引入血脉管内，所述探针含有：一个形成探针室的探针体；一个与上述探针体的第一端相连接的第一可渗透气体的薄膜件；一个与上述探针体的第二端相连接的、用来检测血内气体的所需特征的检测器，上述的引入探针的步骤包括将上述第一薄膜件和探针室的第一端部引入血脉管内；以便使血内气体从血液中扩散透过上述第一薄膜件并进入探针室而使探针室内的血内气体与血脉管内的血内气体达到基本平衡；和

在上述探针室内的血内气体与血脉管内的血内气体基本上平衡后，用上述检测器检测血内气体。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的检测器含有一个位于上述探针室的第二端部的检测室，该检测室与上述探针室处于气体连通状态，其特征还在于，检测步骤包括：

使血内气体扩散通过检测室，从而使检测室内的血内气体与血脉管内的血内气体基本上保持平衡；和

在检测室内的血内气体与血脉管内的血内气体达到基本平衡之后，检测血内气体的所需特性。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，还包括在检测血内气体的所需特性之前对检测器进行校准。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，上述的校准包括如下步骤：

用一种校准气体基本上置换检测室内的血内气体；并且，从检测器读取基准数据。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，上述的校准还包括下列步骤：

用一种已知其特性的自旋气体基本上置换出检测室内的校准气体；并且

用检测器检测上述自旋气体的已知特性。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，检测步骤还包括连续地检测所需的特性。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，检测内容是氧。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，检测内容是二氧化碳。

9.根据权利要求6的方法，其特征在于，上述的连续检测是在基本上不耗费血内气体的情况下检测所需的特性的。

10.一种用来检测指定环境中的气体的检测装置，含有：

一根具有一个带有第一端部和第二端部的探针室的探针；

一个在上述探针室的第一端部上与上述探针相连接的第一可渗透气体的薄膜件；

设置在上述探针室的第二端部上用来检测指定的气体特性的检测器；

其特征在于：当上述的第一可渗透气体的薄膜件被引入选定的环境时，气体就扩散透过该第一可渗透气体的薄膜件并通过探针室，并与选定环境中的气体基本上达到平衡，一旦探针室内的气体与选定环境中的气体达到基本上平衡，上术设置的检测器就检测所需的特性。

11.根据权利要求10的检测气体的装置，其特征在于，该装置还含有与上述探针相连接、用来支撑上述第一可渗透气体的薄膜件的支撑件。

12.根据权利要求11的检测气体的装置，其特征在于，上述的支撑件是一个与上述的探针相连接并插入上述的第一可渗透气体的薄膜件的贵金属支撑件。

13.根据权利要求12的检测气体的装置，其特征在于，上述的贵金属支撑件是一个贵金属线圈。

14.根据权利要求11的检测气体的装置，其特征在于，上述的支撑件是上述探针的伸入第一可渗透气体薄膜件内的一个端部，该端部带有若干小孔，可使气体扩散透过第一可渗透气体的薄膜件并进入探针室。

15.根据权利要求14的检测气体的装置，其特征在于，探针的端部具有两个围绕该端部的圆周彼此径向相对的小孔。

16.根据权利要求11的检测气体的装置，其特征在于，它还具有一个与上述探针的第二端部相连接的第二可渗透气体的薄膜件。

17.根据权利村注16的检测气体的装置，其特征在于，它还具有一个与上述探针相连接、用来支撑上述的第二可渗透气体的薄膜件的第二支撑体。

18.根据权利要求17的检测气体的装置，其特征在于，上述的第二支撑件是一个接入上述的第二可渗透气体的薄膜件中的贵金属支撑件。

19.根据权利要求17的检测气体的装置，其特征在于，上述的第二支撑件是上述探针的第二端部，该第二端部伸入上述的第二可渗透气体的薄膜件内，并带有可让气体从探针室扩散通过第二可渗透气体的薄膜件的小孔。

20.一种检测一个环境中气体的方法，包含如下步骤：

将一根探针引入选定的环境中，该探针具有一个形成探针室的探针体、一个与该探针体的第一端部相连接的第一可渗透气体的薄膜件、和一个与探针体的第二端部相连接、用于检测所需气体特性的检测装置，上述的引入探针的步骤包括，将上述的第一薄膜件和探针室的第一端部引入选定的环境内；

使气体从上述的环境中扩散透过上述的第一薄膜件并进入上述探针室，从而使探针室内的气体与选定环境中的气体基本上达到平衡；和

在探针室中的气体与选定环境中的气体基本上达到平衡后，用上述检测器检测气体。

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