CN115737958A - 一种vv模式下基于患者氧供需求的ecmo自动调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，涉及体外膜肺技术领域，方法为在维持恒定ECMO流速的情况下，基于采集和计算所得的患者端心肺数据，结合计算所得的患者自身氧耗与自身氧供来计算得出患者的总氧供需求，并基于计算结果，自动调节ECMO氧供，以满足总氧供维持在患者需求水平。本发明通过人体心肺数据的采集、计算的客观方式辅助医疗人员对ECMO设备的运行状态进行自动调节乃至脱机，减小对医护人员专业性的要求以及主观性判断上的误差，提高自动调节的及时性和准确性，具有提高治疗效率和质量，加快治疗进程的效果。

Description

一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法

技术领域

本发明涉及体外膜肺技术领域，更具体地说，它涉及一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法。

背景技术

在现有医疗设备中，呼吸机主要用于呼吸抢救和呼吸治疗，用于对成人、小儿和婴幼儿进行通气辅助及呼吸支持。而ECMO的本质是一种改良的人工心肺机，核心的部分是膜肺和血泵，ECMO可以将人体大静脉血管中的血液引出体外进行氧合，然后再回到大动脉或大静脉血管内，从而部分或者完全替代患者的心肺功能，相当于患者体外的一个“人工肺”、“人工心脏”。由于 ECMO分别起人工肺和人工心脏的作用，其可以对重症心肺功能衰竭患者进行长时间心肺支持，为危重症的抢救赢得宝贵的时间。也就是说，ECMO的实际工作过程在心肺支持方面起到非常重要的作用。

ECMO设备包括VA-ECMO与VV-ECMO两种工作模式，在VV模式下的ECMO，其主要是实现对人体肺功能的替代支持，直至患者的肺功能运转正常。在VV 模式下的ECMO，是一个接近串联的通路，血液先经过ECMO进行气体交换，之后再进入肺进行气体交换(呼吸机)。因此，在VV模式下，患者的心脏功能是正常的，ECMO主要作用是起到对人体肺的支持替代功能，而不替代心脏功能，在ECMO的肺功能支持过程中，需要计算氧气的供应和消耗量，判断自身肺的氧气供应量，以此来判断还需要体外的人工膜肺来提供的氧气量，从而调节ECMO对人体的气源供应。但是在现有技术中，ECMO设备在工作时通常的模式采用恒定流量模式，由专业医护人员人工调节气源，其中的气源包括氧浓度和气流量，从而实现对人体进行供氧，直至患者的肺运转正常。在患者肺功能逐渐恢复的过程中，是由医护人员人工调节ECMO设备以设定适合人体当前状态的参数，当患者的肺运转正常后，也是由医护人员人工判断是否可以停止使用ECMO设备。

上述过程中，调节ECMO设备的参数以及判断ECMO设备脱机的及时性、准确性均对医护人员的专业性要求较高，且与医护人员自身的医疗经验存在主观上的联系，断开ECMO设备对人体的肺支持过早或者过晚，均会影响患者的恢复，而且，为避免ECMO设备继续对患者进行肺支持，需要医护人员将 ECMO设备与患者物理断开，操作较为复杂，为辅助医疗人员及时、准确地对 ECMO设备的参数调节、脱机判断，减小因主观因素ECMO设备对人体肺支持的不良影响，本申请提出一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法。

发明内容

针对实际运用中这一问题，本发明目的在于提出一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，具体方案如下：

一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，所述方法为在维持恒定ECMO流速的情况下，基于采集和计算所得的患者端心肺数据，结合计算所得的患者自身氧耗与自身氧供来计算得出患者的总氧供需求，并基于计算结果，自动调节ECMO氧供，以满足总氧供维持在患者需求水平。

进一步的，所述患者端心肺数据包括通过血气分析仪采集或手动输入的患者端动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、抽血检测或设备读取所得的血红蛋白含量、通过监护仪采集的心率数据以及测量所得的心输出量；

基于所述患者端心肺数据，计算所述ECMO氧供的方式为：总氧供＝自身氧供+ECMO氧供。

进一步的，ECMO获得患者所述自身氧耗数据的方式为：结合获得的动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量以及心输出量患者端数据，计算患者自身氧耗；

氧耗量＝动静脉血氧含量差*心输出量(实际值)*10，

动静脉血氧含量差＝动脉血氧含量-静脉血氧含量，

动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度+0.0031*动脉氧分压，

静脉血样含量＝1.34*血红蛋白含量*静脉氧饱和度+0.0031*静脉氧分压。

进一步的，ECMO获得患者所述自身氧供数据的方式为：结合获得心输出量、血红蛋白含量、动脉氧饱和度以及动脉氧分压数据，计算患者自身氧供；

总氧供＝动脉血氧含量*心输出量*10，

动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度+0.0031*动脉氧分压。

进一步的，ECMO获得患者所述的总氧供与氧耗比数据的计算方式为：总氧供＝氧耗*4.5；

同时，要求“氧供/氧耗”比不低于4:1。

进一步的，在VV-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在1:1-2:1 之间。

进一步的，所述ECMO与呼吸机建立连接，在VV模式下，所述患者自身氧供来源于呼吸机设置；

当呼吸机设置不变的情况下，所述总氧供改变的因素包括四种：第一种因素是血红蛋白含量改变；第二种因素是心输出量改变；第三种因素是供应改变；第四种因素是氧气消耗增加；

其中，供应改变包括ECMO供应改变或自身供应改变；

通过监测来判断所述第一种因素与第二种因素是否由该两种因素导致的总氧供改变；

当排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变，此时，首先通过调节氧气浓度，再调节气流量，两者交替进行，直至调节至满足总氧供需求且超出5％的状态。

进一步的，总氧供改变表现为总氧供降低以及总氧供升高；

在排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变的前提下：若总氧供降低，则增加氧气浓度，直至提升至100％纯氧，如果仍然低于总氧供实际需求，再自动提升气流量，直至提升到满足总氧供需求且超出5％的状态；若总氧供升高，则降低氧气浓度，直至降低到80％氧浓度，如果仍然高于总氧供实际需求，再自动降低气流量，直至降低到“气流/血流”比为1:1，若仍然高于总氧供实际需求，再次自动调节降低氧气浓度，直至降低到满足总氧供需求且超出5％的状态。

进一步的，所述氧浓度和气流量通过自动调节空氧混合器来实现。

进一步的，当人体肺功能恢复，ECMO上体外膜肺的氧气浓度以及气血流比降到最低，即氧气浓度降低至21％、“气流/血流”比降低至1:1，人体肺提供的氧气供应量能够满足人体需求时，所述方法还包括提示ECMO可100％脱机。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中，通过提供一种在VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，在ECMO维持恒定ECMO流速的情况下，基于外部设备对人体心肺数据的采集，结合计算所得的患者自身氧耗与自身氧供来计算得出患者的总氧供需求，并基于计算结果，自动调节ECMO氧供，以满足总氧供维持在患者需求水平，并且在自动调节的过程中，还会不断给出提示ECMO撤离的概率和时机，当人体肺功能满足自身需求后，则给出ECMO脱机的提示，可操控ECMO实现脱机；

(2)本发明中，通过在VV模式下基于患者氧供需求实现ECMO的自动调节，通过对人体心肺数据的采集，计算相关结果，该计算结果不仅可提示医疗人员需要对ECMO进行调节，同时给出的参考信息可供医疗人员参考具体该如何调节ECMO模式，辅助医护人员进行判断和操作，能够减少对医护人员专业性的要求及主观性上的误差，提高参数调节的及时性和准确性，减少对人体心肺功能的不良影响，以实现较佳的血液功能调节。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在心肺支持领域中，ECMO通过将人体右心中的血液引出体外进行氧合，然后再输送回到大动脉或右心内。从而部分或者完全替代患者的心肺功能，相当于患者体外的一个“人工肺”、“人工心脏”。在此过程中，对于人体生命体征的持续监测是十分重要的。

ECMO的基础模式有VA、VV两种模式，模式的确定是根据插管的位置确定的，VA模式一根插管在静脉(引流)，一根插管在动脉(供血)。VV模式一根插管在静脉(引流)，另一根也在静脉(供血)。在VV模式下，只针对肺功能进行替代支持治疗，而不替代心脏功能，建立该模式下的ECMO替代肺完成静脉血到动脉血的转换，血泵在这个回路中只作为血液动力的来源，对血压没有任何影响。ECMO自动调节及脱机，不涉及心脏功能的恢复问题。结合胸部X片或胸部CT检查结果改变，肺部的顺应性改变，即通过呼吸机观察气道峰压改变，通过血气检查结果观察氧分压改变、二氧化碳分压改变，只解决肺功能改变后对身体氧供和二氧化碳清除能力的问题。

VV-ECMO模式下，在患者心肺逐渐恢复的过程中，目前是由医护人员调节ECMO设备以设定适合人体当前状态的参数，并判断是否可以停止使用该设备，具体的判断方法为通过血气分析仪获得人体对应的血氧等患者端数据，医护人员确定参数在特定范围内保持稳定后，来判断ECMO脱机。但是，在目前的医疗水平中，患者端数据是通过外部设备进行监测的，ECMO与外部设备独立工作，监测数据结果由ECMO读取数据后，ECMO的参数调节还需要依赖医护人员的专业性和主观性进行判断，这样就会导致ECMO难以及时、准确地实现调节。因此，针对上述问题，本申请提供一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，采用数据采集、计算的客观方式辅助医护人员对 ECMO设备的调节脱机作出判断，通过对ECMO实现自动调节，并在肺功能恢复后实现自动脱机，减少对医护人员专业性的要求及主观性上的误差，从而减少对人体肺功能支持上的不良影响。

接下来对本申请给出的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法进行具体阐述：

首先，在VV-ECMO的自动调节方法中，不涉及心脏功能的恢复问题，针对的是肺支持过程中体内、体外这两个情景；体内对应人体肺，代表的肺功能是指人体肺气体交换的能力，因此，能力的好坏与气体交换效率相关；体外对应ECMO设备，是指体外膜肺，当人体肺功能不足时起到辅助的肺替代支持。

因此，一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，方法实质为在维持恒定ECMO流速的情况下，基于采集和计算所得的患者端心肺数据，结合计算所得的患者自身氧耗与自身氧供来计算得出患者的总氧供需求，并基于计算结果，自动调节ECMO氧供，以满足总氧供维持在患者需求水平。

患者端心肺数据包括设备采集或手动输入的患者端动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量、心率、心输出量数据以及计算得出的患者氧供、氧耗、总氧供需求。通过上述患者端心肺数据， ECMO计算得出ECMO氧供需求并自动调节。计算过程主要为：基于患者端心动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量、心率、当前心输出量数据，结合当前心输出量，计算患者氧耗、患者总氧供需求，依据计算所得的患者自身氧供、氧耗和患者总氧供需求，计算得出ECMO 氧供需求。具体地，ECMO氧供需求的计算公式为：ECMO氧供需求＝总氧供- 自身氧供。

基于上述ECMO氧供需求的计算过程，首先，对ECMO获得采集的患者端心肺数据的方式进行说明：

患者端动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度以及静脉氧饱和度，由于目前无法连续监测，ECMO获得这些数据的方式包括两种，分别为：一、动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度以及静脉氧饱和度均可通过血气分析仪完成数据采集，ECMO与血气分析仪建立连接，ECMO直接读取血气分析仪采集所得的患者端动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度以及静脉氧饱和度；二、手动输入测试结果。

血红蛋白含量数据采集包括两种：一种是抽血检测，由医护人员直接向 ECMO设备中手动输入检测结果，另一种是设备直接读取。

心率数据的采集，可通过监护仪完成数据采集。同样地，ECMO与监护仪建立连接，ECMO直接读取监护仪采集的心率数据。

心输出量的测量也包括两种：一种是通过血液动力学设备监测采集数据，另一种是通过心脏超声检查完成数据采集。ECMO与血液动力学设备或心脏超声建立连接，直接读取所采集的数据，或者是将所采集的心输出量数据手动输入值ECMO设备。

接着，对ECMO获得计算的心输出量、患者氧供、氧耗、总氧供需求数据的方式进行说明：

基于采集或手动输入的患者心肺数据，可以计算得到患者氧耗数据。ECMO 获得患者自身氧耗数据的方式为：结合获得的动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量以及心输出量患者端数据，根据工时计算得出患者自身氧耗；计算公式为：氧耗量＝动静脉血氧含量差*心输出量(实际值)*10，动静脉血氧含量差＝动脉血氧含量-静脉血氧含量，动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度+0.0031*动脉氧分压，静脉血样含量＝1.34*血红蛋白含量*静脉氧饱和度+0.0031*静脉氧分压。

同样，基于采集或手动输入的患者心肺数据，可以计算得到患者氧供数据。ECMO获得患者自身氧供数据的方式为：结合获得心输出量、血红蛋白含量、动脉氧饱和度以及动脉氧分压数据，计算患者自身氧供；总氧供＝动脉血氧含量*心输出量*10，动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度 +0.0031*动脉氧分压。

基于计算所得的患者氧耗数据，可以计算得到患者总氧供需求。ECMO获得患者的总氧供与氧耗比数据的计算方式为：总氧供＝氧耗*4.5；与此同时，还要求“氧供/氧耗”比不低于4:1。

在VV-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在1:1-2:1之间。

最后，根据ECMO氧供＝总氧供-自身氧供，计算ECMO氧供需求。ECMO基于计算所得的ECMO氧供需求，通过控制自动调节氧浓度和气流量，实现自动调节ECMO提供的血氧含量。

ECMO包括体外膜肺和血泵，通过对ECMO进行参数设定，并结合呼吸机采集的数据，来判断肺功能恢复情况。ECMO自动调节体现在维持自身氧供/ 氧耗，自动调节体外膜肺的贡献量。那么在VV模式下，ECMO与呼吸机建立连接，ECMO的氧供自动调节依赖于肺功能恢复情况，过程中，患者自身氧供来源于呼吸机设置。

当呼吸机设置不变的情况下，总氧供改变的因素包括四种：第一种因素是血红蛋白含量改变；第二种因素是心输出量改变；第三种因素是供应改变；第四种因素是氧气消耗增加。供应改变包括ECMO供应改变或自身供应改变。

其中，第一种因素和第二种因素可以通过监测来判断是否是由该两种因素导致的总氧供改变。具体地，第一种因素中血红蛋白含量可以通过抽血检测或设备直接读取的方式来监测，第二种因素可以通过血液动力学设备来监测。

当排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变，此时，可以通过自动调节氧气浓度和气流量的方式，以使得实际的总氧供满足总氧供需求且超出5％的状态。具体地为，在维持恒定ECMO流速的情况下，首先通过调节氧气浓度，再调节气流量，直至调节至满足总氧供需求且超出5％的状态。

更具体地，总氧供改变表现为总氧供降低以及总氧供升高，在排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变的前提下：若总氧供降低，则增加氧气浓度，直至提升至100％纯氧，如果仍然低于总氧供实际需求，再自动提升气流量，直至提升到满足总氧供需求且超出5％的状态；若总氧供升高，则降低氧气浓度，直至降低到80％氧浓度，如果仍然高于总氧供实际需求，再自动降低气流量，直至降低到“气流/血流”比为1:1，若仍然高于总氧供实际需求，再次自动调节降低氧气浓度，直至降低到满足总氧供需求且超出5％的状态。过程中，调节时机以肺部换气效率提高且相对稳定时。

另外，在ECMO自动调节过程中，还会配合胸片、CT等检查进行辅助诊断。同时要对其它设备的操控性能，如调节空氧混合器的氧浓度和气流量等。

除了实现VV-ECMO的自动调节以外，本申请的方法还包括提示VV-ECMO 自动脱机。具体阐述如下：

VV模式下，基于ECMO对人体肺功能的替代情况，所述方法会不断给出提示ECMO撤离的概率和时机，当人体肺功能达到满足自身需求的情况下，则给出ECMO脱机的提示。VV-ECMO脱机的相关指征为氧供和氧耗。

维持恒定ECMO流速的情况下，通过影像学检查辅助诊断，通过采集呼吸机的数据来判断肺功能恢复情况，以及通过检测患者自身氧气供应量和氧气消耗量，交替降低氧气浓度和气血流比，给出ECMO撤除的几率。

当人体肺功能恢复，体外膜肺的氧气浓度以及气血流比降到最低，即氧气浓度降低至21％、“气流/血流”比降低至1:1，人体肺提供的氧气供应量能够满足人体需求时，提示ECMO可100％脱机。

ECMO的脱机方式为：VV模式下，通过维持恒定ECMO流速的情况下，先降低氧浓度，再降低气流速度，两者交替进行，过程中调整呼吸机设置。

撤机前阶段，观察到胸片、CT改善，患者氧分压及二氧化碳分压指标改善，动脉氧饱和度维持在设定需求范围，交替降低空氧混合器氧浓度和气流量，并调整呼吸机参数设定(氧浓度、潮气量、呼吸频率、PEEP等)，若患者生命体征稳定，可继续降低空氧混合器氧浓度和气流量，直至氧气浓度降低至21％、“气流/血流”比降低至1:1，患者生命体征仍然可以靠呼吸机维持，则可以撤机。若无法维持，则调整空氧混合器设置直到满足患者生命体征为止。继续当前治疗，复查胸片、CT，待指标改善，继续上述操作。根据现有参数指标来提示撤机成功概率。

在VV模式下，即便医护人员未能及时判断将ECMO脱机，ECMO自动脱机使得ECMO设备处于待机状态，无需撤除，以备不时之需，如发生急性肺功能衰竭，便可快速重新对患者进行心肺支持。

总的来说，本申请给出了一种在VV模式下，基于患者氧供需求实现的ECMO 自动调节及脱机方法，ECMO与血气分析仪、监护仪、心脏超声等外部设备建立连接，通过对人体心肺数据的采集、计算，ECMO设备读取、计算数据，实现自动调节来维持总氧供在自身需求的范围内，能有效减少医护人员作出判断、手动调节机器的工作，避免医护人员因主观判断而造成的失误，提高治疗质量和效率，加快治疗进程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，所述方法为在维持恒定ECMO流速的情况下，基于采集和计算所得的患者端心肺数据，结合计算所得的患者自身氧耗与自身氧供来计算得出患者的总氧供需求，并基于计算结果，自动调节ECMO氧供，以满足总氧供维持在患者需求水平。

2.根据权利要求1所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，所述患者端心肺数据包括通过血气分析仪采集或手动输入的患者端动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、抽血检测或设备读取所得的血红蛋白含量、通过监护仪采集的心率数据以及测量所得的心输出量；

基于所述患者端心肺数据，计算所述ECMO氧供的方式为：总氧供＝自身氧供+ECMO氧供。

3.根据权利要求2所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，ECMO获得患者所述自身氧耗数据的方式为：氧耗量＝动静脉血氧含量差*心输出量(实际值)*10，

动静脉血氧含量差＝动脉血氧含量-静脉血氧含量，

动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度+0.0031*动脉氧分压，

静脉血样含量＝1.34*血红蛋白含量*静脉氧饱和度+0.0031*静脉氧分压。

4.根据权利要求3所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，ECMO获得患者所述自身氧供数据的方式为：总氧供＝动脉血氧含量*心输出量*10，

动脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度+0.0031*动脉氧分压。

5.根据权利要求4所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，ECMO获得患者所述的总氧供与氧耗比数据的计算方式为：总氧供＝氧耗*4.5；

同时，要求“氧供/氧耗”比不低于4:1。

6.根据权利要求5所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，在VV-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在1:1-2:1之间。

7.根据权利要求6所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，所述ECMO与呼吸机建立连接，在VV模式下，所述患者自身氧供来源于呼吸机设置；

当呼吸机设置不变的情况下，所述总氧供改变的因素包括四种：第一种因素是血红蛋白含量改变；第二种因素是心输出量改变；第三种因素是供应改变；第四种因素是氧气消耗增加；

其中，供应改变包括ECMO供应改变或自身供应改变；

通过监测来判断所述第一种因素与第二种因素是否由该两种因素导致的总氧供改变；

当排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变，此时，首先通过调节氧气浓度，再调节气流量，两者交替进行，直至调节至满足总氧供需求且超出5％的状态。

8.根据权利要求7所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，总氧供改变表现为总氧供降低以及总氧供升高；

在排除第一种因素与第二种因素导致的总氧供改变的前提下：若总氧供降低，则增加氧气浓度，直至提升至100％纯氧，如果仍然低于总氧供实际需求，再自动提升气流量，直至提升到满足总氧供需求且超出5％的状态；若总氧供升高，则降低氧气浓度，直至降低到80％氧浓度，如果仍然高于总氧供实际需求，再自动降低气流量，直至降低到“气流/血流”比为1:1，若仍然高于总氧供实际需求，再次自动调节降低氧气浓度，直至降低到满足总氧供需求且超出5％的状态。

9.根据权利要求8所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，所述氧浓度和气流量通过自动调节空氧混合器来实现。

10.根据权利要求9所述的VV模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，当人体肺功能恢复，ECMO上体外膜肺的氧气浓度以及气血流比降到最低，即氧气浓度降低至21％、“气流/血流”比降低至1:1，人体肺提供的氧气供应量能够满足人体需求时，所述方法还包括提示ECMO可100％脱机。