CN116099071A - 一种va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VA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：以维持患者自身有效血压为供应基础，以及在维持血流量在患者自身需求水平的同时，ECMO基于采集及计算所得的患者端心肺数据，计算得出ECMO氧供需求，并基于计算结果，匹配ECMO血流速，通过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，以使得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VA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VA模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法。

背景技术

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是利用体外循环代替自身循环，由离心泵提供血流动力，通过氧合器对静脉血进行氧合并清除二氧化碳，成为含氧高的动脉血，注回人体完成血压的维持及氧气的供应，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脏替代支持，长时间维持血压并进行体外氧合和CO2清除，支持心肺功能，降低心、肺负荷，为心脏和肺脏疾病的恢复提供时间，为危重症病人的抢救赢得宝贵的时间。在ECMO的工作过程中，需要对人体的各方面指标和参数进行监测，从而评估病患血压维持情况、氧合改善情况和二氧化碳清除情况，从而适时的对各项功能进行调节。

ECMO设备包括VA-ECMO与VV-ECMO两种工作模式，在VA模式下的ECMO，其主要是实现对人体心脏功能的替代支持，直至患者的心脏功能运转正常。在VA模式下的ECMO，除了人体心脏对患者身体的供血，ECMO设备同时也在给患者供血，也就是说，ECMO同样要供应动脉血。因此，ECMO在支持人体心脏功能的同时，除了维持患者有效血压，以及使得ECMO提供的血液流量维持在需求水平，还需要匹配ECMO血流速自动调节ECMO气体供应的状态，以监测患者端氧气的供应是否充足。

在上述对于患者端氧供的调节及监测过程中，医护人员需确定多项参数在特定时间范围内保持稳定，当参数发生改变，为了维持参数的稳定，需要判断并调整ECMO设备接下来的工作情况。其中的参数包括人体心肺的相关数据，如动静脉氧分压、动静脉氧饱和度、心率、血红蛋白含量、心输出量等等，这些数据的采集均是要依赖外部设备来实现，如动静脉氧分压、动静脉氧饱和度需要由血气分析仪完成数据采集，心率采集由监护仪实现，心室舒张末期容积和心脏射血分数值由心脏超声测量得出，ECMO需要读取外部设备的数据，并基于读取的人体心脏数据，由医护人员结合监测所得的数据来计算并判断是否需要调节ECMO至适合人体当前状态的参数以及是否可以停止使用ECMO设备。

而目前的技术中，由于ECMO和外部监测设备是两个相互独立工作的机器，那么就会导致在上述过程中，人体心肺数据的采集、氧供的判断(是否维持在患者自身的需求水平内)、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，判断患者总氧供是否维持在患者自身的需求水平，对于ECMO设备的调节或断开影响很大，断开ECMO设备对人体的心肺支持过早或者过晚，均会影响患者的恢复。因此，为辅助医疗人员能够基于患者氧供需求以及时、准确地对ECMO设备的参数调节、脱机判断，减小因主观因素调节ECMO设备对人体心肺支持的不良影响，本发明提出一种VA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VA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VA模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，所述方法为：以维持患者自身有效血压为供应基础，以及在维持血流量在患者自身需求水平的同时，ECMO基于采集及计算所得的患者端心肺数据，计算得出ECMO氧供需求，并基于所述计算结果，匹配ECMO血流速，通过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，以使得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、抽血检测或设备直接读取的血红蛋白含量、通过监护仪采集的心率数据以及计算所得的心输出量、患者氧供、氧耗、总氧供需求；

基于所述患者端心肺数据首先计算当前心输出量，并结合当前心输出量，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；

其中，ECMO氧供需求的计算公式为：ECMO氧供需求＝总氧供-自身氧供。

进一步的，ECMO获得所述当前心输出量数据的方式为：通过心脏超声测量心室舒张末期容积以及心脏射血分数实际值，并结合监护仪采集的心率数据，计算得出心输出量实际值；

心输出量(实际值)＝每搏输出量(实际值)*心率，

每搏输出量(实际值)＝心室舒张末期容积(实际值)*射血分数(实际值)。

进一步的，ECMO获得所述患者氧耗数据的方式为：结合动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量、心输出量数据，计算得出患者氧耗；

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，

静脉血氧含量＝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获得所述患者自身氧供数据的方式为：结合动脉氧饱和度、动脉氧分压、血红蛋白含量以及心输出量数据，计算得出患者自身氧供；

自身氧供＝动脉血氧含量(患者端)*心输出量*10

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

进一步的，ECMO获得所述患者总氧供需求数据的计算方式为：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，ECMO实际提供的氧供通过ECMO提供的血氧含量、ECMO流量计算得出；

通过测量并计算实际提供的总氧供是否超出实际的总氧供需求，自动调节气流速和氧浓度，直至满足实际总氧供需求且超出5％的状态；

其中，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，所述气流速和氧浓度的具体调节方式为：首先调节气流速度，通过判断是否满足需求，再调节氧气浓度。

进一步的，所述VA-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在0.5:1-1:1之间。

进一步的，在ECMO维持人体有效基础血压，并维持血流量在患者自身需求水平内的前提下，匹配ECMO血流速度自动调节气流速度和氧浓度的过程中，所述方法还包括判断是否能够进行ECMO脱机，过程中不断给出提示ECMO撤离的概率和时机。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中，通过提供一种基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，在ECMO维持人体有效基础血压，并维持血流量在患者自身需求水平内的前提下，基于外部设备对人体心肺数据的采集，ECMO监测或计算得到患者自身氧供以及总氧供需求，并根据总氧供为自身氧供与ECMO氧供之和，计算得出ECMO氧供需求，并基于计算结果，匹配ECMO血流速，通过空氧混合器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，以使得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，当人体心脏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VA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VA模式下，患者的肺功能正常，心脏和ECMO同时在给患者机体供应动脉血，ECMO还需要对患者提供氧气供应，以维持患者端的总氧供在自身需求水平内。因此，本申请所提出的基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，并且该调节方式是基于VA模式下的ECMO来进行的。

在ECMO的VA模式下，ECMO的自动调节主要是在维持人体有效血压以及使得ECMO提供的血流量维持在患者自身需求水平的前提下，还需要匹配血流速自动调节ECMO气体供应的状态。

其中，维持患者有效血压，基于监护仪监测所得的人体血压数据，ECMO维持血压不低于设定水平，并自动调节流量，以满足对患者脏器与机体的血流灌注量。具体描述为，在利用ECMO治疗的过程中，患者平均动脉压不宜太低，需要维持平均动脉压不低于65mmHg。基于对患者血压的监测，平均动脉压的维持可通过ECMO的自动调节来实现，在维持平均动脉压不低于设定水平的前提下，计算心输出量缺少值，并通过自动调节，满足总输出量维持在正常水平，以维持患者脏器和机体的血流灌注量。

在维持血压不低于设定水平的前提下，一旦总输出量发生变化，相对应的，为了维持人体总输出量维持在正常水平，此时就需要改变ECMO的转速，对心输出量缺少值进行调节，从而使得ECMO提供的血流量维持在患者自身的需求水平内，满足对脏器和集体的血流灌注量。

最后，在维持血流量在需求水平的同时，匹配血流速度ECMO需要同步自动调节气流速度和氧气浓度。

在目前的医疗水平中，患者的人体心肺数据是由外部的设备监测，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，本申请针对上述问题，提供一种VA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，减少对医护人员专业性的要求及主观性上的误差，从而减少对人体心肺功能支持上的不良影响。

接下来对本申请给出的VA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，需要说明的是，VA模式下，主要是判断人体心脏是否恢复至满足人体自身需求，而这些是基于人体心肺达到设定指标来判断的，此时的设定指标是针对血压和总输出量进行设定的，可以设置成参考范围值，参考范围值的数值选取根据人体的基础代谢情况而确定，本发明不作限制。

接着，本申请给出一种VA模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法实质为，以维持患者自身有效血压为供应基础，以及在维持血流量在患者自身需求水平的同时，ECMO基于采集及计算所得的患者端心肺数据，计算得出ECMO氧供需求，并基于计算结果，匹配ECMO血流速，通过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，以使得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、心率数据以及计算得出的心输出量、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、心率数据，首先计算当前心输出量，并结合当前心输出量，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也包括两种：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。

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：

ECMO获得当前心输出量数据的方式为：通过心脏超声测量左心室容积以及心脏射血分数实际值，并结合监护仪采集的心率数据，根据计算公式计算得出当前心输出量，即心输出量实际值；计算公式为：心输出量(实际值)＝每搏输出量(实际值)*心率；每搏输出量(实际值)＝心室舒张末期容积(实际值)*射血分数(实际值)。

另外，心输出量数据还可以通过血液动力学监测设备直接完成心输出量实际值的数据采集，并由ECMO读取设备采集的数据。

基于获得当前心输出量数据，并结合采集或手动输入的患者端其他心肺数据，可以计算得到患者氧耗数据。ECMO获得患者氧耗数据的方式为：结合动脉氧分压、静脉氧分压、动脉氧饱和度、静脉氧饱和度、血红蛋白含量、心输出量数据，根据计算公式计算得出患者氧耗；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，静脉血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*静脉氧饱和度+0.0031*静脉氧分压。

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获得患者总氧供需求数据的计算方式为：总氧供＝氧耗*4.5。与此同时，还要求患者“氧供/氧耗”比不低于4:1。

同样地，基于获得的当前心输出量数据，并结合采集或手动输入的患者端其他心肺数据，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：结合动脉氧饱和度、动脉氧分压、血红蛋白含量以及心输出量数据，计算得出患者自身氧供；计算公式为：自身氧供＝动脉血氧含量(患者端)*心输出量*10，动脉血氧含量(患者端)＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度(患者端)+0.0031*动脉氧分压(患者端)。

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。

那么在ECMO自动调节其所提供的血氧含量过程中，将ECMO实际提供的氧供与实际总氧供需求进行比较，逐步自动调节患者氧供。

ECMO实际提供的氧供通过ECMO提供的血氧含量、ECMO流量结合计算公式计算得出；计算方式为：ECMO氧供＝ECMO血氧含量*ECMO流量*10，ECMO血氧含量＝1.34*血红蛋白含量*动脉氧饱和度(膜后)+0.0031*动脉氧分压(膜后)。

通过测量并计算实际提供的总氧供，即等于患者自身氧供加上ECMO实际提供的氧供，对比实际提供的总氧供是否超出实际的总氧供需求，依据对比结果，ECMO通过自动调节气流速和氧气浓度，直至满足实际总氧供需求且超出5％的状态。其中，氧浓度和气流量通过自动调节空氧混合器来实现，ECMO于空氧混合器建立连接，以实现自动调节。

另外，VA-ECMO使用中，ECMO维持血流量在需求水平的同时，匹配血流速度ECMO需要同步调节气流速度，其中，要求“气流/血流”比范围在0.5:1-1:1之间。

基于该“气流/血流”比的范围，ECMO通过控制空氧混合器调节气流速度以及氧气浓度的具体方式为：当测量并计算实际提供的总氧供超出实际总氧供需求，ECMO通过控制空氧混合器，先自动降低气流速度，直至降低到“气流/血流”比为0.5:1，如果仍然超出总氧供实际需求，再自动降低氧气浓度，直至降低到实际ECMO氧供与自身氧供之和满足实际总氧供需求且超出5％的状态。

反之，当测量并计算实际提供的总氧供低于实际总氧供需求，ECMO通过控制空氧混合器，先自动升高气流速度，直至升高到“气流/血流”比为1:1，如果仍然低于总氧供实际需求，再自动升高氧气浓度，直至升高到实际ECMO氧供与自身氧供之和满足实际总氧供需求且超出5％的状态。

本发明的方法中还包括一个功能，即，在ECMO维持人体有效基础血压，并维持血流量在患者自身需求水平内的前提下，匹配ECMO血流速度自动调节气流速度和氧浓度的过程中，提供抗凝管理调整方案，还会不断给出提示ECMO撤离的概率和时机，并判断是否能够进行ECMO脱机。

在VA模式下，ECMO和患者自身的心脏共同给病人提供一个有效血压，在维持患者有效血压的前提下，通过自动逐渐降低血流速度，同时匹配降低气流速度，并调节氧浓度在需求范围内，过程中提示医疗人员同步完成抗凝管理。撤机过程中因ECMO辅助流量变化，为配合ECMO自动调节，需医疗人员随时调整抗凝药物的应用，维持凝血指标，避免出现凝血并发症的情况，如血栓的出现。要求ECMO提供的血液流量占心输出量的15％以下，ECMO提示并自动调节脱机，即ECMO会给到临床一个提醒或反馈，可临床确认完成后自动完成ECMO脱机。

总的来说，本申请给出了一种在VA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VA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：以维持患者自身有效血压为供应基础，以及在维持血流量在患者自身需求水平的同时，ECMO基于采集及计算所得的患者端心肺数据，计算得出ECMO氧供需求，并基于所述计算结果，匹配ECMO血流速，通过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，以使得总氧供维持在患者需求水平。

2.根据权利要求1所述的VA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、抽血检测或设备直接读取的血红蛋白含量、通过监护仪采集的心率数据以及计算所得的心输出量、患者氧供、氧耗、总氧供需求；

基于所述患者端心肺数据，ECMO氧供需求的计算公式为：ECMO氧供需求＝总氧供-自身氧供。

3.根据权利要求2所述的VA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获得所述当前心输出量数据的方式为：心输出量(实际值)＝每搏输出量(实际值)*心率，

每搏输出量(实际值)＝心室舒张末期容积(实际值)*射血分数(实际值)。

4.根据权利要求3所述的VA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获得所述患者氧耗数据的方式为：

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，

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

5.根据权利要求4所述的VA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获得所述患者自身氧供数据的方式为：自身氧供＝动脉血氧含量(患者端)*心输出量*10

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

6.根据权利要求5所述的VA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获得所述患者总氧供需求数据的计算方式为：总氧供＝氧耗*4.5；

同时，要求“氧供/氧耗”比不低于4:1。

7.根据权利要求6所述的VA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实际提供的氧供通过ECMO提供的血氧含量、ECMO流量计算得出；

通过测量并计算实际提供的总氧供是否超出实际的总氧供需求，自动调节气流速和氧浓度，直至满足实际总氧供需求且超出5％的状态；

其中，所述氧浓度和气流量通过自动调节空氧混合器来实现。

8.根据权利要求7所述的VA模式下基于患者氧供需求的ECMO自动调节方法，其特征在于，所述气流速和氧浓度的具体调节方式为：首先调节气流速度，通过判断是否满足总氧供需求，再调节氧气浓度。

9.根据权利要求8所述的VA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VA-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在0.5:1-1:1之间。

10.根据权利要求9所述的VA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ECMO维持人体有效基础血压，并维持血流量在患者自身需求水平内的前提下，匹配ECMO血流速度自动调节气流速度和氧浓度的过程中，所述方法还包括判断是否能够进行ECMO脱机，过程中不断给出提示ECMO撤离的概率和时机。