CN116212138A - 在ecmo与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，涉及体外膜肺技术领域，方法为通过在ECMO与血压监测设备之间建立双向连接，由血压监测设备实时监测人体的血压信息，血压监测设备将监测所得的血压信息反馈至ECMO，ECMO接收并识别到该血压信息后，根据ECMO与血压监测设备之间建立的算法模式，ECMO自动调节血液流量，以使得人体血压达到并稳定保持在预设的特定范围值内。本发明通过在ECMO和血压监测设备之间建立双向连接，基于持续监测的血压信息，自动调节血液流量，实现二者的双向反馈、调节，减少了对医护人员专业性的要求以及主观性上的误差，达到了一加一大于二，提高治疗效率和质量，加快质量进程的效果。

Description

在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法

技术领域

本发明涉及体外膜肺技术领域，更具体地说，它涉及在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法。

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。其中，对于血压的监测就是一个指标。目前，在ECMO设备的工作过程中，血压的监测是通过血压监测设备来实现的。

ECMO设备在工作时通常的模式采用恒定转速模式，实现对人体进行供氧以及泵血，直至患者的肺、心脏运转正常，在其工作中，医护人员需确定多项参数在特定时间范围内保持稳定，其中参数包括人体血压，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。而目前人体多项血液中相关指标和数值例如血压是通过有创血压监测在血压监测设备上进行监测的，并且由医护人员结合监测所得的各项人体参数来计算并判断是否需要调节至适合人体当前状态的参数或是否可以停止使用ECMO设备。

但是，目前的技术中，ECMO和血压监测设备是两个相互独立工作的机器，二者之间未建立双向反馈、调节工作，并且在上述过程中，血压的测量、血压的判断(是否稳定在一个符合病患当前状况的特定范围值内)、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，血压过高或过低，对于ECMO设备的调节或断开均存在影响，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，为辅助医疗人员能够基于血压监测以及时、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，因此，本发明提出一种在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法。

发明内容

针对实际运用中这一问题，本发明目的在于提出在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，具体方案如下：

在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，所述方法为通过在ECMO与血压监测设备之间建立双向连接，由血压监测设备实时监测人体的血压信息，所述血压监测设备将监测所得的血压信息反馈至ECMO，ECMO接收并识别到该血压信息后，根据ECMO与血压监测设备之间建立的算法模式，自动调节ECMO血液流量，以使得人体血压达到并稳定保持在预设的特定范围值内。

进一步的，所述方法应用于ECMO的VA模式下；

所述ECMO包括体外膜肺和血泵，通过对ECMO进行参数设定，来满足人体基础需求的血泵和体外膜肺的贡献量。

进一步的，当其余条件不变的情况下、人体血压上升时，表明人体心脏输出增加，这时则降低所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节；反之，当其余条件不变的情况下、人体血压下降时，表明人体心脏输出减弱，这时则增加所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节。

进一步的，调节所述ECMO的转速通过自动调节电机的转速实现。

进一步的，所述ECMO除调节血液流量外，还包括ECMO脱机，根据ECMO与血压监测设备之间的算法模式，判断、提示撤除ECMO的概率和时机，并在人体心肺功能达到设定指标后，ECMO自动脱机。

进一步的，所述ECMO脱机的相关指征为血液流速、气流；

通过监测血泵对人体提供的血液流量、体外膜肺气体交换情况得到对应的数据图，通过辅助设备采集人体心肺自身进行的血流、气体交换情况并由ECMO读取相应数据以得到对应的数据图，两种数据图共同合成得到对应的人体的机体代谢数据总图，所述机体代谢数据总图对应的指标包括通气量，氧供，氧耗，血液的心脏输出量、体外膜肺输出量，通过所述机体代谢数据总图的趋势得到的人体的实际指标，实际指标与设定指标进行对比，根据对比结果ECMO提示并自动调节脱机。

进一步的，所述血压监测是通过血压监测设备采集心脏收缩压、心脏舒张压，计算平均动脉压，并根据平均动脉压，来调节ECMO转速，自动实现对血流速度的供应，以维持压力不低于设定值；

当维持人体有效血压时，根据ECMO提供的血液流量与心输出量的比例关系，判断是否能够进行ECMO脱机，要求ECMO提供的血液流量占心输出量15％以下，ECMO提示并自动调节脱机。

进一步的，所述VA模式中插管方式为一根插管在静脉，另一根插管在动脉；

在VA模式下，ECMO的脱机方式为，在维持患者有效血压供应的前提下，通过逐渐降低血流速度，同时匹配降低气流速度，并调节氧浓度在需求范围内，过程中需加强抗凝管理。

进一步的，所述ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法是：St＝Sb+Cp*deltaP+Ci*Sigma(deltaP)；

其中，St为ECMO设备目标转速，Sb为基础转速，Cp为误差比例参数，Ci为累积误差积分参数。

进一步的，在所述ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法中，还设定保护转速范围Sh和Sl；其中，St在Sh和Sl范围内波动。

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ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，在ECMO与血压监测设备之间建立双向连接，由血压监测设备实时监测人体的血压信息，血压监测设备将监测所得的血压信息反馈至ECMO，ECMO接收并识别到该血压信息后，根据ECMO与血压监测设备之间建立的算法模式，自动调节血液流量，以使得人体血压达到并稳定保持在预设的特定范围值内，并且血压监测设备同时将持续监测的血压信息反馈给ECMO，持续辅助患者的人体心肺功能逐步恢复，若结合血压信息和ECMO流量比判断出患者的心肺功能恢复设定目标后，还可控制ECMO自动脱机。

(2)本发明中，通过提供的双向反馈调节方法辅助医护人员进行ECMO的自动调节乃至脱机，不仅能减少对医护人员专业性的要求及主观性上的误差，提高功能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，而且还能在临床治疗中，将ECMO和血压监测设备建立连接后，二者机器除实现本身各自的功能后，还能进行双向调节，实现一加一大于二的效果，满足了不具备配置全面机器条件而仍然能实现自动调节功能的需求。

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。

人体血压是血液在血管内流动时作用于单位面积血管壁的侧压力，是推动血液流动的动力，有极大的生理意义，一般血压的维持需要以下几个方面：1、要有足够的循环血量来满足血管容量，心脏收缩时产生的压力为收缩压；2、心脏收缩将血液泵至主动脉，压力会推动血液向前输送到各个周围的重要脏器，维持脏器的重要生理功能；3、动脉血管弹性回缩时产生的压力为舒张压，当心脏收缩结束时，心脏进入舒张期，主动脉瓣关闭，血管内压力开始下降，动脉血管的弹性回缩维持一定的压力，压力的最低值称为舒张压。压力下降的过程中，一部分血液灌注到冠状动脉中，对心肌细胞进行供血、供氧，所以血压的生理意义极大。

而在心肺支持领域中，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。需要持续监测的人体生命体征就包括血流动力学数值变化，以此结合其他各项参数，来评估病患的血供和氧供的改善情况。例如，当血压超出维持人体生命体征的基础范围值以外时，需要对应调节降低ECMO的工作参数，以维持基础血压值。而目前的医疗过程中，患者的各项参数如血压是通过有创血压监测在血压监测设备上进行监测的，监测数据结果需要依赖于医护人员的专业性和主观性进行判断，难以及时、准确地实现ECMO的调节和脱机。

首先，需要说明的是，ECMO的基础模式是VA、VV两种模式，模式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)。因此，本申请提供的基于血压监测以实现在ECMO和血压检测设备之间建立双向反馈的方法是在VA模式下进行的。

也就是说，本发明提出了一种在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，针对于VA模式下的ECMO，基于对患者的血压监测，在ECMO与血压监测设备之间建立双向的反馈调节，以使得患者的血压始终保持在预设的范围值内，保持患者血压的持续稳定性，提高治疗效率。

血压是血液在血管内流动时作用于单位面积血管壁的侧压力。在心脏的每一次收缩与舒张的过程中，血流对血管壁的压力也随之变化，而动脉血管与静脉血管压力不同，不同部位的血管压力也不相同。人体的动脉血压是一个易变的生理参数。心率增加，舒张压上升，心率减慢，舒张压降低。心脏每搏量增加，收缩压必然增高。血压监测设备是用来可以实时、连续并且长时间的监测病人的一些重要生命体征参数，一般都是由包含各种传感器的物理模块和内置计算机系统构成。各种生理信号由传感器转换成电信号，经前置放大处理后送入计算机进行结果显示、存储和管理。多功能参数综合血压监测设备可以同时监护心电、呼吸、体温、血压、血氧等参数。

而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。基于ECMO的工作原理，在其工作过程中，必然要影响血氧、血压的变化。

以往持续监测并记录血压等身体各项参数，并根据参数作出适应性调节的工作，大部分都是通过医护人员外加辅助机器来实现的，费时费力，准确性还可能存在失误。而在本申请中，建立双向连接的ECMO和血压监测设备之间，利用二者之间建立起来的算法模式，ECMO可以根据血压监测设备传递来的血压信息，作出血液流量的自动调节，从而维持有效血压，血压监测设备同时接收该血压的调节信息，并反向传递给ECMO，实现在二者间建立信息的双向循环传递，随着病患的治疗情况，逐步对患者进行血压的调节，有效提高治疗效率，加快治疗进程。

因此，本申请提出的，在VA模式下，在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，方法为通过在ECMO与血压监测设备之间建立双向连接，由血压监测设备实时监测人体的血压信息，血压监测设备将监测所得的血压信息反馈至ECMO，ECMO接收并识别到该血压信息后，根据ECMO与血压监测设备之间建立的算法模式，ECMO自动调节血液流量，以使得人体血压达到并稳定保持在预设的特定范围值内。

具体地，ECMO设备工作中，ECMO对应的参数为体外膜肺的氧气进出量、二氧化碳进出量以及血液流量，人体心肺对应的参数为人体心脏的心输出量以及人体肺氧气进出量、二氧化碳进出量、通气量。其中，人体心输出量可以通过血流动力学监测或心脏彩超直接进行测量。

ECMO设备包括体外膜肺和血泵，通过对ECMO进行参数设定，来满足人体基础需求的血泵和体外膜肺的贡献量。

而一旦人体血压发生变化时，相对应的，为了维持人体血压保持在特定的范围值内，此时就需要改变ECMO的转速，以对人体血液流量进行调节，即：

在其余条件不变的情况下，当人体血压上升时，表明人体心脏输出增加，这时则降低所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节；反之，在其余条件不变的情况下，当人体血压下降时，表明人体心脏输出减弱，这时则增加所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节。其中，调节ECMO的转速通过自动调节电机的转速实现。

VA-ECMO模式下，基于对患者血压的监测，来实现自动调节：在VA模式下，利用ECMO治疗的过程中，ECMO中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，平均动脉压力的维持方式具体如下：在VA-ECMO模式下，根据对患者血压的监测，实现ECMO的自动调节，通过血压监测设备采集患者的心脏收缩压、心脏舒张压并计算得出平均动脉压，或者是直接采集平均动脉压，根据所得的平均动脉压数据，并基于人体平均动脉压不低于65mmHg的范围指标进行指标设定，ECMO自动调节，以维持患者的血压要求。

总的来说，是根据血压监测设备对人体血压的监测，并将该血压信息传递给ECMO，ECMO根据该反馈过来的血压信息，来进行设备目标转速的调节，从而调节人体血压至正常范围内。

另外需要说明的是，当ECMO维持有效的血压后，由于流量的改变，ECMO需同步调节气流速度和混合气体氧浓度。调节方式为：通过自动调节空氧混合器的氧浓度、气流量，实现自动调节ECMO提供的血氧含量。

总氧供-自身氧供＝ECMO氧供，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)。计算ECMO需求提供的动脉氧分压、动脉氧饱和度。结合计算结果，按照气血流比设定范围，自动调节气血流比和混合气体氧浓度。

VA-ECMO使用中，要求“气流/血流”比范围在0.5:1-1:1之间。

当测量并计算ECMO氧供超出实际需求，先自动降低气流速度，直至降低到“气流/血流”比为0.5:1，如果仍然超出氧供实际需求，再自动降低氧气浓度，直至降低到满足需求且超出5％的氧供状态。

反之，当测量并计算ECMO氧供低于实际需求，先自动升高气流速度，直至升高到“气流/血流”比为1:1，如果仍然低于氧供实际需求，再自动升高氧气浓度，直至升高到满足需求且超出5％的氧供状态。

本发明的方法中还包括一个功能，即，ECMO除调节血压以及随血压调节而改变的血液流量外，还包括ECMO脱机，根据ECMO与血压监测设备之间的算法模式，判断、提示撤除ECMO的概率和时机，并在人体心肺达到设定指标后，ECMO自动脱机；ECMO脱机的相关指征为血液流速、气流。

通过维持人体有效基础血压时，ECMO提供的血液流量与心输出量的比例关系，判断是否能够进行ECMO脱机，要求ECMO提供的血液流量占心输出量15％以下，提示并自动调节脱机，当血液流量发生变化时，气流供应按气血流比设置自动调节。

在本申请的VA模式下，其核心指标是需要ECMO和患者自身的心脏共同给病人提供一个有效的血压，在自动调节转速和血流速度的状态下，维持有效的血压。因此，在VA模式下，是通过对患者血压的监测，以实现ECMO的自动调节。具体表现为：血压的监测是通过血压监测设备采集心脏收缩压、心脏舒张压，计算平均动脉压，并根据平均动脉压，来调节ECMO转速，自动实现对血流速度的供应，以维持压力不低于设定值。

在VA模式下，若正性肌力药、血管活性药等药物用量不变的情况下人体血压上升，表明人体心脏输出增加，ECMO自动降低转速，以实现血泵和人体心脏共同作用，维持人体有效基础血压，进而达到实现血液运输的目的。其中，降低ECMO的转速通过自动调节电机的转速实现。

当维持人体有效基础血压时，根据ECMO提供的血液流量与心输出量的比例关系，判断是否能够进行ECMO脱机，要求ECMO提供的血液流量占心输出量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。

上述经过对患者的血压监测，以及随之改变的血液流量的监测，以实现ECMO的自动调节或脱机，那么为了实现ECMO与血压监测设备之间的建立的双向连接，ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法模式运行。

具体地，ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法是：St＝Sb+Cp*deltaP+Ci*Sigma(deltaP)；

其中，St为ECMO设备目标转速，Sb为基础转速，Cp为误差比例参数，Ci为累积误差积分参数。

通过上述算法，调节、控制ECMO设备目标转速。

并且，在ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法中，还设定保护转速范围Sh和Sl；其中，St在Sh和Sl范围内波动。

最后，血压监测设备同样会接收到ECMO反馈回来的血液流量调节信息，并据此保持持续监测血压信息，二者之间形成循环调节，以适应在病患逐步恢复的过程中各项参数的改变，提高主动性，更有效地辅助患者心肺功能的恢复。

由于在ECMO和血压监测设备之间建立双向连接，二者之间可以根据血压信息进行双向反馈、调节，不仅能有效减少医护人员人工抽血、作出判断、手动调节机器的工作，以减少对医护人员专业性的要求以及主观性上的误差，而且在临床治疗中，将ECMO和血压监测设备建立连接后，二者机器除实现本身各自的功能后，还能进行双向调节，实现了一加一大于二的效果。

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.在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述方法为通过在ECMO与血压监测设备之间建立双向连接，由血压监测设备实时监测人体的血压信息，所述血压监测设备将监测所得的血压信息反馈至ECMO，ECMO接收并识别到该血压信息后，根据ECMO与血压监测设备之间建立的算法模式，自动调节ECMO血液流量，以使得人体血压达到并稳定保持在预设的特定范围值内。

2.根据权利要求1所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述方法应用于ECMO的VA模式下；

所述ECMO包括体外膜肺和血泵，通过对ECMO进行参数设定，来满足人体基础需求的血泵和体外膜肺的贡献量。

3.根据权利要求2所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，在其余条件不变的情况下，当人体血压上升时，表明人体心脏输出增加，这时则降低所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节；反之，在其余条件不变的情况下，当人体血压下降时，表明人体心脏输出减弱，这时则增加所述ECMO的转速，血泵对血液流量进行调节，以调节血压值至人体正常范围，同时体外膜肺的气流量自动匹配血液流量进行调节。

4.根据权利要求3所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，调节所述ECMO的转速通过自动调节电机的转速实现。

5.根据权利要求1所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述ECMO除调节血液流量外，还包括ECMO脱机，根据ECMO与血压监测设备之间的算法模式，判断、提示撤除ECMO的概率和时机，并在人体心肺功能达到设定指标后，ECMO自动脱机。

6.根据权利要求5所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述ECMO脱机的相关指征为血液流速、气流；

通过监测血泵对人体提供的血液流量、体外膜肺气体交换情况得到对应的数据图，通过辅助设备采集人体心肺自身进行的血流、气体交换情况并由ECMO读取相应数据以得到对应的数据图，两种数据图共同合成得到对应的人体的机体代谢数据总图，所述机体代谢数据总图对应的指标包括通气量，氧供，氧耗，血液的心脏输出量、体外膜肺输出量，通过所述机体代谢数据总图的趋势得到的人体的实际指标，实际指标与设定指标进行对比，根据对比结果ECMO提示并自动调节脱机。

7.根据权利要求6所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述血压监测是通过血压监测设备采集心脏收缩压、心脏舒张压，计算平均动脉压，并根据平均动脉压，来调节ECMO转速，自动实现对血流速度的供应，以维持压力不低于设定值；

当维持人体有效血压时，根据ECMO提供的血液流量与心输出量的比例关系，判断是否能够进行ECMO脱机，要求ECMO提供的血液流量占心输出量15％以下，ECMO提示并自动调节脱机。

8.根据权利要求7所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述VA模式中插管方式为一根插管在静脉，另一根插管在动脉；

在VA模式下，ECMO的脱机方式为，在维持患者有效血压供应的前提下，通过逐渐降低血流速度，同时匹配降低气流速度，并调节氧浓度在需求范围内，过程中需加强抗凝管理。

9.根据权利要求8所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，所述ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法是：St＝Sb+Cp*deltaP+Ci*Sigma(deltaP)；

其中，St为ECMO设备目标转速，Sb为基础转速，Cp为误差比例参数，Ci为累积误差积分参数。

10.根据权利要求9所述的在ECMO与血压监测设备之间建立双向反馈调节的方法，其特征在于，在所述ECMO与血压监测设备之间基于血压监测建立的算法中，还设定保护转速范围Sh和Sl；其中，St在Sh和Sl范围内波动。