CN1245407A - 测量充氧参数的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于实时地计算各种充氧参数的系统和方法,其中的充氧参数包括患者体内的总的氧传输量(DO2),混合静脉血氧压(RO2)和混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)。该系统优选使用一台计算机(140),一个动脉压力线(160)和一个血液化学监视器(150),用以帮助医生确定何时为患者进行输血或用其它方法改变患者的临床治疗方案。

Description

测量充氧参数的系统和方法
发明领域
本发明涉及用于无创地确定关于患者的充氧状况的生理参数的系统和方法。更准确地说，本发明涉及用以实时地确定关于一位接受治疗的患者体内总体组织充氧作用的参数的系统和方法。
发明背景
一个长期困扰着医生们的问题是如何不依靠一种有创的手段而精确地测量患者组织的充氧状态。在许多医疗过程中这是很重要的，因为医生需要知道何时为患者施药或输入更多的血液。当患者的组织中充氧状态低时，医生将要为患者输入更多的血液或其它氧载体以提高氧传输速度和保持适当的细胞呼吸。
在外科手术和手术后的调整中，是否需要输血通常根据血红蛋白(Hb)或血细胞比容水平(Hct)决定。血细胞比容通常被定义为在离心分离血样后所堆积的红细胞的体积的百分比。如果患者每分升血液的血红蛋白含量高，医生就可以断定患者具有充分的能力向组织输送氧。在手术期间该值常被用作一个起动信号；即，如果该值低于某一定点以下，就要为患者补充血液。尽管这些参数提供了动脉的血液氧含量的指标，但它们并不提供传输(或“供给”)给组织的氧总量或来自组织的血液的氧含量的信息。
例如，已经表明，较低的术后血细胞比容对于患有动脉粥样硬化的患者来讲常会伴有术后局部缺血。虽然许多研究人员试图确定一个临界的Hct水平，但是大多数权威人士总是认为一个经验的自动输血起动信号，无论是基于Hb还是Hct，都应该避免，而且输入红细胞应适合个别患者的情况。因此，输血的起动信号应该由患者本身的贫血反应来起动而不是任何预定的值。
这部分基于许多参数对于决定患者组织的实际充氧状况是重要的这一事实。在这一方面，患者的心输出量在血红蛋白水平与组织充氧状态的关系中也是一个重要的因素。心脏的输出或CO被定义为单位时间内由心脏的左心室射入主动脉的血液体积(ml/min)，并且是可以用热稀释法进行测量的。例如，如果患者有内出血，血液中血红蛋白的浓度可能是正常的，但血液的总体积将是低的。在这种情况下，由于返回到心脏的静脉血不充足，心输出量降低以提供对于组织的较好的血液循环。于是，简单地测量血液中血红蛋白的多少而不测量诸如心输出量的其它参数对于估计患者实际的充氧状态未必总是足够的。
更具体地讲，组织的充氧状态是由那些组织的氧供/需关系来反应的，即，氧总传输量(DO2)和氧总消耗量(VO2)之间的关系。血红蛋白在肺毛细血管中氧化成氧化血红蛋白，随后被心输出量带到组织中，在这里氧被消耗掉。在氧化血红蛋白释放氧给组织时，氧的不完全压力(PO2)降低直到释放足够的氧以满足氧的消耗量(VO2)。虽然确定某些器官的充氧状态的方法有所进步(例如，内脏的张力测定法；近红外谱测量法)，但这些方法难于应用在临床。因此，使用那些反映来自组织的血液的充氧状态的参数，即，在混合的静脉血中氧的不完全压力(PvO2；也被称为混合静脉血氧分压)或混合的静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)就成为用以估计组织的总的充氧状态的可接受的通常做法。
不幸的是，为提供较为精确的组织充氧程度就需要相对地有创的技术。在这方面，在外科手术时可以利用肺动脉导管插入术直接测量患者的混合静脉血的充氧状态。为全面评估全身的氧传输和运送，一个导管(一个流动定向的肺动脉[PA]导管)被放入患者的肺动脉而另一个放在外周动脉中。随后从每一个导管中采取血样以确定肺动脉和动脉血的氧水平。如前所述，使用PA导管也可以确定心输出量。随后医生即可由测量血样中氧的含量直接地推断患者组织的充氧程度。
虽然已经证实这些方法相对比较精确，但它们还是极端有创的。例如，使用诸如Swan-Ganz热稀释导管(Baxter Iternational，SantaAna，CA)可能导致增加感染、肺动脉出血、气胸和其它并发症的风险。另外，由于PA导管的风险和价格，其在外科患者中的应用限于高风险或高失血手术(例如，心脏外科手术，肝移植，恶性肿瘤的彻底的外科手术)和高危患者(例如，年老的，糖尿病的，或有动脉粥样硬化病的患者)。
在确定组织的充氧状态的变量中，应该包括评估泵向组织的血液的数量(CO)和该血液(动脉的)中氧的含量(CaO2)。这些变量的乘积随后将用以提供总的氧传输(DO2)的度量。目前，对DO2的评估需要利用上述有创的监测设备。因此，在外科手术的大多数案例中DO2是不能确定的。无论如何，在监护室(ICU)中，有创性监测趋于成为患者的常规处理的一部分；因而，在这一人群中DO2的确定是比较容易得到的。
在混合静脉血中的氧不完全压力或混合静脉血氧分压(PvO2)是另外一个重要的参数，它可以用一个PA导管确定。由于在静脉血和组织中的氧不完全压力(PO2)之间存在着平衡关系，医生可以由此确定患者组织的充氧状态。更具体地说，当动脉血通过组织时，在通过组织的动脉中的PO2和组织自身的PO2之间存在着一个不完全压力梯度。由于这个氧压梯度，氧由红细胞中的血红蛋白中释放出来，同时还从血浆中的溶液里释放出来；释放出的O2随后渗入组织中。由毛细血管的静脉端部流出的血液的PO2(PvO2)通常是毛细血管所穿过的组织的远(静脉)端处的PO2的接近的反映。
与混合静脉血氧分压(PvO2)密切相关的是混合静脉血的血氧饱和度(SvO2)，它被表示为结合氧的血红蛋白的百分比。典型地，氧化血红蛋白解离曲线是利用SO2对PO2的值点绘的。当血液中的氧的不完全压力(PO2)降低时(即在其通过一个毛细血管时)，血红蛋白的氧饱和度(SO2)有一个相应的降低。动脉的PO2和SO2的值分别在95mmHg和97％附近，而混合静脉氧值(PvO2，SvO2)大约分别为45mmHg和75％。因此，SvO2和PvO2相似，指示了总体的组织充氧状态。不幸的是，和PvO2一样，它只可用比较有创性的量具进行测量。
另一个了给出患者充氧情况信息的参数为可使用的氧(dDO2)。dDO2为传输到组织中的氧总量(DO2)，这是在PvO2(同时暗指总体组织氧压)降低到某一定值时可以供给组织的氧(即被组织所消耗的)。例如，在PvO2为40mmHg之前可以运送给组织(被组织所消耗的)的氧总量为dDO2(40)，而在PvO2降低到35mmHg之前总消耗为dDO2(35)。
其它相关的参数可以采用无创的方式确定。例如，全身氧消耗(VO2)可以由吸入和混合呼出的氧与换气的瞬间体积之差计算出来。心输出量也可以无创用测量动脉血压的方法确定以代替依赖于热稀释导管。例如，Kraiden等人(收编于此作为参考的美国专利第5,183,051号)利用一个血压监视器连续地测量动脉血压。这些数据随后被转换为脉搏等值线波形。根据这些波形，Kraiden等人计算出患者的心输出量。
无论各个参数是怎样得到的，本领域的普通技术人员将赞同从各种已经很好地建立起来的关系式中导出待测的辅助参数。例如，Fick方程式(Fick，A.Wurzburg，物理医疗协会研究通报16(1870))建立起动脉氧浓度、静脉氧浓度和心输出量与患者氧消耗总量的关系式并可写成：
           (CaO2·CvO2)×CO＝VO2其中CaO2为动脉氧含量，CvO2为静脉氧含量，CO为心输出量和VO2表示全身氧消耗量。
尽管这些参数的无创推导有助于临床处理，很明显一个更有决定作用的“输血起动信号”将是有益的。如果PvO2和DO2可以认为是患者安全的合理指标，就会产生这些参数如何构成一个“安全”的水准的问题。虽然在动物模型中具有临界氧传输水平的数据，在临床状态几乎没有什么能指示一个临界的PvO2。现有的数据表明该水平是变化无常的。例如，在正准备进行心肺分流手术的患者中，临界的PvO2在约30mm Hg和45mmHg之间变化，其中后一个值很好地处于正常、合格的患者的取值范围之内。安全的DO2的值显示出相同的可变性。
为了实用的目的，一个35mmHg或更大的PvO2值可以认为表示全部组织的氧供应是合适的，但这暗含地是基于完整和功能性血管舒缩系统的假设之下。同样地，精确地确定DO2依赖于一个完整的循环系统。在外科手术中需要保持一个广泛的安全裕度和选择一个很可能是最好的输血起动信号(无论是DO2，PvO2，SvO2还是其某些导出值)，这时，就氧动力学而论，患者明显地处于良好的条件之下。实际上，只有某些患者是用肺动脉导管监测的。于是，上述参数不是对所有的患者都适用的，而让大多数患者用不完全的，和常常是危险的Hb浓度的起动信号进行监测。
过去为解决这些问题所做的努力并未获得完全的成功。例如，Faithfull等人(传输到组织中的氧XVI，Ed.M.Hogan，PlenumPress，1994，pp.41-49)描述了一种可以导出在不同条件下组织的充氧状态的模型。无论如何，该模型仅仅是一个静态的仿真，使操作者估计哪一种改变各种心血管或物理参数的效果对组织的充氧能起到作用。没有可以用以连续地采集数据并进行评估从而提供一种表示什么可能正在发生的动力学设备。因此，模型不能用以在改变的临床条件的情况下提供对患者组织充氧的实时测量。
于是，为精确地实时评估患者的SvO2，PvO2，DO2，或其某些导出值提供系统和方法是本发明的一个总的目标。
本发明的另一个目的是要提供一个方法，其中一个患者的充氧状态的精确的指标实时地被显示而不需要有创性的介入。
本发明的再一个目的是要提供一个能精确地反映患者的充氧状态的单一导出值。
发明概述
本发明的方法和系统所实现的这些或其它目的，其主要方面，是为实时地测定和显示一个或多个能够精确地反映患者总的充氧和心血管状态的值而提供的。另外，本发明提供了通过相对无创性的装置确定选定值的方法。这样，本发明可以用来安全地监测患者的生理状况并根据显示的值调整治疗参数。
在优选实施例中，本发明提供了确定和实时地显示指示患者组织的充氧状态的生理重要的充氧参数，如总的氧传输(DO2)，可使用的氧传输(dDO2)，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)和混合静脉血氧分压(PvO2)。本发明还可用以提供一个供/需比(dDO2/VO2)，这是另一个充氧参数，该参数可以使医生利用一个单一的数字值精确地监测和调整患者的氧状况。可以理解，导出的充氧参数可以单独使用或，更为优选地，联合使用以提供一个关于总的组织充氧水平的指标。这样，本发明可以在临床处理中用作一种不复杂的，实时的介入起动信号，而没有和传统的有创监测装置相应的风险。
更具体地说，通过为个别的患者提供最小可接受的PvO2，SvO2，dDO2或DO2，使护理医生获得一个简单的指示介入的起动信号点。例如，根据临床经验一个医生可以确定为提供合适的充氧程度患者的PvO2应不低于35mmHg或DO2应保持高于600ml/min。优选地，临床医生应对每个充氧参数进行评估并能根据需要显示一个或多个值。在一个特别优选的实施例中，系统为一个选定的PvO2提供了一个供/需比(dDO2/VO2)，从而使医生能够根据一个单一的值提出患者的需求。在该实施例中，一个等于或大于1的值表明PvO2(从而总的组织充氧程度)高于所建立的起动信号点。
特别优选的实施例提供了一种利用来自放置在外周动脉内的一个内在导管的输入对心输出量(CO)进行连续的(搏动-搏动)测量。在这方面，可以选择一种装置如Modelflow系统(TNO-生物医学仪器，阿姆斯特丹)与本发明联合使用以提供对CO实时的连续测量。心输出量可以利用一个使用主动脉输出阻抗的3-单元，非线性模型模拟人的主动脉和动脉系统的作用的算法计算出来。利用这一模型计算出来的心输出量与用热稀释法确定的心输出量对比被认为是有效的。除心输出量以外，以下的血液动力学信息可以由象Modelflow一样基于搏动-搏动的系统导出：收缩的，舒张的，和平均的动脉血压；脉搏速率；心脏搏动体积；和外周血管阻抗。
本发明还为用于导出所需的值确定了患者的动脉氧含量(CaO2)。特别是，在确定动脉氧含量时(CaO2)，本发明使用了一个或多个数字值，这些数字值相应于患者的血红蛋白浓度，动脉氧分压(PaO2)，动脉二氧化碳分压(PaCO2)，动脉pH和体温。这些数字值可以由一个化学血液监视器得到或用手工输入。特定的优选实施例使用了一个血液化学监视器以得到所需要的值连同心输出量值的测量。另外，优选地通过气体分析或确定代谢速度来确定患者的氧消耗量(VO2)。
于是，本发明的一个实施例为实时地确定指示患者组织充氧状态的一个或多个充氧参数的方法，其步骤包括：
将充氧常数存入第一计算机存储器；
实时地测量一个患者的心输出量值(CO)，其中心输出量值存储在第二计算机存储器；
确定所说的患者的动脉氧含量(CaO2)；和
实时地计算指示患者组织充氧状态的所说的一个或多个充氧参数。
在优选实施例中，该方法还包括这样的步骤，即在所说的计算步骤之前，将一个相应于所说的患者的全身氧消耗量(VO2)的值存入第三个计算机存储器。
优选地，上述方法中所讨论的第一计算机存储器为一个随机存取存储器(RAM)。同样，上述方法的第二计算机存储器和第三计算机存储器最好也是随机存取存储器。
除所述方法以外，本发明提供了一种相对无创的装置，用以实时地确定一个或多个指示患者组织充氧状态的充氧参数，其中的装置包括：
用以存储充氧常数的第一计算机存储器；
来自相对无创源、实时地反映患者的心输出(CO)值的输入，其中所说的心输出量值存储在第二计算机存储器中；
用以获得所说的患者的动脉氧含量(CaO2)并将所说的动脉氧含量存储在第三计算机存储器中的第一套指令；
用以实时地计算指示患者的组织充氧状态的一个或多个充氧参数的第二套指令。
优选地，第一计算机存储器，第二计算机存储器和第三计算机存储器都是随机存取存储器。
另外，计算机存储器最好是一个计算机硬盘。再者，反映心输出量的输入可优选得自动脉压力扫描线，传感器或压力放大器。在另外的实施例中，可利用一个或多个数字值导出CaO2的第一套指令可以存储在一个血液化学监视器中。另外，第一套指令可以使用算法根据Kelman提供的方程算出氧化血红蛋白解离曲线的位置。优选地，第二套指令优选地包括Fick方程的使用。
如上所述，本发明还利用一个供/需比提供了可以用以监视患者组织充氧状态的方法和装置。于是，本发明的一个实施例涉及一种相对无创的方法，用以实时地监测患者的组织充氧状态，包括确定一个供/需比(dDO2/VO2)。同样地，另一个实施例涉及一种相对无创的装置用以实时地确定患者的组织充氧状态，所说的装置包括用以确定供/需比(dDO2/VO2)的指令。为提供所希望的比例所需的计算，数值和设备将在随后的说明中描述。
在任何情况下都要强调，尽管本发明的各优选实施例包括一个血液化学监视器和/或压力传感器(即用于CO的)，它们并不是本发明的基本的元件而且也不是实施所公开的方法所必须的。例如，一个医生可以用手测量血气水平，体温和Hb浓度，随后将这些信息通过键盘输入系统。也可应用其它测量心输出量的方法，诸如超声或胸的阻抗。
本领域的普通技术人员还可以理解，充氧常数是与患者的氧载体的物理特征或生理特征首要相关的数字值。这些充氧常数包括，但不局限于，血液容积，血浆中的氧溶解度和所需单位的饱和氧化血红蛋白的氧含量。优选地，一个或多个充氧常数在本发明中是用来导出选定的充氧参数。
由利用充氧常数所得到的值(例如CaO2，VO2和CO)，本发明通过计算患者的混合静脉血氧含量(CvO2)解出了Fick方程[VO2＝(CaO2-CvO2)×CO]。一旦确定了CvO2，SvO2即可算出，而PvO2可以很容易地利用计算氧化血红蛋白解离曲线的位置的算法，例如Kelman方程(Kelman，J.Appl，Physiol，1966，21(4)：1375-1376；在这里被引入作为参考)导出。同样，其它参数如DO2，dDO2和dDO2/VO2均可由所得到的值导出。
利用本发明，临床医生可以连续地收到实时的数据(即上述的充氧参数)，从而给予他一个完整的患者充氧状态的图象。如果任何一个选定的参数趋于所建立的起动信号点，可以有充足的时间采取适当的措施如药理学介入，输液，输血或调整供气分布以使受治疗者稳定。因此，这一连续的数据流使医生比较容易地确定充氧降低的病因(例如，但并不局限于，贫血，心输出量降低或缺氧)，并对此做出适当的处理。
本发明的其它的目标，特征和优点，对于本领域的普通技术人员在考虑了以下优选的典型实施例的详细描述以及即将首先被简要描述的附图将会是显而易见的。
                 附图的简要说明
图1为本发明的图解，包括一个计算机，一个转换器箱，一个血液化学监视器和一个患者；
图2为可用以运行本发明的一个计算机系统的示意图；
图3为描述可用以运行本发明的一个优选的软件结构的框图；
图4为在本发明所选的实施例中所进行的数据输入和计算的示意图；
图5为手术期间由PA导管得出的PvO2值与利用本发明导出的手术期间的PvO2值的图形表示；
图6为手术后由PA导管得出的PvO2值与利用本发明导出的手术后的PvO2值的图形表示；
图7为结合图5和6的PvO2值的图形表示；
图8为本发明的立体解析图示，表示一个有代表性的显示屏幕，说明以充氧参数PvO2作为介入起动信息；
图9为本发明的立体解析图示，表示一个有代表性的显示屏幕，说明使用充氧参数DO2作为介入起动信息。
              所选实施例的详细描述
本发明在广泛的方面涉及可以用以实时地精确地预测组织充氧状态或总的组织充氧(“充氧参数”)的生理参数指标的系统，包括软件程序，和方法。所公开的系统和方法可以用于，例如，在手术期间帮助医生确定进行输血或控制血液置换的合适的时间。通过在各种临床的条件下连续地计算，例如，患者的PvO2，SvO2，DO2和dDO2，系统用不完全血红蛋白测量作为一个总的组织充氧水平的指标。在特定的优选实施例中，另一个充氧参数，一个供/需比(dDO2/VO2)，实时地被算出并被显示。
本领域的普通技术人员应该了解术语“实时”是作为习惯的意义使用的。即，导出的充氧参数应该经常校正足以提供一个临床实用的患者条件的指标。优选地，“实时”意味着一个条件或数值的报告或计算(即患者的以mm Hg计量的PvO2)应在其被测量之后不大于1分钟。最好，事件或值在其发生之后不超过30秒钟即被记录下来，甚至更为优选地，不超过10秒。在一个最优选的实施例中，条件或数值在其发生后不超过一次心跳就被记录下来。即，每一次新的心脏跳动将相应于所选定的充氧参数的一次重新计算。
这里所使用的“记录”意味着，但并非局限于，所导出的信息的可视显示或为进一步处理或识别向适合的形式的转换。
值得注意的是，本发明的系统较已有技术的测量患者的组织充氧水平的方法具有许多优点。例如，该系统在确定所需值时不需要相对有创的和有潜在危险的方法如肺动脉导管插入术。如在这里所使用的术语“相对无创的”坚定地意味着基本上对受治疗者的身体状况没有损害的任何技术或方法。例如，为了抽取血样在外周动脉中插入一根小的插管将是相对无创的。反之，将一个设备或装置(如一个PA导管)插入一个主要的躯干动脉或静脉中则明显地是有创的。如上所述，有创的方法如肺动脉导管插入术可以给患者带来多种并发症。本领域的普通技术人员应该了解这些并发症包括，但并非局限于，增加感染的发病率，出血，气胸和其它与该方法有关的并发症。
本发明特定的优选实施例提供了一种极少有创，或相对无创的方法用以确定混合静脉充氧参数，该方法特别适合于与基于碳氟化合物的血液代用品联合使用，利用PvO2(或SvO2)二者作为药物活性的信号和输血起动信号的一个部分。本系统和方法可以用于通常需要放置PA导管的手术中，以及认为使用PA导管是不合理的外科手术中，但手术仍然需要跟踪心输出量，氧传输的变化和使用PvO2(或SvO2)作为输血起动信号的一个部分。
如前面所提到的，本发明的特别优选的实施例使用了Fick方程以进行所需的计算。Fick原理表明氧消耗等于每分钟泵向组织的血液总量与动脉血和混合静脉血中的氧含量之差的乘积(VO2＝CO×[CaO2-CvO2])；即，VO2等于氧供应减去留在静脉血中的氧。如果VO2，心输出量，和CaO2是已知的，即可算出CvO2。与本发明相应的软件程序使用心输出量，血红蛋白浓度，动脉血的气体，和体温，以及VO2(如果不宜于直接测量)，PvCO2，和pHv的算法，“反算”方程式中遗留的未知数，由CvO2，借助于SvO2到PvO2。
本领域的普通技术人员可以了解所公开的系统包括许多部分，这些部分共同起作用构成了本发明。
                   1.系统综述
在本发明的优选实施例中包括了一个系统，该系统可以在线，实时地监测生理参数，如心输出量(CO)，总的氧传输(DO2)，可使用的氧传输(dDO2)，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)，和混合静脉血的血氧分压(PvO2)。另外，本发明的优选实施例可用以提供一个供/需比(dDO2/VO2)。
现在回到图1，系统100为医生提供了关于一个患者的组织充氧状态的实时数据。如图1所示，患者110通过动脉压力线130，传感器132和监视患者动脉脉冲波的模拟输出压力放大器133与接口箱120相连。接口箱120具有一个串连的部分RS232(未示出)，该部分由一个串联的电缆142与一个计算机140相连。接口箱120还包括一个模-数转换器将由传感器132输出的动脉压力的模拟信号转换为一个数字信号。来自动脉压力线130的模拟信号通常是在100Hz以2.5mV分辨率下采集的，信号由RS232串联线发送并随后存储在保存于计算机的存储器中的缓冲器内。采集的信号立即由计算机的存储器存储在计算机的硬盘里。
由动脉压力线130传来的数据可用以计算，如以下所讨论的，心脏的收缩的，舒张的和平均压力，脉搏间隔，心率，血液射出时间。另外，一个连续的主动脉流动信号可由计算机140算出，计算是由一个主动脉输入阻抗的模拟模型计算出左心室搏动体积，该体积随后乘以心跳从而确定心输出量。全身的血管阻抗可以由心输出量和全身动脉血压确定。这些计算存储在计算机的存储器的缓冲器里并在随后立即存储在计算机的硬盘中。如在下面所讨论的，在本发明中心输出量(CO)被用来确定生理参数如DO2，dDO2，SvO2，PVO2。
一个在接口箱120的背面的第二个RS232串联部分接受来自第二个串联电缆144的数据，该电缆连接在附加的血液化学监视器150上。血液化学监视器150通过一个动脉监视线160接受传输患者的动脉血特定分量(component)的浓度的数据。血液化学监视器150测量血液分量的浓度和物理参数如pH，血红蛋白水平，动脉氧的不完全压力和动脉二氧化碳不完全压力。本领域的普通技术人员会意识到血液化学监视器150搜集的信息也可以用手工送入系统。例如，一个医生可由患者拿到血样并按照标准的分析确定血液化学监视器所测量的同样血液分量的浓度和物理参数。随后这些值可以通过键盘输入所公开的系统中。
动脉监视线160重复采集患者的血样并将这些样本传送到血液化学监视器150的传感器。一个优选的血液化学监视器为1-01型血液气体和化学监视器(VIA Medical Corporation，SanDiego，California)，它是一个自动化的系统，由一个动脉线采集血样，并分析血样的动脉血气体和血细胞比容，将血样送回患者。无论如何，其它相似类型的血液化学监视器预计可以同样地进行工作。在任何情况下，当血液化学监视器连接在系统上时，优选其可提供一个自动测量几个所需的输入值的装置。例如，由一个血液化学监视器提供的血细胞比容值在系统内利用在每一案例开始时输入的基准平均血红蛋白浓度(MCHC)被转换为血红蛋白。
将所有这些硬件部分连接在一起的是系统的软件。软件控制着由动脉压力线130采集的数据和血液化学监视器150。这些数据随后用以导出混合静脉血中的不完全氧压和其它充氧参数为医生提供一个实时的精确的读出数据。
更具体地讲，在一个优选实施例中软件由患者那里采集动脉压力数据并用这些数据确定患者的心输出量。实际上用于确定CO的方法不是决定性的，可以利用不同的装置获得相应的数据。于是，本领域的普通技术人员应该了解任何相对无创的心输出量测量设备都可以和本发明结合使用。在优选实施例中确定心输出量时可以利用Modelflow软件或采用诸如在授予Kraiden的美国专利第5,183,051号所描述的那些方法，这些都被引入作为参考。
随着CO的确定，优选地可以由血液化学监视器的输入来确定动脉的pH，血细胞比容(或血红蛋白)水平，PaO2，PaCO2和体温。这些值对确定动脉氧含量(CaO2)是有用的。该值可用以导出DO2，它是CaO2和CO的乘积。本领域的普通技术人员应该了解血液化学监视器可以在设定的时间点连续地采集患者的动脉血以识别血液的氧/化学水平的变化。如果由血液化学监视器所测量的任何值发生了变化，新值将传输到计算机从而确定一个新的动脉氧含量的值。
除了心输出量以外，患者的总的氧消耗量(VO2)可以使用本领域的普通技术人员所熟知的标准装置进行计算或确定。例如，诸如由Physio Medical Systems(Haarlem，Netherlands)生产的Physioflex系统，和由Sensormedics(Lorba Linda，CA)与PuritanBennett(Carlsbad，CA)生产的相似的系统都适合于计算氧消耗总量。
在任何情况下，在确定了VO2，心输出量(CO)，和动脉氧含量(CaO2)之后，本发明的软件将这些值运用于Fick方程从而可以确定混合静脉氧含量(CvO2)。这一过程将在以下作详细的说明。
一旦知道了CvO2，混合静脉氧压(PvO2)和混合静脉血液氧化血红蛋白饱和度(SvO2)即可导出。混合静脉pH和PCO2的值分别相对于动脉的pH和PCO2假定为一个常数(但是可以变动的)，其值以及Kelman方程中的其它变量被用来确定氧化血红蛋白分离曲线的位置。另外，用以计算PvCO2和PHv的算法可以使用。知道了Hb浓度，PvO2和SvO2二者即可导出以为CvO2(它包括了来自Hb，血浆和PFC的贡献)提供一个值，该值等于由Fick方程确定的CvO2的值。随后PvO2或SvO2的值实时地被校正，因此医生总会知道患者的充氧状态。以下将更为详细地说明实施这些功能的方法。
                   II.硬件综述
现在参照图2，示出了一个计算机系统155的实施例，该系统控制着周边的血液监视系统。系统155的运行可以是独立进行的或是作为计算机系统网络的一部分。系统155是一个集成的系统，它由患者处采集数据并将其输送给操作人员。
台式系统155包括在计算机160上在可由微软公司得到的MS-DOS6.2版本或再新一些版本的操作系统下运行的血液监视软件。尽管本实施例被描述为在个人电脑上使用的是MS-DOS的环境，但在其它实施例中可以使用不同的操作环境或不同的计算机或者二者都不相同。
在本发明的另一个实施例中，计算机160可以通过广域网(WAN)连接到其它医生或医院。由WAN连接到其它医疗机构可以对外科手术中的患者或在监护室中的患者的进程进行实时的观察。
再参照图2，优选的系统155包括一个计算机160，计算机具有一个以33MHz运行的最小为Intel 80486的微处理器或相似的微处理器。计算机160包括一个最小为四兆字节(MB)的RAM存储器(未示出)。系统155包括一个连接在处理器170上的硬盘驱动器165。硬盘驱动器165可选择为在网络的配置下，即，工作站使用一个硬盘或其它文件服务器中的储存设备。如果计算机是在独立配置下使用，硬盘驱动器165优选地为100兆字节或更多。
计算机160与一组计算机外部设备集合在一起，并连接到一个VGA(视频图像阵列)显示标准件上，或者再好一点，一个彩色图像监视器175，这是使用系统155的所有功能所必须的。一个与IBM AT型计算机相容的键盘180连接在计算机160上。一个指示设备185，例如一个两个或三个键的鼠标可以连接在计算机160上。推荐使用鼠标并不意味着排除使用其它的指示设备。
计算机160连接着一个打印机190以提供一种硬拷贝输出的方式，例如用于文件记录的打印输出。在这种配置的情况下，一个备份设备195，例如可由Colorado Memory System得到的Jumbo 250Mb盒式磁带备份部件，优选地连接在计算机160上。在单独配置的情况下，需要一个硬盘驱动器165或其它类似的设备。
在单独配置或作为一个网络的工作站之一的配置的另一个实施例中，系统155可以包括一个便携式计算机，诸如膝上型或笔记本电脑，例如可由AST Research得到的Premium Executive 386SX/20，或可由众多的销售商处得到的其它计算机。便携式计算机(未示出)使用与关于计算机160的说明中相似的部件进行配置。
本领域的普通技术人员应该理解，一个编程计算机也可以全部实施或在传统的系统中部分地实施。因此，对装置的选择不做任何限制。
                   III.软件综述
如上所述，本发明的系统和方法由患者处采集数据并实时地确定患者组织充氧参数。软件被用来控制这一过程。本领域的普通技术人员应该了解，所需的参数可以利用以众多语言中的任何一种写成的各种软件结构进行推导或显示。图3表明可以和所公开的方法与系统联合使用的一种可能的软件结构。
现在参照图3，在开始状态200，当使用者输送一个开始信号给系统时，过程即行开始。开始信号可以是敲击鼠标命令启动软件开始采集数据。在状态200接受开始命令以后，在状态202，由患者那里采集动脉压力数据。动脉压力数据优选地以本领域的普通技术人员所周知的标准装置通过将患者连接在一个动脉压力监视器上进行采集。
在状态202一旦由患者那里采集到数据，将在判定状态204做出“数据在范围之内”的判定。在这一阶段，软件将在状态202采集到的数据与已知的动脉压力值的适当范围相比较。动脉压力数据的适当范围是，例如，在70/40和250/140之间。
如果在处理步骤200中所采集的数据不在判定状态204中所规定的范围之内，或者如果动脉压力波不正常，在状态206启动一个错误/异常处理程序。状态206的错误处理程序使软件回到处理步骤202重新采集动脉压力数据。在这种情况下，不正确的动脉压力数据读数不会进入下面的程序。如果在处理步骤202采集的数据在判定状态204的适当范围之内，软件的指示器移到处理步骤208，它包含有采集动脉数据的指令。汇集的数据优选地应包括患者的体温，动脉pH，血红蛋白水平，PaO2和PaCO2。另外，数据优选地由一个连接着的血液化学监视器产生，监视器可以提供患者的血液气体水平，酸碱状况和血红蛋白状况的信息。在这些实施例中数据是通过由血液化学监视器到计算机的串联连接接受数据流来采集的。另外，相关的数值可由键盘手工输入的选择数据得到。
如前所述，血液化学监视器由患者那里连续地采集动脉血，优选地由每一个血样确定患者血液的几个特性。由血液化学监视器在处理步骤208所得到的相应于每一个特性的数据都进行检查使其在判定状态210中的范围之内。pH的适合的范围是7.15到7.65。血红蛋白水平的适合的范围是由0到16g/dL。PaO2的适合的范围是由50mmHg到650mmHg，而PCO2的适合的范围是由15mmHg到75mmHg。
在判定状态210如果对于每一个特定的变量数据并不在适合的范围之内，一个错误/异常处理程序在状态212被启动。状态212的错误/异常处理程序独立地分析在状态208采集的变量以确定其是否在范围之内。如果所选择的在状态208所采集的变量不在适合的范围之内，错误/异常处理程序212使软件指示器循环回到状态208从而可以采集到正确的数据。如果所选择的数据在判定框210的范围之内，软件随后根据前面在状态214得到的动脉压力数据导出CaO2和心输出量(CO)。
如所述，心输出量可由任意数量的方法所得到的动脉压力测量结果导出。例如，TNO Biomedical的Modelflow系统可由一个动脉压力信号实时地导出一个心输出量。其它方法，如上所述，也可在处理步骤214中使用以确定心输出量。一旦在处理步骤214中确定了心输出量值，患者总的氧传输量(DO2)可以在处理步骤215中导出。如前所述，总的氧传输量为心输出量与动脉血氧含量的乘积。该参数可选择为进行显示，如在判定状态217中所示，如果软件接到一个停止命令程序即行终止。无论如何，如果软件在判定状态217没有接到键盘或鼠标输入的停止采集数据，指示器指引程序进入处理状态216以导出另外的参数。特别是，处理状态216涉及患者的VO2的测量或输入。
患者的VO2可以使用前面所述的方法计算，通过将患者连接到一个适当的通气设备并通过例如上述的Physioflex系统测量其氧摄入量，或使用若干其它设备例如由Sensormedics和Puritan Bennett制造的系统。通过确定吸入和呼出的氧总量，通气设备可以计算出患者吸收的氧总量。在处理步骤216中确定了患者的VO2值以后，在状态218中这些变量被应用于Fick方程以提供一个实时的CvO2。上面已经提供了Fick方程。
一旦知道了CvO2，混合静脉氧化血红蛋白饱和度(SvO2)和混合静脉血氧分压(PvO2)即可在状态220中被导出。如在前面所说明的，混合静脉pH和PCO2假定分别与动脉pH和PaCO2具有一个恒定(但可变)的关系，这些值连同其它变量被用于Kelman方程以确定氧化血红蛋白解离曲线的位置。另外，可以导出算法以计算这些值。知道了Hb浓度，即可导出一个PvO2，随后它可提供一个总的CvO2(它包括来自Hb，血浆和PFC的贡献)，它等于由Fick方程确定的CvO2。若这个CvO2值和Fick方程不“吻合”，选择另一个PvO2值。重复这一处理直到Fick方程得到平衡从而知道了真正的PvO2。
本领域的普通技术人员应该了解相同的方程和算法可以用来推导，以及最好显示混合静脉血氧化血红蛋白饱和度SvO2。即，SvO2与PvO2紧密地相关并可由氧-血红蛋白解离曲线利用传统的技术很容易地导出。还应进一步了解如果临床医生有需要的话，如同PvO2一样，SvO2可用以监视患者的充氧状态并作为一个介入起动信号。如上所述，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度可单独使用或，更优选地与其它导出的参数一起使用。
在导出PvO2，SvO2或二者的值以后，该值或该几个值可以在步骤222中在计算机屏幕上显示出来。如果在判定状态224，软件没有接到键盘或鼠标输入的停止采集数据的命令，指示器使程序循环回到处理状态202重新开始采集动脉压力数据。在这种情况下，继续一个实时的数据循环，从而在状态222中患者的混合静脉血氧分压(PvO2)或饱和度(SvO2)不断地被校正和在计算机上被显示。如果在判定状态224软件接到来自键盘或鼠标输入的停止命令，则开始一个结束程序226。
                 IV.软件的实施
对于本领域的普通技术人员来说都会了解，可以有许多不同的方式实施本发明的软件。例如，诸如C++，Basic，Cobol，Fortran或Modula-2等程序语言都可用以将本发明的性能汇集在一个软件包内。说明本发明的软件的另一种方法是利用一种展开图表(spreadsheet)程序以实时地采集并确定患者的PvO2。以下将对该方法进行详细的说明。
下面的系统采用一个大的Microsoft EXCEL展开图表以采集患者的信息并显示所需的参数，包括PvO2，SvO2，DO2。在实时地接受心血管和充氧变量的输入之前，将一些充氧常数输入系统内。这些常数优选地包括患者的估计的血液容积，血浆中的氧溶解度和1g饱和的氧化血红蛋白中的氧含量。充氧常数随后被存储在计算机的存储器中以为下面的计算使用。
表1表示采集患者的数据并推导所需的充氧参数的值的一个Microsoft EXCEL展开图表的部分内容中的命令。该程序通过对整个软件需要使用的各种充氧常数赋予名称来设置初始值。在实施例中，一些充氧常数都被输进，这些充氧常数相应于血液容积(BV)，氧在全氟碳乳液中的溶解度(O2SOL)，任一种全氟碳(perfluorocarbon)乳液的比重(SGPFOB)，全氟碳乳液的血管内半衰期(HL)，全氟碳乳液的重量/容积(CONC)，海平面的气压表压力(BARO)，每克饱和血红蛋白中氧的毫升数(HbO)和每100ml血浆中在100mm水银柱下的氧的毫升数(PIO)。涉及全氟碳的常数在碳氟化合物血液代用品将给予患者的情况下应予输入。
表1为一个Kelman常数初始值的例子，一个充氧常数的子集合也示于其中。这些初始值用以进行以后的计算以导出患者的混合静脉充氧状态或其它所需的常数，例如，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度。和其它充氧常数一样Kelman常数也赋予如表1所示的名称。
              表1设定：                                                                                     开始时的值：
  7052.71.92＝1/2氧的生存期0.67601.340.3
血液容积(ml/kg)-BVPFB中O2的溶解度(ml/dl @ 37deg C)-O2SOLPFOB的比重-SGPFOB氧HT的血管内半衰期(小时)-HLPFOB乳液/100的重量/容积-CONC气压计压力 @ 海平-面BARO每克饱和的Hb的MIO2-HbO每100mmHg每100ml血浆的MI O2-HIOKELMAN常数                                                                                开始时的值
＝-8.5322289*1000＝2.121401*1000＝6.7073989*10＝9.3596087*100000＝·3.1346258*10000＝2.3961674*1000·67.104406
Ka1Ka2Ka3Ka4Ka5Ka6Ka7
在充氧常数，包括Kelman常数被赋予名称以后，可以开始实时地由动脉压力线和血液化学监视器输入并开始提供数据。如表2所示，在该实施例中所描述的系统推导或接受关于动脉氧化血红蛋白饱和度百分比(PaCO2)的数据。特别是，饱和度百分比是由动脉中有关氧压(PaO2)，pH(pHa)，二氧化碳压力(PaCO2)和体温(TEMP)的数据导出的。如果临床医生需要，本发明可提供SvO2值(如由计算的PvO2，pHv，PvCO2h和体温导出的)的实时显示，该值将用于监视患者的组织充氧状态。如前所述，在使用算法确定PvCO2和pHv时，PvCO2和pHv以一个固定的量分别与PaCO2和pHa的值相关。心输出量(CO)也同VO2一样进行输入。图4给出本方法和最后结果的一个示意的说明。
在Hb浓度，动脉血液气体和酸/碱参数被输入(自动地或手工操纵地)到程序中以后，在含有Hb的红细胞和血浆的状态中O2的供应和消耗变量均可确定。与PFC(使用血液代用品时)或基于Hb的携氧载体有关的变量也可确定。
再参照图4，用于计算CaO2的数字值与Hb浓度，动脉氧压(PaO2)，动脉二氧化碳压力(PaCO2)，动脉pH(pHa)和体温有关。氧-血红蛋白解离曲线的位置利用Kelman方程进行计算，在程序中它作为充氧参数输入。这些计算产生一个在O2的生理范围内与在这里被引入作为参考的Severinghaus(J.Appl.Physiol.1968，21：1108-1116)所推荐的原始曲线很难区分的曲线。如在图4中示意性地示出的，可以使用迭代法计算PvO2(通过SvO2)，这将使所需的Hb中的混合静脉氧含量，血浆和碳氟化合物满足Fick方程。
                        表2输入：                                             开始时：
血红蛋白(Gm/dl)-Hb 6
动脉氧化血红蛋白饱和度(％)-SaO2计算的动脉氧化血红蛋白饱和度(％)-SaO2CALC实际输入的SaO2值-SaO2USED ＝100*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2+Ka3)+Ka2)+Ka1))((SPaO2*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2+Ka7)+Ka6)+Ka5)+K＝IF(SaO2<>O，SaO2，SaO2CALC)
混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(％)-SvO2计算的混合静脉血氧化血红蛋白饱和度-SVO2CALCSVO2CALC实际输入的SvO2值-SvO2USED ＝100*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2+Ka3)+Ka2)+Ka1))(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2+Ka7)+Ka6)+Ka5)+K＝IF(SvO2<>O，SvO2，SvO2CALC)
动脉氧不完全压力(mmHg)-PaO2计算的″标准化的″PaO2-SpaO2实际输入的PaSO2值-PaSO2USED 100＝PaO2*10^((0.024*(37-TEMPUSED))+(0.4*(pHaUSED·7.4))+(0.06*(LOG10(40)·LOG10(PaCO2USED))))＝IF(PaO2<>O，PaO2，SPaO2)
动脉的pH-pHa标准的动脉pH-pHNORM实际输入的动脉pH-pHaUSED 7.4＝IF(PHa<>O，pHa，pHaNORM)
动脉PCO2-PaCO2标准的PaCO2-PaCO2NORM实际输入的动脉PCO2-PaCO2USED 40＝IF(PaCO2<>O，PaCO2，PaCO2NORM)
体温C-TEMP标准的体温C-TEMPNORM实际输入的体温C-TEMPUSED 37-IF(TEMP<>O.TEMP，TEMPNORM)
混合静脉氧不完全压力(mmHg)-PvO2计算的″标准化″PvO2-SPvO2 40.6819722973629＝PvO2*10^((0.024*(37·TEMPUSED))+(0.4*(pHvUSED-7.4))+(0.06*(LOG10(40)·LOG10(PvCO2USEO))))
输入：                                          开始时：
混合静脉pH-pHv标准静脉pH实际输入的混合静脉pH-pHvUSED 7.4＝IF(pHv<>O，pHv，pHvNORM)
混合静脉PCO2-PvCO2标准的混合静脉PCO2-PvCO2NORM实际输入的混合静脉PCO2-PvCO2USED 40＝IF(PvCO2<>O，PvCO2，PvCO2NORM)
心输出量(l/mm)-COCO对1gr Hb消耗d的响应-COCHG血管内氧HT的剂量(ml/kg)-PFB调整血管内氧HT浓度(ml/kg)的时间-TAPFB患者的体重(kg)-kg总的O2消耗(ml/min/kg)-VO2KG计算的血液容积(ml)-CBV计算输入总的O2消耗(ml/min/kg)-VO2 ＝I(14·amcglohim(gm/dl)*CO Response to 1 gram of Hb Oepletion)+50.7703＝BV*kg＝kg*VO2KG
                                          表3说明：                                                   计算：
血红蛋白中动脉O2含量(ml/dl)-CaO2Hb血浆中动脉O2含量(ml/dl)-CaO2PIPFB中动脉O2含量(ml/dl)-CaO2PFB动脉氧含量(ml/dl)-CaO2血红蛋白中混合静脉O2含量(ml/dl)-CvO2Hb血浆中混合静脉O2含量(ml/dl)-CvO2PIPFB中混合静脉O2含量(ml/dl)-CvO2PFB混合静脉氧含量(ml/dl)-CvO2SUM混合静脉氧含量(ml/dl)-CvO2混合静脉O2含量(ml/dl)-CvO2CALC2 ＝/(Hb*HbO*SaO2USED)(100)＝((PaO2*PIOI)100)＝((PFB*kg*CONC)/SGPFOB)/(kg*BV*0.011*((O2SOL*PaO2)/(100*BARO))＝(CaO2Hb+CaO2PI+CaO2PFB)＝((Hb*HbO*SvO2USED)/100)＝((PvO2*PIO)/100)＝((PFB*kg*CONC)(SGPFOB)/(kg*BV*0.01)*((O2SOL*PvO2)/(100*BARO))＝(CvO2Hb+CvO2PI+CvO2PFB)＝IF(CVO2SUM＞O，(CVO2SUM1，CvO2CALC2)＝CaO2-(VO2/(CO*10))
由血浆提供的VO2的百分率                                 ＝(由血浆中使用的O2/实际输入的总的O2消耗)*100由PFB提供的VO2的百分率                                  ＝100×(由全氟碳中使用的O2/实际输入的总的O2消耗由血浆和PFB提供的VO2百分率                              ＝100*((由血浆中使用的O2+由全氟碳中使用的O2)/实际输入的总的O2消耗)*100
                              表4说明：                                     输出：
总的氧传输(ml/min)-TDO2在血红蛋白中O2的传输(ml/min)-DO2Hb在血浆中O2的传输(ml/min)-DO2PI在全氟碳中O2的传输(ml/min)-DO2PFB ＝CaO2*CO*10＝(CaO2Hb)*CO*10＝CaO2PI*CO*10＝CaO2PF8*CO*10
计算总的O2消耗(ml/min)-VO2CALC实际输入总的O2消耗(ml/min)-VO2USED ＝(CaO2-CvO2)*CO*10＝IF(VO2<>O，VO2，VO2CALC)
由血红蛋白中使用的氧(ml/min)-VO2Hb由血浆中使用的氧(ml/min)-VO2PI由全氟碳中使用的氧(ml/min)-VO2PFB总的氧提取系数-OEC血红蛋白氧提取系数-HOEC ＝(CaO2Hb-CvO2Hb)*CO*10＝(CaO2PI-CvO2PI)*(CO*10)＝(CaO2PFB-CvO2PFB)*(CO*10)＝(CaO2-CvO2)/CaO2＝(SaO2USED·SvO2USED)/SaO2USED
基于所提供的数字值，程序可以计算并能实时地显示诸如PvO2和SvO2等充氧参数，如表2所示。如前所述，这些值可以帮助医生确定何时为患者输血或以其它方式改变对患者的临床治疗。重要的是，所显示的数值可以在施加了包括基于血红蛋白或全氟制剂在内的血液代用品之后，用来监测其生理效能。
表3和表4表示本发明可提供的附加的信息，这进一步说明了它的效用和适应性。特别是，表3提供了各种充氧值，这些值可以利用在这里所公开的方法进行计算，而表4提供了其它氧消耗量和氧发送量指标，这些指标对优化患者的治疗是很有用的。
表3的一个接近的检验表明，本发明的系统可用以提供在混合氧载体系统中不同组成部分的单独的氧含量。特别是，表3分别给出了循环血红蛋白，血浆和氟化制剂的动脉或静脉的氧含量的计算值。这些值当在外科手术中向血管内引入氟化制剂乳液的血液代用品时是特别有用的。
表4说明本发明还可用于提供有关氧消耗量和供给量的实时信息。如前所述，Hb或Hct的测量结果不见得合适地反映组织充氧情况。这主要是因为它们仅仅给出一个可能的动脉O2含量(CaO2)，而没有提供关于需要使用的组织的总的氧传输量(DO2)的信息。无论如何，如在表4中所见，本发明通过提供在线氧传输信息解决了这个问题，该信息是基于CaO2和心输出量(CO)推导出来的。
目前心输出量是利用热稀释法测量的，CaO2典型地通过测量动脉氧化血红蛋白饱和度(SaO2)和血红蛋白水平，并将这些值代入下面的方程算出的：CaO2＝((Hb×1.34×SaO2)+(PaO2×0.003)，其中(Hb)＝血红蛋白浓度(以g/dl计)；1.34＝完全氧化的血红蛋白每克的携氧量；PaO2＝动脉氧压；0.003为由血浆携带的氧量(每mm Hg氧压下每分升的量)。
本发明结合Kelman方程和连续地心输出量的算法提供了氧血红蛋白解离曲线的位置。通过在-线和离-线地输入体温，血红蛋白，和动脉血液气体，本发明能够在连续的基础之上趋向DO2。用于确定DO2的因素连同其乘积被显示出来；因此，使DO2降低的病因学(不适宜的心输出量，贫血，或缺氧)对医生来讲显然是很容易的，关于适当的介入的决定可以快速地做出，并且治疗的效果将是明显地和很容易达到的。
特别是，本发明的优选实施例可用以实时地提供和显示DO2，动脉血液气体，血红蛋白浓度和CO(和已经讨论过的所有其它血红蛋白数据如BP，心率，全身血管抗力，速率压力乘积和心脏的工作)。如表3所示，这些实施例还可以提供Hb，血浆和PFC(如果在循环之内)各自对DO2读数的贡献。即，每个分量的氧贡献可以精确地被监测并可通过任何治疗方式进行调整。该数据对在OR和ICU中为患者的充氧状况提供一个安全的缓冲方面特别有用。
最近的研究着重强调了对于某些患者在ICU中使DO2极大化的重要性。本发明还可以被用来确定何时需要提示介入，并提供为达到所需的效果所必须的数据。一旦知道了DO2，即可计算出能够支持某一个选定的(和可以改变的)PvO2值的最大的O2消耗量(VO2)。如前所述，该值可称之为可使用的氧(dDO2)。例如，对一个25岁的健康的患者可以选择一个36mm Hg的PvO2，而对一个患有广泛的动脉硬化或明显的冠状动脉粥样硬化或心肌局部缺血的老年患者需要一个42mm Hg或更高的PvO2。在麻醉的情况下氧消耗量是变化的，但差不多总是在1.5到2.5ml/kg/min的范围内。如果在选定的PvO2的情况下，可忍受的VO2远在该范围之上，一切都会很好而不需要介入。可忍受的VO2越接近正常的VO2范围，就应该越早地考虑介入。
这一关系可用以提供一个单值，基于可使用的氧(dDO2)对氧消耗量(VO2)，这将简化对患者的护理。如前所述，dDO2为能够在不完全静脉氧压(PvO2)之前供给的传输给组织的氧的数量，这隐含地意味着，组织的充氧压力低于一个确定的水平。因此，如果要求PvO2值不低于40(此一数值对于不同的患者是不一样的，这依赖于患者的健康条件)，DO2(也隐含着dDO2)必须保持在充足的水平。对于一个选定的PvO2的供/需比(dDO2/VO2)可以提供一个表明供给的氧数量足以保持所需的充氧状态的单一的值。例如，如果知道需要保持一个40的PvO2的dDO2为300ml/min，测量的(VO2)为200ml/min，于是为了患者的需要应该供以充足的氧。即，供/需比为300ml/min÷200ml/min或1.5。供/需比为1意味着PvO2(或其它选定的参数即SvO2)处于选定的起动信号值(在这里为40mmHg)。相反，如果dDO2(40)(可以提供的氧)为200ml/min，而VO2(氧消耗)为300ml/min，则比值为0.66，即患者没有接受到足够的氧(即PvO2将小于40)。对这一比值的连续监测和显示使临床医生可以随时观察该值趋于1并适当地进行介入。
                   实例1
为评估本发明计算PvO2的精度，在欧洲进行了中等规模研究，其中利用所公开的系统导出的PvO2的水平与直接测量的PvO2值进行了比较。在此项研究中，招收了17名接受外科手术的受验者并为其安放了一个动脉线和PA导管，得到了一系列的测量结果为利用本发明计算PvO2提供输入。在外科手术期间尽可能频繁地获取测量结果，这些结果是在复原室中的6小时期间内以30分的间隔在吸入氧(FiO2)水平的范围为0.4到0.8(以得到广范围的PvO2值)的情况下测量的。如所述，在本发明中用以确定PvO2的变量包括心输出量，动脉血红蛋白，血液气体，VO2，和体温。在此项研究中，连续的心输出量如前所述是在本系统内在-线地确定的(即使用Modelflo装置)；血红蛋白，动脉血液气体，和体温是利用标准技术测量并手工输入系统；手术中VO2利用PhysioFlex闭路麻醉机(Physio B.V.，Haarlem，The Netherlands)测量，并手工输入系统；手术后的VO2是由所公开的系统利用一种算法确定的，而PvCO2和pHv是在系统内利用通常可接受的动静脉在PCO2和pH的差值逼近计算的(PvCO2＝PaCO2+4；pHv＝pHa-0.03)。混合静脉血由肺动脉与动脉血样同时抽出，而PvO2，PvCO2和pHv利用标准的血气分析技术进行分析。由本系统导出的PvO2值与测量的和利用标准的方法和技术分析的值进行了对比。
图5，6和7表明由图形显示所反映出测量的和导出的PvO2值之间是紧密相关的。导出的PvO2值是利用VO2回归得出的。图5和6分别表示手术中和手术后得到的值。图7表示两组的值。
特别是，图形表明导出的值与利用传统的，但是高度有创的，方法所测量的值是非常紧密地接近的。于是，该实例表明本发明可用以提供整体的组织充氧水平的精确的指标而没有对患者健康状况的不利影响。
                    实例2
图8和9表示典型的系统以及与这里的技术相容的视频显示屏幕。在实施例中示出包括在系统内的一个血液化学监视器和动脉压力传感器。无论如何，应该了解所述的集成的系统是，但仅仅是，一个实施例，而与本发明相容的部件可以以多种不同的形式组装起来。
特别是，图8表示一个患者的监视系统800，包括组织充氧监视器801，血液化学监视器805和可操作地相互连接的一个动脉压力传感器(未示出)。系统800通过血液化学监视器连接器806与患者802可操作地相互连接起来。血液化学监视器连接器806在血液化学监视器805和血液化学采样器804之间传递信息，血液化学采样器与患者的循环系统以液体传导联系。采样器804由患者802处取出少量的血液样本，将其传递通过一列传感器并较快地将其返回循环系统。
如前所述，血液化学传感器805可以获得一个或多个相应的生理参数的数字值，例如血红蛋白浓度，动脉氧压，动脉pH和体温。由患者802处所获得的数据实时地被传送给组织充氧监视器801并显示在血液化学监视器显示器808上。本领域的普通技术人员应该了解血液化学采样器804是相对无创的。
组织充氧监视器801通过一个标准的视频显示终端提供的数据屏幕810显示无论是计算的还是由血液化学监视器805或动脉压力传感器获得的数据。尽管本发明的优选实施例中包括一个视频显示终端，但本领域的普通技术人员应该了解可以用许多其它的格式显示数据，例如，带式记录器或打印输出。在这种情况下数据屏幕810提供了多种不同区域范围来实时地显示与患者生理状况相对应的图形显示和数字值。
多种形式的标准数据被显示出来，例如血压，心输出量，体温，日期等。应予强调的是所述的屏幕仅仅是一个例证，待显示的数据的格式或选择是可变的并且优选地由临床医生选择。
在任何情况下数据屏幕810还提供了组织充氧数据，此前使用无创的方法是不能做到的。特别是，数据屏幕810提供了组织充氧区域812，其中显示了患者的混合静脉氧压(PvO2)。优选地，该数据差不多每秒钟都被校正并为临床医生连续地实时地提供患者充氧状态的指标。当然，应该了解任一(或所有的)所公开的充氧参数，包括总的氧传输量(DO2)，可使用的氧传输量(dDO2)，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)，不完全静脉氧压(PvO2)和供/需比(dDO2/VO2)，如果需要都可以显示。
显示屏幕810还可以指示循环中的个别的氧载体成分对充氧的贡献。特别是，分量变量814被显示出来以指示血红蛋白，血浆和任何被输入的血液代用品的相应的氧传输量。该数据在进行输血或改变循环介质成分的浓度时是特别有用的。
图9与图8基本相似，其中，尽管在所显示的数据方面有所不同，但是该装置的实施例包括了相同的组成部分。象这样的患者监视系统900包括组织充氧监视器901，血液化学监视器905和一个可操作地相互连接的动脉压力传感器(未示出)。系统900通过血液化学监视器连接器906与患者902可操作地连接在一起。血液化学监视器连接器906，血液化学监视器905和血液化学采样器904如前所述地进行工作。如同前面的系统一样，由患者902处得到的数据实时地传送到组织充氧监视器901并在血液化学监视器的显示器908上显示。同样地，组织充氧监视器901通过一个标准的视频显示终端提供的数据屏幕910显示数据。
尽管系统的物理特性是相同的，但显示的数据有所不同。最为重要的是，选择用作监视的充氧参数为总的氧传输量DO2而不是混合静脉氧压PvO2。即，尽管在图8和9中显示的数据多数是相同的(即血压，温度等)，组织充氧区域912现在在连续，实时的基础上显示DO2。如所述，最好使临床医生能够修改显示和按其愿望选择数据显示格式。于是，预期医生将能够，在任何时间，“卷动”显示或以另外一种方式选择要显示的任何或所有的组织充氧参数。
同样地，预期医生将能按照其愿望选择氧载体的分量变量的显示格式。在图9中这一性能表现为分量变量914现在显示个别的循环分量的总的氧传输量而不是如图8中所显示的混合静脉氧压。当然希望分量变量914能够用不同的充氧参数显示而不是在组织充氧区域912中显示的那一个。
如所说明的，本发明的系统使医生能够在手术或其它临床治疗中实时地确定患者的组织充氧状态。所提供的数据便于对可能产生的问题的识别和诊断以及对有效响应的选择。再者，对组织中氧状态的连续实时地监测可使氧传输量得到优化。在上述的典型实施例中，本发明使用了一个Microsoft EXCEL的展开图表。但是，一个本领域的普通技术人员能够用Modelflow系统或各种血液化学监视器汇集出上述图表而仍旧不超出本发明的范围。例如，用其它语言如C++，Cobol，Fortran和basic编写软件指令同样能够实现在这里所公开的EXCEL展开图表的功能。
因而，本领域的普通技术人员还应该了解本发明可以用其它特定的形式实施而不脱离其精神或核心的范围。在本发明的前面的描述中公开的仅是其典型的实施例，应该理解，其它的变型预期将会在本发明的范围之内。因此，本发明并不局限于在这里详细描述的特定的实施例。相反，所附的权利要求将作为本发明的范围和内容的参照。

Claims (34)

1.一种相对无创的方法，用以实时地确定指示患者组织充氧状态的一个或更多的充氧参数，所包括的步骤有：
将充氧常数存储于第一计算机存储器中；
实时地测量一个患者的心输出量值(CO)，其中心输出量值存储在第二计算机存储器中；
确定所说的患者的动脉氧含量(CaO2)；和
实时地计算患者的一个或更多的指示组织充氧状态的充氧参数。
2.根据权利要求1的方法，其中所说的一个或更多的充氧参数选自总的氧传输量(DO2)和可使用的氧传输量(dDO2)。
3.根据权利要求1的方法，还包括在所说的计算步骤之前将对应于所说的患者全身氧消耗量(VO2)的值存入第三计算机存储器中。
4.根据权利要求3的方法，其中所说的一个或更多的充氧参数选自总的氧传输量(DO2)，可使用的氧传输量(dDO2)，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)和混合静脉血氧压(PvO2)。
5.根据权利要求3的方法，还包括计算供/需比(dDO2/VO2)的步骤。
6.根据权利要求1的方法，还包括在一个视频显示器上显示所说的一个或更多的充氧参数的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其中所说的充氧常数包括一个或更多的对应于血液容积，血浆中氧的溶解度或所需单位的饱和氧化血红蛋白的氧含量的数字值中的至少一个。
8.根据权利要求7的方法，其中所说的数字值与心输出量水平的所说的测量值是同时确定的。
9.根据权利要求1的方法，其中动脉氧含量(CaO2)是利用与患者的血红蛋白浓度，动脉氧压(PaO2)，动脉二氧化碳压力(PaCO2)，动脉pH或体温相对应的一个或更多的数字值确定的。
10.根据权利要求1的方法，其中所说的第一计算机存储器是一个随机存取存储器。
11.根据权利要求1的方法，其中所说的第二计算机存储器是一个随机存取存储器。
12.根据权利要求3的方法，其中所说的第三计算机存储器是一个随机存取存储器。
13.根据权利要求1的方法，其中所说的确定步骤使用了一个血液化学监视器。
14.根据权利要求4的方法，其中所说的计算步骤包括应用Fick方程。
15.一种相对无创的装置，用以实时地确定指示患者组织充氧状态的一个或更多的充氧参数，所说的装置包括：
用以存储充氧常数的第一计算机存储器；
来自相对无创源、实时地反映患者的心输出(CO)值的输入，其中所说的心输出量值存储在第二计算机存储器中；
用以获得所说的患者的动脉氧含量(CaO2)并将所说的动脉氧含量存储在第三计算机存储器中的第一套指令；
用以实时地计算一个或更多的指示患者组织充氧状态的充氧参数的第二套指令。
16.根据权利要求15的装置，其中所说的一个或更多的充氧参数选自总的氧传输量(DO2)和可使用的氧传输量(dDO2)。
17.根据权利要求15的装置，还包括第三个指令用以将相应于所说的患者全身氧消耗量(VO2)的值存储在一个第四计算机存储器中。
18.根据权利要求17的装置，其中所说的一个或更多的充氧参数选自总的氧传输量(DO2)，可使用的氧传输量(dDO2)，混合静脉血氧化血红蛋白饱和度(SvO2)和混合静脉血氧压(PvO2)。
19.根据权利要求17的装置，其中所说的第二个指令包括用以计算供/需比(dDO2/VO2)的指令。
20.根据权利要求15的装置，其中所说的充氧常数包括一个或更多的相应于血液容积，血浆中氧的溶解度或在所需单位的饱和氧化血红蛋白的氧含量的数字值。
21.根据权利要求15的装置，其中所说的第一个指令包括利用对应于患者的血红蛋白浓度，动脉氧压(PaO2)，动脉二氧化碳压力(PaCO2)，动脉pH或体温的数字值获得动脉氧含量(CaO2)。
22.根据权利要求18的装置，其中所说的第二个指令包括解Fick方程。
23.根据权利要求15的装置，其中所说的第一计算机存储器是一个随机存取存储器。
24.根据权利要求15的装置，其中所说的第二计算机存储器是一个随机存取存储器。
25.根据权利要求15的装置，其中所说的第三计算机存储器是一个随机存取存储器。
26.根据权利要求17的装置，其中所说的第四计算机存储器是一个随机存取存储器。
27.根据权利要求15的装置，其中计算机存储器为一个硬盘。
28.根据权利要求15的装置，其中所说的输入设备包括一个动脉压力线。
29.根据权利要求15的装置，其中所说的第一个指令存储在一个血液化学监视器中。
30.根据权利要求15的装置，其中所说的第一个指令包括应用Kelman方程。
31.根据权利要求15的装置，其中所说的第一个指令包括用以由键盘输入获得一个或更多的对应于患者的血红蛋白浓度，动脉氧压(PaO2)，动脉二氧化碳压力(CO2)，动脉pH或体温的数字值的指令。
32.根据权利要求15的装置，其中所说的第一个指令包括用以由一个血液化学监视器获得一个或更多的对应于患者的血红蛋白浓度，动脉氧压(PaO2)，动脉二氧化碳压力(CO2)，动脉pH或体温的数字值的指令。
33.一种相对无创的用以实时地监测患者的组织充氧状态的方法，其中包括供/需比(dDO2/VO2)的确定。
34.一种相对无创的用以实时地确定患者的组织充氧状态的装置，其中所说的装置包括用以确定供/需比(dDO2/VO2)的指令。
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