KR19990022493A - 혈중 산소 농도 측정용 시스템 - Google Patents

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글렌 로즈
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로스 데도르 디.
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Abstract

본원에는 환자의 혼합 정맥성 산소 부분압을 실시간 내에 계산하기 위한 시스템과 소프트웨어가 기술되어 있다. 이러한 시스템은 의사가 환자에게 혈액을 수혈하는 시기나 환자의 임상적 관리 변경 시기를 정확하게 결정해주기 위한 온라인 시스템을 이용하여 의사를 보조하기 위하여 컴퓨터, 동맥압선 및 혈액 화학 모니터를 이용한다.

Description

혈중 산소 농도 측정용 시스템
현대 의료 행위시 의사들을 괴롭혀온 한 가지 문제점은 미생물 침입이 진행되는 것에 의지하지 않고서도 환자 조직의 산소 포화 상태를 어떠한 방식으로 정확하게 측정할 수 있는냐 하는 것이다. 이는 의사가 환자에게 약물을 투여하는 시기나 더 많은 양의 혈액을 수혈하는 시기를 정확히 인지할 필요가 있기 때문에 수 많은 의학적 조처를 수행하는데 있어서 중요하다. 환자 조직의 산소 포화 상태가 낮으면, 의사는 보다 많은 양의 혈액을 수혈하거나 기타 산소 담체를 주입하여 산소 수송율을 증가시키고 싶어 할 수 있다. 현재, 대부분의 의사들은 외과 수술 중인 환자의 혼합 정맥혈의 산소 포화 상태를 직접적으로 측정해 주는 폐동맥 카테테르삽입법에 의존하고 있다. 그 다음에, 수술의는 환자 조직이 측정된 혈중 산소 함량으로부터 얼마만큼 잘 산소화되는지를 추론한다.
정맥혈중의 산소 부분압(PO2)과 조직 사이에는 평형이 존재하기 때문에 의사는 혼합 정맥혈중 산소 부분압(PvO2, 또한 혼합 정맥혈중 산소 장력으로 공지되기도 함)을 알고 있음으로써 환자 조직의 산소 상태를 추론할 수 있다. 동맥혈이 조직 내로 통과되기 때문에, 조직 내로 유입되는 세동맥 내 혈액의 PO2와 조직 자체 간에 부분압 구배가 존재하게 된다. 이러한 부분압 구배로 인해, 산소가 적혈구 중의 헤모글로빈으로부터 방출되고 또한 혈장 내 용액으로부터 방출된 다음, 이로써 방출된 O2가 조직내로 확산된다. 모세혈관 원주의 정맥성 말단으로부터 유출되는 혈액의 PO2는 모세혈관이 통과되는 조직의 디지털(정맥성) 말단에서의 PO2를 철저히 반영한 것 일 것이다.
정상 상태하에서는, 혈액 PO2가 모세혈관의 외부와 접촉하고 있는 간질성 유체의 PO2와 거의 동일하다. 혈액과 조직 간의 평형도는 모세혈관상을 통과하는 혈액의 통과 속도에 좌우될 수 있다. 혈액이 모세혈관상 내로 너무 신속하게 이동하는 경우에는, O2가 조직 내로 확산될 시간이 전혀 없을 수도 있다. 또한, 극도의 빈혈로 인해 산소 운반이 위급하게된 상태에서는, 혈중 산소 부분압과 조직간의 평형을 유지할 시간이 없을 수도 있다는 것이 강력하게 제시되었다. 이러한 상황으로 인해 예상된 PvO2보다 더 많은 PvO2가 야기될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 임상적 상황하에서는, 산소 공급과 수요 간의 전반적인 발란스를 모니터하기 위한 가장 신뢰할 만한 유일한 생리학적 인디케이터(indicator)가 바로 PvO2이라는 것이 통념으로 되어 있다. 앞서 논의된 바와 같이, PvO2를 결정하는 하나의 메카니즘은 폐동맥이 폐동맥판 내로 통과됨으로써 유입되기 전에 우심방과 우심실 내로 통과되는 폐동맥 카테테르의 삽입을 통해서이다.
전신 산소 수송과 운반을 충분히 파악하기 위하여, 하나의 카테테르를 환자의 폐동맥에 놓아두고 다른 하나를 말초 동맥에 놓아둔다. 그 다음, 각 카테테르로부터 혈액 샘플을 취하여 폐동맥 및 동맥혈중 산소 농도를 결정한다. 열희석 기술을 활용함으로써 폐동맥 카테테르를 이용하여 환자의 심장혈액 박출량을 수득할 수 있다. 공지된 온도하의 공지된 양의 멸균액을 우심방에 주입한 다음, 이로써 야기된 폐동맥 중의 혈액 온도 변화를 측정함으로써, 의사는 환자의 심장혈액 박출량을 결정할 수 있다. 이러한 조처들이 다소 정밀한 것으로 입중되긴 하였지만, 이들 조처 역시 상당히 침입적이다. 예를 들면, Swan-Ganz 열희석 카테테르(Baxter International, Santa Ana, CA)와 같은 장치의 사용으로 인해, 감염, 기혈흉증으로 인한 폐동맥성 출혈 및 기타 합병증 위험도가 증가될 수 있다.
환자 조직의 산소 포화 수준을 결정하는 또 다른 방법은 혈액 중에 순환하는 헤모글로빈의 농도를 측정하는 것이다[참조: P.Lundsgaard-Hansen, Infusionstherapie(1989) 16:167-175]. 환자 혈액 1데시리터당 헤모글로빈 농도가 높은 경우, 의사는 환자가 산소를 조직에 운반하기에 충분한 능력이 있는 것으로 추론할 수 있다. 수술 도중, 이러한 농도값은 종종 트리거(trigger, 유발요인)로서 사용되기도 하는데, 즉 상기 값이 특정 수치 이하로 떨어지면, 추가의 혈액을 환자에게 공급해야 한다.
불행하게도, 환자의 헤모글로빈 농도를 측정하는 것은 환자 조직이 얼마나 잘 실제적으로 산소화되는냐 하는 것에 대한 대략적인 어림치만을 산출해준다. 환자의 심장혈액 박출량 또한 헤모글로빈 농도를 조직 산소포화 상태와 상호연관짓는데 있어서 중요한 요인이다. 심장혈액 박출량 또는 CO는 단위 시간당 좌심실에 의해 대동맥 내로 분출된 혈액의 용량(ml/min)으로서 정의되고 열희석 카테테르를 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 환자에게서 내부 출혈이 있는 경우, 혈중 헤모글로빈 농도는 정상일 수 있으나, 혈액의 총 용량은 낮을 것이다. 이러한 상황하에서, 심장으로의 혈액의 불충분한 정맥성 복귀로 인하여, 심장혈액 박출량이 감소되어 조직에 대한 보다 나은 순환을 제공해 준다. 이러한 이유로 인해, 심장혈액 박출량과 같은 기타 파라미터를 측정하기 않고 단순히 혈중 헤모글로빈 양만을 측정하는 것은 환자의 실제적인 산소포화 상태를 평가하는데 있어서 항상 충분하지는 않다. 그러나, 이와 같은 사실에도 불구하고, 대부분의 의사들은 환자의 산소 포화 상태가 외과 수술 동안에 안정한지의 여부를 판단해주는 헤모글로빈 측정법에 여전히 의존하고 있는데, 이는 다른 방법들이 너무나 침입적이기 때문이다.
피크 방정식[Fick, A.Wurzburg, Physikalisch edizinische Gesellschaft Sitzungsbericht 16(1870)]은 환자의 총 산소 소모량에 대한 동맥성 산소 농도, 정맥성 산소 농도 및 심장혈액 박출량에 관한 것이며 다음과 같이 기록될 수 있다:
(CaO2-CvO2) x CO = VO2
상기식에서,
CaO2는 동맥성 산소 함량이고,
CvO2는 정맥성 산소 함량이며,
CO는 심장혈액 박출량이고,
VO2는 전신 산소 소모량을 나타낸다.
VO2수준은 흡식 및 혼합 배출된 산소와 환기 용량 간의 차이로부터 계산될 수 있다.
열희석 카테테르에 의존하는 것 대신 동맥혈압을 측정함으로써 심장혈액 박출량을 비-침입적으로 추론할 수 있는 다른 방법이 시도되었다. 예를 들면, 크라이덴(Kraiden) 등(미국 특허 제5,183,051호)은 동맥혈압을 지속적으로 측정하기 위하여 혈압 모니터를 사용하고 있다. 그 다음, 이들 데이터를 펄스 등고 곡선 웨이브형태로 변환시킨다. 이러한 웨이브형태로부터, 크라이덴 등은 환자의 심장혈액 박출량은 계산한다.
열희석시, 자가성 혈액 보존 섭생의 일부로서 계획적으로, 또는 정상혈액량은 유지하면서 외과적 출혈을 수반하게 되면, Hb 농도와 CaO2가 감소하게 된다. 적혈구 농도가 떨어짐에 따라, 전혈 점도가 감소하게 된다. 이러한 인자는 정맥혈 복귀의 동시적 증가와 함께, CO의 상승을 야기시킨다. 이러한 CO 증가로 인해 조직에 대한 O2수송이 증진된다(DO2). 이러한 생리학적 상쇄가 유발되는 정도는 주로, 적혈구 매스 감소에 대한 CO 반응에 의존된다. 몇몇 학자들은 Hb 농도 감소와 CO 증가 간의 관계는 직선이라고 결론지은 반면[참조: Fan et al., Am. J. Physiol, 1980; H545-H552; Robert and Gravlee, International Anesthesiology Clinics 1990 28(4):197-204], 다른 학자들은 이것이 곡선 관계를 따른다는 본래의 입장을 고수하고 있다[참조: Lundsgaard-Hansen, P., Vox.Sang. 1979, 36:321-336]. 그러나, 발견된 굴곡률은 극히 최소 수준이어서, 수 많은 연구자들은 직선 관계로 가정한 계산을 수행하게 되었다[참조: Hint, H. Acta Anaesthesiologica Belgica 1968, 2:119-138].
사람에 있어서, Hb 농도가 감소됨에 따라서 CO가 상승되는 정도는 Hb 0.25 내지 0.70L/min/g 감소로 다양할 수 있다. 따라서, 혈액희석에 대한 심장혈액 박출량은 환자 마다 상이하기 때문에, 이로 인해 혈액 내에서 부가의 산소 운반 능력이 요구되는 Hb 농도에 영향을 미치게 된다. Hb 감소에 대한 CO 반응이 가변적일 수 있다는 것은 Hb 농도를 측정하는 것이 환자 조직의 산소포화 농도를 잘 반영하고 있지 않다는 하나의 이유이다. 적혈구 수혈에 대한 필요성도 또한 전신계 내성에 영향을 미치는 점도가 가변적이 되도록 만드는 혈관음, 및 낮은 Hb 농도에서도 작용하는 심근층의 능력과 같은 요소에 따라서 결정된다.
적절한 혈액희석 동안, 심근성 혈류는 총 CO 보다 더 비례적으로 증가하므로, 상당한 관상 아테롬성동맥경화증 징후가 없는 경우에는 심근성 허혈증이 전혀 일어나지 않는다. 그러나, 수술후의 낮은 헤마토크릿트(Hct) 수치는 전신성 아테롬성동맥경화증이 있는 환자의 수술후 허혈증과 연관이 있을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 헤마토크릿트는 전형적으로 혈액 샘플을 원심분리 시킨 후 충전 적혈구의 용량%로서 정의된다. 수 많은 연구자들이 임계 Hct 수치를 정의하기 위하여 시도하여 왔지만, 대부분의 학자들은 실험적 자동 수혈 트리거가 Hb를 근거로 하든 Hct를 근거로 하든지 간에 이를 피해야만 하며 적혈구 수혈은 개개의 환자에 맞추어 이루어져야만 한다는 것에 대체로 동의한다. 따라서, 수혈 트리거는 예정된 어떠한 수치에 의해서가 아니라 빈혈에 대한 환자 자신의 반응에 의해서 활성화되어야만 한다. 사실상, 마취 중인 환자의 경우, 위험 수준이 아니면 헤모글로빈 농도와 독립적으로 수혈이 지시되지 않아야 한다고 권장하고 있다.
PvO2가 환자 안전성과 관련하여 합리적인 인디케이터로 허용되는 경우에는, 이러한 파라미터의 안전성 수준이 성립되는 시점에 대한 의문이 야기된다. 동물 모델에 있어서 임계 산소 운반 농도에 관한 많은 양의 데이터가 존재하긴 하지만, 임계 PvO2가 임상적 상황에 적용되어도 좋다는 것을 지시할 만한 것은 없다. 입수용이한 데이터는 상기 농도가 극도로 가변적일 수 있다는 것을 지시하고 있다. 예를 들면, 심폐 바이패스(bypass)가 이제 막 진행되고 있는 환자에 있어서, 임계 PvO2는 약 30mmHg 내지 45mmHg로 다양하였으며[참조: Shibutani et al., Crit. Care Med. 1983, 11(8):640-643]; 후자 수치는 건강이 좋은 정상 환자에서 발견된 수치의 범주내에 있다. 더욱이, 조직 내의 혈액을 옆으로 돌리는 것은 패혈성 쇽 상태의 환자에게서 발견되는 바와 같이 PvO2농도의 상승을 유발시킬 것이며, 결과적으로 O2공급 의존적이 될 것이다[참조: Moshenifar et al., CHEST 1983, 84(3):267-271].
35mmHg 이상의 PvO2값은 전반적인 조직 산소 공급이 적당하다는 것을 지시하는 것으로 간주할 수 있지만, 이는 본래대로 작용하는 혈관운동 시스템 가정에 대한 암시적인 것이다. 이러한 PvO2수준은 심폐 기능이 우수한 환자에게서 약 4g/dL의 Hb하에 도달된다. 외과 수술시, 안전성에 관해서는 폭넓은 여지를 남겨두는 것이 필요하고 산소 역학에 관한 한은 환자가 명백하게 양호한 상태를 보이는 PvO2수혈 트리거를 선별하는 것이 아마도 최선의 방법이다. 실제적으로, 특정 환자만이 폐동맥 카테테르를 이용하여 모니터될 것이다. 따라서, PvO2는 모든 환자에 대해서 이용 가능하지는 않을 것이며, 대다수의 환자들을 대상으로 해서는 불완전한 Hb 농도 트리거를 사용하여 모니터하고 있다.
과거에는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 노력들이 성공적이지 못하였다. 예를 들면, 문헌[참조:Faithfull et al., Oxygen Transport to Tissue XⅥ, Ed. M. Hogan, Plenum Press, 1995, pp.41-49]에는 각종 상태하에서 조직의 산소포화 상태를 유도하기 위한 모델이 기술되어 있다. 그러나, 이러한 모델은 수술의가 각종 심장혈관성 또는 물리적 파라미터를 변화시키는 것이 조직 산소포화에 대하여 어떠한 작용을 할 것인지를 파악하도록 해주는 정적인 시뮬레이션일 뿐이다. 실질적으로 발생될 수도 있는 동적 표시를 제공해주는 지속적인 데이터 획득과 평가에 관한 어떠한 규정도 만들어지지 않았다. 따라서, 상기와 같은 모델은 변화하는 임상적 상태하에서 환자 조직의 산소포화에 관한 실시간 측정치를 제공하는데 사용될 수 없다.
따라서, 환자의 PvO2를 실시간 내에 정확하게 평가해주는 시스템에 대한 필요성이 요망된다.
발명의 요약
각종 임상적 상태하에 있는 환자의 PvO2를 실시간 내에 예보해주는 시스템과 절차가 개발되었다. 이러한 시스템은 환자의 산소포화 수준에 대한 인디케이터로서, 종종 부적절한 것으로 밝혀진 헤마크릿트 또는 헤모글로빈 측정법을 유리하게 대체할 수 있다. 본원 전반에 걸쳐 옥시플로우(Oxyflow)로서 명명된 시스템은 예상치못하게도 PvO2의 실시간 계산치를 제공하기 위해 비교적 비-침입적인 다중의 환자 유도된 입력 정보를 이용한다.
목적하는 PvO2값을 유도하는데 있어서, 당해 시스템은 CO, 바람직하게는 환자로부터 나온 동맥압 신호로부터 유도된 CO를 측정한다. 모델플로우(Modelflow) 시스템(TNO-Biomedical Instrumentations, Amsterdam)과 같은 시스템은 본 발명과 연계하여 사용되어 실시간 내에 지속적으로 CO 측정치를 제공해줄 수 있다. 이러한 시스템은 또한 환자의 동맥성 산소 함량(CaO2)을 결정한다. 바람직하게는, 동맥혈중 기체와 헤모글로빈 농도를 지속적으로 측정할 수 있는 혈액 화학 모니터를 사용하여 CaO2를 결정하는데 필요한 측정치를 실시간 내에 제공해준다. 부가적으로, 환자의 산소 소모량(VO2)은 바람직하게는 기체 분석 또는 대사율에 의해 결정된다.
본 발명의 바람직한 양태가 혈액 화학 모니터 및/또는 혈압 트랜스듀서(tranducer)를 포함하고 있긴 하지만, 이들이 본원에 기술된 장치의 필수 구성 요소는 아니며 본원에 기술된 방법을 실시하는데 필요한 것이 아니라는 것을 인식해야만 한다. 예를 들면, 의사는 혈중 기체 농도, 체온 및 Hb 농도를 수동적으로 측정한 다음 이러한 정보를 키보드를 통하여 옥시플로우 시스템 내로 도입한다.
수득된 값(CaO2, VO2및 CO)으로부터, 본 발명은 피크 방정식((CaO2-CvO2) x CO = VO2)을 풀고 환자의 정맥성 산소 함량(CvO2)을 계산한다. CvO2가 결정되면, 켈만 방정식(참조: Kelman, J. Appl. Physiol, 1966, 21(4):1375-1376]과 같은 옥시헤모글로빈 해리 곡선의 위치를 계산하기 위한 연산을 사용하여 PvO2를 계산할 수 있다.
따라서, 본 발명의 한 양태는 환자의 PvO2를 실시간 내에 결정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은
산소포화 상수를 제1 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
환자의 심장혈액 박출량(CO)을 실시간 내에 측정하여 이러한 측정치를 제2 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
환자의 전신 산소 소모량(VO2)에 상응하는 값을 제3 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
환자의 동맥성 산소 함량(CaO2)을 결정하는 단계; 및
환자의 혼합 정맥혈 산소 장력(PvO2)을 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법에서 언급된 제1 컴퓨터 메모리는 임의 접근 메모리(RAM)이다. 유사하게, 상기 방법에서 언급된 제2 컴퓨터 메모리와 제3 컴퓨터 메모리는 또한 유리하게는 임의 접근 메모리이다.
다음에 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 산소포화 상수는 산소 담체의 물리적 특징이나 환자의 생리학적 특징과 주로 관련된 수치이다. 이러한 산소포화 상수로는 혈액 용량, 혈장 중의 산소 용해도 및 목적 단위의 포화된 옥시헤모글로빈의 산소 함량이 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
바람직한 양태에 있어서, 환자의 CaO2는 혈액 화학 모니터로부터 수득된 값을 이용하여 실시간 내에 결정될 것이다. 이러한 값은 전형적으로 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 체온에 상응하는 수치를 포함한다. 바람직하게는, 심장혈액 박출량 측정과 동시에 목적하는 값이 수득된다.
본 발명의 또 다른 양태는 환자의 PvO2를 실시간 내에 결정하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는
산소포화 상수를 저장하기 위한 제1 컴퓨터 메모리;
제2 컴퓨터 메모리에 저장된 환자의 심장혈액 박출량(CO)을 실시간 내에 반영하는 입력 정보;
환자의 전신 산소 소모량(VO2)에 상응하는 값을 제3 컴퓨터 메모리에 저장하기 위한 제1 명령;
환자의 동맥성 산소 함량(CaO2)을 수득하기 위한 제2 명령; 및
환자의 혼합 정맥혈 산소 장력(PvO2)을 실시간 내에 계산하기 위한 상기 메모리 내의 제3 명령을 포함한다.
이러한 양태를 위한 산소포화 상수는 앞서 언급된 바와 같다.
바람직하게는, 제1 컴퓨터 메모리, 제2 컴퓨터 메모리 및 제3 컴퓨터 메모리는 임의 접근 메모리들이다.
또한, 제1 컴퓨터 메모리는 또한 유리하게는 컴퓨터 하드 디스크일 수도 있다. 추가로, 심장혈액 박출량을 반영하는 입력 정보는 바람직하게는 동맥압선, 트랜스듀서 또는 압력 증폭기로부터 수득할 수 있다. 또 다른 바람직한 양태에 있어서, 제2 명령은 혈액 화학 모니터에 저장할 수 있다. 부가적으로, 제2 명령은 바람직하게는 피크 방정식의 적용을 포함한다. 바람직하게는, 제3 명령은 켈만 방정식에 의해 제공된 바와 같은 옥시헤모글로빈 해리 곡선의 위치를 계산하기 위한 연산을 사용한다.
바람직한 양태에 있어서, 제2 명령은 상기 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 체온을 수득하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 이러한 수치는 혈액 화학 모니터로부터 수득하거나 수동으로 도입할 수도 있다. 특히 바람직한 양태에서는 혈액 화학 모니터를 사용하여 심장혈액 박출량 측정치와 동시에 목적하는 값을 수득한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 잇점은 다음에 간단하게 기술될 도면과 연계하여 만들어진 바람직한 예시적 양태의 상세한 명세를 고려하여 당해 분야의 숙련인에게는 명백할 것이다.
본 발명은 말초 혈중 기체 농도를 측정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 언급하면, 본 발명은 환자의 혼합 정맥혈 중에서의 산소 부분압을 실시간 내에 측정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 컴퓨터, 변환기 박스, 혈액 화학 모니터 및 환자를 포함하는 옥시플로우 시스템의 다이아그램이다.
도 2는 옥시플로우 시스템을 수행하는 컴퓨터 시스템의 도식적 다이아그램이다.
도 3은 옥시플로우 시스템을 수행하는 전반적인 소프트웨어 프로그램을 상세히 설명해주는 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명의 선택된 양태에서 수행된 바와 같은 데이터 입력과 계산에 관한 도식적 다이아그램이다.
본 발명은 환자의 PvO2를 정확하게 예보하는데 사용될 수 있는 시스템과 옥시플로우라 불리우는 소프트웨어 프로그램에 관한 것이다. 이러한 시스템은, 예를 들면, 외과 수술시 의사가 혈액을 수혈하거나 혈액 대체물을 투여하기에 적절한 시간을 결정하는 것을 보조해 주기 위해 사용될 수 있다. 각종 임상적 상태하에서의 환자의 PvO2를 지속적으로 계산함으로써, 본 시스템은 조직 산소포화 수준의 인디케이터로서의 불완전한 헤모글로빈 측정법을 대체한다.
광범위한 국면에 있어서, 본 발명의 시스템은 바람직하게는 환자로부터 테이터를 모아서 PvO2의 실시간 계산치를 제공해준다. 중요하게는, 본 발명의 시스템은 환자 조직의 산소포화 수준을 측정하는 선행 기술의 측정법에 비해서 많은 장점을 지니고 있다. 예를 들면, 본 발명의 시스템은 PvO2를 결정하는데 있어서 폐동맥 카테테르삽입법과 같이 비교적 침입적이고 잠재적으로도 위험한 절차를 요구하지 않는다. 앞서 설명한 바와 같이, 폐동맥 카테테르삽입과 같은 침입적 과정은 환자에게 수 많은 합병증을 유발할 수 있다. 이러한 합병증으로는 감염과 기혈흉증으로 인한 출혈 발생 빈도 증가 및 상기와 같은 과정과 관련된 기타 합병증이 있다. 당해 시스템은 본 발명을 제공하기 위해 함께 작용하는 몇몇 구성 요소를 지니고 있다.
Ⅰ. 시스템 개략
바람직한 양태에 있어서, 옥시플로우 시스템은 심장혈액 박출량(CO)과 혼합 정맥성 산소 부분압(PvO2)에 대한 온라인의 실시간 모니터이다. 도 1을 참조로 하면, 옥시플로우 시스템(100)은 환자의 산소포화 상태와 관련된 실시간 데이터를 의사에게 제공해준다. 앞서 언급된 바와 같이, 당해 시스템은 폐동맥 카테테르삽입법과 같은 비교적 침입적인 진행에 의존하지 않고서 환자로부터 데이터를 수집함으로써 유리하게 작동된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 환자(110)는 환자의 동맥파를 모니터해주는 트랜스듀서(132)와 동맥압선(130)을 통하여 인터페이스 박스(120)에 연결되어 있다. 이러한 인터페이스 박스(120)는 직렬식 케이블(142)에 의해 컴퓨터(140)에 연결되는 RS232 직렬 포트(도시되지 않음)를 갖는다. 인터페이스 박스(120)는 또한 트랜스듀서(132)로부터의 동맥압 출력의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 아날로그-디지탈 (데이터) 변환기를 함유할 수도 있다. 이어서, 이러한 디지털 신호를 직렬선(142)을 통하여 컴퓨터(140)로 패스시킨다. 동맥압선(130)으로부터의 아날로그 신호를 RS232 직렬선 상으로 전송되는 2.5mV 리솔루션으로 100Hz에서 통상적으로 샘플링한 후, 컴퓨터 메모리에 보유된 버퍼 내에 저장한다. 샘플링된 신호를 상기 컴퓨터 메모리로부터 컴퓨터 하드 디스크 내로 간헐적으로 저장한다.
동맥압선(130)으로부터의 데이터를 사용하여 다음에 논의되는 바와 같이, 수축성, 확장성 및 평균 압력, 펄스 간격, 심박율, 심장에 대한 혈액 분출 시간 및 궁극적으로는 심장혈액 박출량을 계산할 수 있다. 또한, 대동맥 입력 임피던스의 시뮬레이션된 모델로부터 컴퓨터(140)를 이용하여 지속적인 대동맥 흐름 신호를 컴퓨터로 계산할 수 있다. 동맥압 신호로부터의 데이터를 이용하여 좌심실 박출량을 알아낼 수 있으며 이 후에 이러한 양을 각 심장 고동에 대하여 통합하여 전신계 혈관성 저항을 결정할 수도 있다. 이들 계산치를 상기 컴퓨터 메모리 내의 버퍼에 저장한 다음 컴퓨터 하드 디스크에 간헐적으로 저장한다. 다음에 논의되는 바와 같이, 심장혈액 박출량(CO)을 본 발명에 사용하여 환자의 PvO2를 결정한다.
인터페이스 박스(120) 이면 상의 제2 RS232 직렬 포트는 임의의 혈액 화학 모니터(150)에 연결시킨 제2의 직렬식 케이블로부터의 데이터를 수신한다. 혈액 화학 모니터(150)는 동맥성 모니터링 라인(160)을 통한 환자의 동맥혈의 특정 구성 요소의 농도에 의존하는 데이터를 수신한다. 혈액 화학 모니터(150)는 혈액 구성 성분의 농도와, pH, 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 부분압 및 동맥성 이산화탄소 부분압과 같은 물리적 파라미터를 측정한다. 당해 분야의 숙련인은 혈액 화학 모니터(150)에 의해 수집된 정보가 또한 당해 시스템 내로 수동으로 도입될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 의사는 환자로부터 혈액을 취하여 표준 분석법으로, 혈액 화학 모니터(150)로 측정된 바와 같은, 동일한 혈액 구성분의 농도와 물리적 파라미터를 결정할 수 있다. 그 다음, 상기 값을 키보드를 통하여 옥시플로우 시스템 내로 도입할 수 있다.
동맥성 모니터링 라인(160)은 환자의 혈액을 반복적으로 샘플링하고 이들 표본을 혈액 화학 모니터(150)의 센서로 보낸다. 한 가지 바람직한 혈액 화학 모니터는 VIA 1-01 모니터(VIA Medical, San Diego, CA)이다. 그러나, 기타 유사한 유형의 혈액 화학 모니터도 동일한 방식으로 작동된다.
이들 하드웨어 구성 요소 모두를 함께 타이핑하는 것이 옥시플로우 시스템 소프트웨어이다. 이러한 소프트웨어는 동맥압선(130)과 혈액 화학 모니터(150)로부터 수집된 데이터를 조절한다. 이어서, 이러한 데이터를 사용하여 혼합 정맥혈 중의 산소 부분압을 유도하여 의사가 실시간 내에 정확하게 판독 출력할 수 있게 해준다.
보다 구체적으로 언급하면, 옥시플로우 소프트웨어는 환자로부터 동맥압 데이터를 수집하고 이러한 데이터를 사용하여 환자의 심장혈액 박출량을 결정한다. CO를 결정하는데 사용된 실제 방법은 중요하지 않으며 각종 수단을 통하여 관련 데이터를 수득할 수 있다. 따라서, 당해 분야의 숙련인은 비교적 비-침입적인 어떠한 심장혈액 박출량 측정 장치도 본 발명과 연계하여 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 바람직한 양태에 있어서, 심장혈액 박출량 측정은 모델플로우 소프트웨어 또는 크라이덴의 미국 특허 제5,183,051호에 기술된 바와 같은 방법을 이용하여 이루어질 수 있다.
동맥 pH, 헤마토크릿트(또는 헤모글로빈) 농도, PaO2, PaCO2및 체온이 CO와 함께, 바람직하게는 혈액 화학 모니터 입력 정보로부터 결정될 수 있다. 이러한 값은 동맥성 산소 함량(CaO2)을 결정하는데 유용하다. 당해 분야의 숙련인은 혈액 화학 모니터가 지정된 시점에서 환자의 동맥혈을 지속적으로 샘플링하여 혈중 기체/화학 농도 변화를 동정할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 혈액 화학 모니터에 의해 측정된 값들 중 어떠한 값에서 변화가 발생할 경우, 새로운 값은 컴퓨터로 전송되어 새로운 동맥성 산소 함량이 결정될 수 있다.
심장혈액 박출량 이외에도, 환자의 총 산소 소모량(VO2)도 당해 분야의 숙련인에게 공지된 표준 방법을 통하여 추정되거나 결정될 수 있다. 예를 들면, 피지오 메디칼 시스템(HAARLEM, Netherlands)로부터의 피지오플렉스(Physioflex) 시스템을 사용하여 환자의 VO2를 측정할 수 있다.
어떠한 경우에서든지, VO2, 심장혈액 박출량(CO) 및 동맥성 산소 함량(CaO2)를 결정한 후, 본 발명의 소프트웨어는 이들 값을 피크 방정식에 적용하여 혼합 정맥성 산소 함량(CvO2)을 결정할 수 있게 한다. 이러한 과정은 다음에 보다 상세히 기술된다.
CvO2가 공지되면, 혼합 정맥성 산소 장력(PvO2)가 유도될 수 있다. 혼합 정맥 pH 및 PvCO2에 대한 값은 동맥 pH 및 PaCO2와 관련된 상수(그러나 변화가능함)를 각각 갖는 것으로 추정되며 이들을 기타 변수와 함께 켈만 방정식에 사용하여 옥시헤모글로빈 해리 곡선의 위치를 규정한다. Hb 농도를 알고난 후, PvO2을 유도한 다음, 피크 방정식으로부터 결정된 CvO2와 등가의 CvO2(Hb, 혈장 및 PFB로부터의 산출치를 포함함)를 제공해준다. 이어서, PvO2값을 실시간 내에 갱신하여 의사가 환자의 산소포화 상태를 늘 알수 있도록 한다. 이러한 기능을 수행하는 방법이 다음에 보다 상세히 기술되어 있다.
Ⅱ. 하드웨어 설명
도 2에는 말초 혈액 모니터링 시스템을 제어하는 컴퓨터 시스템(155)의 한 양태가 도시되어 있다. 시스템(155)은 독립적인 형태로 작동되거나 컴퓨터 시스템 네트워크의 일부로써 작동될 수 있다. 시스템(155)은 환자로부터 데이터를 수집하여 그 것을 조작자에게 제공하는 통합적인 시스템이다.
데스크 탑 시스템(155)는 컴퓨터(160)에서 마이크로소프트사의 MS-DOS 버전 6.2 이상의 오퍼레이팅 시스템에서 작동하는 옥시플로우 혈액 모니터링 소프트웨어를 포함한다. 상기 양태에서는 MS-DOS 환경의 퍼스널 컴퓨터를 사용하는 것으로 설명되었지만, 다른 양태에서 다른 오퍼레이팅 환경이나 다른 컴퓨터를 사용할 수도 있다.
본 발명의 대안적 양태에 있어서, 컴퓨터(160)는 광역 네트워크(WAN) 접속을 통해 다른 의사나 병원에 연결될 수 있다. 다른 의료 기관과의 WAN 접속을 통하여 외과수술중인 또는 집중치료 병동에 있는 환자의 진행상태를 실시간으로 검토할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제시된 시스템(155)은 최소한 33MHz로 동작하는 인텔 80486 마이크로프로세서나 그와 유사한 마이크로프로세서를 가진 컴퓨터(160)를 포함한다. 컴퓨터(160)는 최소 4 메가바이트(MB)의 RAM 메모리(도시되지 않음)를 포함한다. 시스템(155)은 프로세서(170)에 접속된 하드 디스크 드라이브(165)를 포함한다. 하드 드라이브(165)는 네트워크 구성에서는 선택적인 것이다. 즉, 워크스테이션은 파일 서버에서 하드 디스크 또는 다른 기억장치를 사용한다. 컴퓨터(160)가 독립적인 구성으로 사용되는 경우, 하드 드라이브(165)는 100 MB 이상인 것이 바람직하다.
컴퓨터(160)는 일단의 컴퓨터 주변기기와 통합되며, VGA(비디오 그래픽 어레이) 디스플레이 이상의 컬러 비디오 모니터(175)에 연결되는데, 이는 시스템(155)의 모든 특성을 이용하기 위해 필요한 것이다. IBM AT 타입 컴퓨터와 호환성이 있는 키보드(180)가 컴퓨터(160)에 연결된다. 2버튼 또는 3버튼 마우스와 같은 포인팅 장치(185)가 컴퓨터(160)에 연결될 수도 있다. 마우스를 사용하는 것이 다른 타입의 포인팅 장치의 사용을 배제하는 것은 아니다.
컴퓨터(160)는 프린터(190)에 연결하여 파일 기록을 위한 프린트 출력과 같은 하드 카피 출력을 발생시킬 수 있다. 이러한 구성에서는 콜로라도 메모리 시스템으로부터 구입가능한 점보 250Mb 카트리지 테잎 백업 유닛과 같은 백업 장치(195)가 컴퓨터(160)에 연결되는 것이 바람직하다. 독립형 구성에서는 하드 드라이브(165)나 다른 유사한 장치가 필요하다.
독립형 구성의 대안적 양태에서, 또는 네트워크 구성의 워크스테이션의 하나로서, 시스템(155)은 랩탑 또는 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨터, 예를들어 AST 리서치의 프리미엄 이그제규티브 386SX/20 또는 다양한 공급자로부터 구입가능한 다른 컴퓨터를 포함할 수 있다. 휴대용 컴퓨터(도시되지 않음)는 컴퓨터(160)와 연관하여 설명한 것과 유사한 부품이 설치된 것이다.
당해 기술분야의 숙련인이면 프로그래밍된 컴퓨터가 주문형 회로장치로 전부 또는 일부분이 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 그러므로, 선택된 구현예는 어떤 경우이던 제한적인 것으로 취급되어서는 아니된다.
Ⅲ. 소프트웨어 개략
전술한 바와 같이, 본 발명의 옥시플로우 시스템은 환자로부터 데이터를 수집하고 환자의 혼합 정맥혈중 산소 장력(PvO2)을 실시간으로 결정한다. 도 3를 보면, 사용자가 시작 상태(200)에서 시스템으로 시작 신호를 전달할 때 프로세스가 개시된다. 시작 신호는 소프트웨어가 데이터 수집을 시작하도록 하는 마우스 명령의 키스트로크일 수 있다. 상태(200)에서 시작 명령을 수신한 후, 상태(202)에서 환자로부터 동맥압 데이터가 수집된다. 동맥압 데이터는 당해 기술의 숙련자에게 공지된 표준형 수단을 통해 환자를 동맥압 모니터에 연결시켜 수집한다.
상태(202)에서 환자로부터 데이터가 수집되면, 결정 상태(204)에서 범위내의 데이터 인지 결정한다. 이 상태에서, 소프트웨어는 상태(202)에서 수집된 데이터를 동맥압 수치에 관한 공지된 적절한 범위와 비교한다. 동맥압 데이터의 적절한 범위는 예를들어 70/40 내지 250/140 사이에 있다.
프로세스 상태(200)에서 수집된 데이터가 결정 상태(204)에 프로그래밍된 범위내에 있지 않다면, 에러/제외 처리 루틴이 상태(206)에서 시작된다. 상태(206)의 에러 처리 루틴은 소프트웨어를 프로세스 단계(202)로 되돌려 동맥압 데이터를 재 수집한다. 이러한 방법에 의해 오류 동맥압 데이터 판독은 프로그램의 나머지 부분으로 통과되지 못한다. 프로세스 단계(202)에서 수집된 데이터가 결정 상태(204)의 적절한 범위내에 있다면, 소프트웨어 포인터는 동맥 데이터 수집을 위한 명령을 포함하는 프로세스 단계(208)로 이동한다. 바람직하게는, 수집된 데이터는 환자 체온, 동맥 pH, 헤모글로빈 농도, PaO2및 PaCO2를 포함한다. 설치된 혈액 화학 모니터에 의해 데이터를 수집하는 것이 바람직하다. 이러한 양태에서, 데이터는 혈액 화학 모니터로부터 컴퓨터로의 직렬 접속을 거쳐 데이터 스트림을 수신하여 수집된다. 대안적으로, 관련 수치는 키보드를 통해 수작업으로 입력된 데이터로부터 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 혈액 화학 모니터는 환자로부터 동맥혈을 계속적으로 샘플링하여 각 샘플로부터 환자 혈액의 몇가지 특성을 판정한다. 프로세스 단계(208)에서 혈액 화학 모니터로부터 얻은 각각의 특성에 상응하는 데이터는 결정 상태(210)에서 범위내에 있는지 검사된다. pH의 적절한 범위는 7.15 내지 7.65 이다. 헤모글로빈 농도의 적절한 범위는 0 내지 16g/dL 이고, PaO2의 적절한 범위는 50 mm Hg 내지 650 mm Hg이며, PCO2의 적절한 범위는 15 mm Hg 내지 75 mm Hg이다.
결정 상태(210)에서 데이터가 각각의 특정 변수에 대해 적절한 범위내에 있지 않다면, 에러/제외 처리 루틴이 상태(212)에서 시작된다. 상태(212)의 에러/제외 처리 루틴은 상태(208)에서 수집된 변수들을 독립적으로 분석하여 그 것이 범위내에 있는지 판정한다. 상태(208)에서 수집된 선택된 변수가 적절한 범위내에 있지 않다면, 에러/제외 처리 루틴(212)은 소프트웨어 포인터를 상태(208)로 되돌려 정확한 데이터가 수집될 수 있게 한다. 선택된 데이터가 결정 박스(210)에서 범위내에 있다면, 상태(214)에서 소프트웨어는 앞서 구한 동맥압 데이터로부터 심장혈액 박출량(CO)과 함께 CaO2수치를 유도해낸다.
전술한 바와 같이, 심장혈액 박출량은 임의의 방법을 통해 동맥압 측정치로부터 유도될 수 있다. 예를들어, TNO 바이오메디컬의 모델플로우 시스템은 동맥압 신호로부터 실시간으로 심장혈액 박출량을 유도해낼 수 있다. 전술한 바와 같은 다른 방법을 프로세스 단계(214)에서 사용하여 심장혈액 박출량을 결정할 수도 있다. 프로세스 단계(214)에서 심장혈액 박출량 수치가 결정되면, 상태(216)에서 환자의 VO2가 측정 또는 입력된다.
환자의 VO2는 전술한 방법을 사용하여 계산되거나, 적당한 송풍관을 환자에 연결시키고 전술한 피지오플렉스와 같은 시스템을 통해 환자의 산소 흡수량을 측정하여 측정될 수 있다. 산소 흡입 및 배출양을 결정함으로써, 환자가 소모한 산소의 전체 양을 계산하는데 송풍관을 이용할 수 있다. 프로세스 단계(216)에서 환자의 VO2가 결정된 다음, 상태(218)에서 변수들을 피크 방정식에 대입하여 실시간 CvO2를 제공한다. 피크 방정식은 앞서 제공되었다.
CvO2가 알려지면 혼합 정맥성 산소 장력(PvO2)이 상태(220)에서 유도될 수 있다. 전술한 바와 같이, 혼합 정맥성 pH 및 PCO2수치는 각각 동맥성 pH 및 PCO2와 일정한(그러나 변경가능한) 관계를 갖는 것으로 추정되며, 이들 수치는 다른 변수와 함께 켈만 방정식에서 사용되어 옥시헤모글로빈 해리 곡선의 위치를 결정한다. Hb 농도를 알고 PvO2가 유도되면 피크 방정식으로부터 결정된 CvO2와 동일한 전체 CvO2(Hb, 혈장, PFC로부터 산출된 것 포함)가 제공된다. CvO2수치가 피크 방정식에 적합치 않다면, 다른 PvO2수치가 선택된다. 이러한 프로세스는 피크 방정식이 균형을 이루고 PvO2가 알려질 때까지 반복된다.
환자 혈액의 PvO2를 유도한 다음, 그 것을 단계(222)에서 컴퓨터 스크린에 디스플레이한다. 소프트웨어가 결정 상태(224)에서 데이터 수집을 중단하라는 키보드 또는 마우스 입력을 수신하지 않았다면, 포인터는 프로그램을 프로세스 상태(202)로 되돌려 동맥압 데이터 수집을 다시 시작한다. 이러한 방법으로, 환자의 혼합 정맥성 산소 부분압이 지속적으로 갱신되고 상태(222)에서 컴퓨터에 디스플레이되도록 실시간 데이터 루프가 계속된다. 결정 상태(224)에서 소프트웨어가 키보드 또는 마우스 입력으로부터 중단 명령을 수신하면, 종료 루틴(226)이 시작된다.
Ⅳ. 소프트웨어 구현
본 발명의 소프트웨어를 구현하는 여러 가지 방법이 당해 기술자에게 공지되어 있다. 예를들어, C++, 베이직, 코볼, 포트란, 모듈라-2와 같은 프로그래밍 언어를 사용하여 본 발명의 특성들을 하나의 소프트웨어 패키지로 통합할 수 있다. 본 발명의 소프트웨어를 생성하는 대안적인 방법은 환자의 PvO2를 실시간으로 수집하고 결정하는 스프레드시트 프로그램을 이용하는 것이다. 이 방법을 아래에 상세히 설명하겠다.
후술하는 시스템은 환자로부터 정보를 수집하고 PvO2를 유도하기 위해 대형 마이크로소프트 엑셀 스프레드시트를 사용한다. 심장혈관성 및 산소포화 변수의 실시간 입력을 수신하기 전에, 다수의 산소포화 상수가 시스템에 입력된다. 이러한 상수에는 환자의 혈액 용량, 혈장내의 산소 용해도, 1g의 포화된 옥시헤모글로빈의 산소 함량을 포함하는 것이 바람직하다. 산소포화 상수는 추후의 계산에 사용하기 위해 컴퓨터 메모리에 저장된다.
표 1는 환자의 데이터를 수집하고 PvO2의 수치를 유도하는 마이크로소프트 엑셀 스프레드시트의 명령을 보여준다. 프로그램은 소프트웨어 전체에서 사용되는 각종 산소포화 상수에 이름을 지정하는 것으로 개시된다. 설명된 양태에서는, 혈액 용량(BV), 퍼플루오로카본 에멀젼의 산소 용해도(02S0L), 퍼플루오로카본 에멀젼의 비중(SGPFOB), 퍼플루오로카본 에멀젼의 정맥내 반감기(HL), 퍼플루오로카본 에멀젼의 무게/용량(CONC), 해수면의 기압(BARO), 포화된 헤모글로빈 그램에 대한 산소 밀리리터(HbO), 수은 100mm당 100ml 혈장에 대한 산소 밀리리터(PIO)에 대응하는 산소포화 상수가 모두 입력된다.
캘만 상수에 대한 초기 값의 한예, 산소포화 상수의 서브셋트가 또한 표 1에 제시되어 있다. 이들 초기 값은 나중의 계산법에 사용되어 환자의 혼합 정맥성 산소포화 상태를 유도한다. 기타 산소포화 상수의 경우와 같이, 켈만 상수 또한 표 1에 제시된 바와 같이 지정된 이름이다.
가정혈액 용량(ml/kg)-BVPFB 중 O2 용해도(ml/dl @37℃)-O2SOLPFOB의 비중-SGPFOB옥시겐트 HT의 정맥내 반감기(hr)-HLPFOB 에멀젼 Wgt/Vol-CONC기압계 @시 레벨-BAROMI O2/포화된 Hb 1g-HbOMI O2/혈장 100ml/100mmHg-HIO 초기 값7052.71.92=02의 1/2 반감기0.67601.340.3
켈만 방정식Ka1Ka2Ka3Ka4Ka5Ka6Ka7 초기 값=-8.5322289*1000=2.121401*1000=-6.7073989*10=9.3596087*100000=-3.1346258*10000=2.3961674*1000-67.104406
옥시겐트의 총 투여량(g/kg PFC)PFC의 1/2 반감기(hr) =PFB* 정맥내 옥시겐트 HT 투여량의 용량당 중량(ml/kg)=-0.038819+(1.6043*총 옥시겐트 투여량)+(0.248*총 옥시겐트 투여량 2)
켈만 상수를 포함하는 산소포화 상수의 이름을 지정한 후, 동맥압선과 혈액 화학 모니터로부터의 실시간 입력 데이터를 초기화하여 데이터 제공을 개시할 수 있다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 이러한 양태로 서술된 시스템은 동맥성 산소 포화율(SaO2)과 혼합 정맥성 산소 포화율(SvO2)과 관련된 데이터를 수신한다. 특히 포화율은 산소 장력에 대한 동맥성 및 정맥성 데이터(PaO2및 PvO2), pH(pHa 및 pHv), 이산화탄소 장력(PaCO2및 PvCO2) 및 체온(TEMP)으로부터 유도된다. 앞서 논의된 바와 같이, PvCO2및 pHv 값은 고정량을 근거로 해볼 때 각각 PaCO2및 pHa값과 관련이 있다. 심장혈액 박출량(CO)은 VO와 마찬가지로 또한 입력 데이터이다. 도 4는 이러한 절차와 이로써 생성된 데이터의 도식도이다.
Hb 농도, 동맥성 혈중 기체 및 혼합 정맥성 혈중 기체, 및 산/염기 파라미터를 프로그램 내로 도입(자동적으로 또는 수동적으로)하면, Hb를 함유하는 적혈구와 혈장 상(plasma phase) 모두에 대한 O2운반과 소모량 변수를 결정할 수 있다. 산소 담체를 근거로 하는 PFC 또는 Hb와 관련된 변수들을 측정할 수도 있다.
도 4를 다시 참조로 하면, CaO2계산에 유용한 수치는 Hb 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH(pHa) 및 체온에 관한 것이다. 옥시헤모글로빈 해리 곡선의 위치는 당해 프로그램에서 산소포화 상수로서 입력되는 켈만 방정식을 이용하여 계산한다. 이들 계산치는 O2장력의 생리학적 범위 전반에 걸쳐 세베링하우스(Severinghaus)[J. Appl. Physiol. 1966, 21:1108-1116]에 의해 제안된 모 곡선과 구별할 수 없는 곡선을 산출시킨다. 도 4에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 반복 과정을 수행하여 피크 방정식을 충족시키는데 요구되는 Hb, 혈장 및 플루오로카본 중의 혼합 정맥성 산소 함량을 제공해주는 PvO2를 계산할 수 있다.
입력 정보:헤모글로빈(Gm/dl)-Hb목적하는 말단 혈액희석 Hb-HbEND 초기 값:615
동맥성 산소 포화율(%)-SaO2계산된 동맥성 산소 포화율(%)-SaO2CALCSaO2에 대한 활성 입력정보값-SaO2USED =100*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2+Ka3)+Ka2)+Ka1))/(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2*(SPaO2+Ka7)+Ka6)+Ka5)+K=IF(SaO2〈〉0,SaO2,SaO2CALC)
혼합 정맥성 산소 포화율(%)-SvO2계산된 혼합 정맥성 산소 포화율(%)-SvO2CALCSvO2에 대한 활성 입력정보값-SvO2USED =100*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2+Ka3)+Ka2)+Ka1))/(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2*(SPvO2+Ka7)+Ka6)+Ka5)+K=IF(SvO2〈〉0,SvO2,SvO2CALC)
동맥성 산소 부분압(mmHg)-PaO2계산된 '표준화된' PaO2-SPaO2PaSO2에 대한 활성 입력정보값-PaSO2USED 100=PaO2*10^((0.024*(37-TEMPUSED))+(0.4*(pHaUSED-7.4))+(0.06*(LOG10(40)-LOG10(PaCO2USED))))=IF(PaO2〈〉0,PaO2,SPaO2)
동맥 pH-pHa정상의 동맥 pH-pHaNORM활성 입력정보 동맥 pH-pHaUSED 7.4=IF(pHa〈〉0,pHa,pHaNORM)
동맥성 PCO2-PaCO2정상의 PaCO2-PaCO2NORM활성 입력정보 동맥 PCO2-PaCO2USED 40=IF(PaCO2〈〉0,PaCO2,PaCO2NORM)
체온 ℃-TEMP정상 체온 ℃-TEMPNORM활성 입력정보 체온℃-TEMPUSED 37=IF(TEMP〈〉0,TEMP,TEMPNORM)
혼합 정맥성 산소 부분압(mmHg)-PvO2계산된 '표준화된' PvO2-SPvO2 40.6819722973629=PvO2*10^((0.024*(37-TEMPUSED))+(0.4*(pHvUSED-7.4))+(0.06*(LOG10(40)-LOG10(PvCO2USED))))
혼합 정맥 pH-pHv정상의 정맥 pH활성 입력정보 혼합 정맥 pH-pHvUSED 7.4=IF(pHv〈〉0,pHv,pHvNORM)
혼합 정맥성 PCO2-PvCO2정상의 혼합 정맥성 PCO2-PvCO2NORM활성 입력정보 혼합 정맥성 PCO2-PvCO2USED 40=IF(PvCO2〈〉0,PvCO2,PvCO2NORM)
심장 혈액 박출량(l/min)-COHb 결핍 1g에 대한 CO 반응정맥내 옥시겐트 HT 투여량(ml/kg)-PFB시간 Adj.정맥내 옥시겐트 HT 농도(ml/kg)-TAPFB =((1.4-Hb 결핍 1g에 대한 헤모글로빈(gm/dl)*CO 반응0.7
환자 체중(kg)-kg총 O2 소모량(ml/min/kg)-VO2KG계산된 혈액 용량(ml)-CBV계산된 입력정보 총 O2 소모량(ml/min/kg)-VO2출혈 속도(L/min)-BR교환 용량(ml)-EV 703=BV*kg=kg*VO2KG1100
기술: 계산치
헤모글로빈 중의 동맥성 O2 함량(ml/dl)-CaO2Hb =((Hb*HbO*SaO2USED)/100)
혈장 중의 동맥성 O2 함량(ml/dl)-CaO2PI =((PaO2*PIO)/100)
PFB 중의 동맥성 O2 함량(ml/dl)-CaO2PFB =((PFB*kg*CONC)/SGPFOB)/(kg*BV*0.01)*((O2SOL*PaO2)/(100*BARO)
동맥성 산소 함량(ml/dl)-CaO2 =(CaO2Hb+CaO2PI+CaO2PFB)
헤모글로빈 중의 혼합 정맥성 O2 함량(ml/dl)-CvO2Hb =((Hb*HbO*SvO2USED)/100)
혈장 중의 혼합 정맥성 O2 함량(ml/dl)-CvO2PI =((PvO2*PIO)/100)
PFB 중의 혼합 정맥성 O2 함량(ml/dl)-CvO2PFB =((PFB*kg*CONC)/SGPFOB)/(kg*BV*0.01)*((O2SOL*PvO2)/(100*BARO)
혼합 정맥성 산소 함량(ml/dl)-CvO2SUM =(CvO2Hb+CvO2PI+CvO2PFB)
혼합 정맥성 산소 함량(ml/dl)-CvO2 =IF(CVO2SUM 〉O,(CVO2SUM),CvO2CALC2
혼합 정맥성 O2 함량(ml/dl)-CvO2CALC2 =CaO2-(VO/(CO*10))
총 혈액 손실(ml)-TBL
유효한 자가성 Hb(g)-AHbA
제1 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA1 =C105
제2 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA2 =IF(OFFSET(Hb,0,8)〈=OFFSET(HbEND,0,8),**C106-C105)
제3 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA3 =IF(OFFSET(Hb,0,12)〈=OFFSET(HbEND,0,12),**C107,B106,B105)
제4 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA4 =IF(OFFSET(Hb,0,16)〈=OFFSET(HbEND,0,16),**C108,B107,B106,B105)
제5 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA5 =IF(OFFSET(Hb,0,20)〈=OFFSET(HbEND,0,20),**C109,B108,B107,B106,B105)
제6 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA6 =IF(OFFSET(Hb,0,24)〈=OFFSET(HbEND,0,24),**C110,B109,B108,B107,B106,B105)
제7 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA7 =IF(OFFSET(Hb,0,28)〈=OFFSET(HbEND,0,28),**C111,B110,B109,B108,B107,B106,B105)
제8 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA8 =IF(OFFSET(Hb,0,32)〈=OFFSET(HbEND,0,32),**C112,B111,B110,B109,B108,B107,B106,B105)
제9 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA9 =IF(OFFSET(Hb,0,36)〈=OFFSET(HbEND,0,36),**C113,B112,B111,B110,B109,B108,B107,B106,B105)
제10 유니트 중에서의 유효한 자가성 Hb(g)-AHbA10 =IF(OFFSET(Hb,0,40)〈=OFFSET(HbEND,0,40),**C113,B112,B111,B110,B109,B108,B107,B106,B105)
혈장으로부터 제공된 VO2 %PFB에 의해 제공된 VO2 %혈장 및 PFB에 의해 제공된 VO2 % =(혈장으로부터 사용된 O2/활성 입력 정보 총 O2소모량)*100=100*(퍼플루브론으로부터 사용된 O2/활성 입력 정보 총 O2소모량)=100*(혈장으로부터 사용된 O2+퍼플루브론으로부터 사용된 O2/활성 입력 정보 총 O2소모량)*100
총 산소 운반량(ml/min)-TDO2헤모글로빈 중의 O2 운반량(ml/min)-DO2Hb혈장 중의 O2 운반량(ml/min)-DO2PI퍼플로브론 중의 O2 운반량(ml/min)-DO2PFB =CaO2*CO*10=(CaO2Hb)*CO*10=CaO2PI*CO*10=CaO2PFB*CO*10
계산된 총 O2 소모량(ml/min)-VO2CALC활성 입력 정보 O2 소모량(ml/min)-VO2USED =(CaO2-CvO2)*CO*10=IF(VO2〈〉0,VO2,VO2CALC
헤모글로빈으로부터 사용된 산소(ml/min)-VO2Hb혈장으로부터 사용된 산소(ml/min)-VO2PI퍼플루브론으로부터 사용된 산소(ml/min)-VO2PFB총 산소 추출 계수-OEC헤모글로빈 산소 추출 계수-HOEC =(CaO2Hb-CvO2Hb)*CO*10=(CaO2PI-CvO2PI)*(CO*10)=(CaO2PFB-CvO2PFB)*(CO*10)=(CaO2-CvO2)/CaO2=(SaO2USED-SvO2USED)/SaO2USED
제공된 수치를 근거로 하여, 프로그램은 표 2에 나타낸 바와 같이 PvO2를 실시간 내에 계산하여 표시한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 수치는 의사가 환자에게 혈액을 수혈하거나 환자의 임상 관리를 변경하는 시기를 결정하는데 도움울 줄 수 있다.
표 3 및 4는 본 발명의 유용성과 적응성을 추가로 입중해주면서 본 발명에 의해 제공될 수 있는 부가적인 정보를 나타낸다. 보다 구체적으로 언급하면, 표 3은 본원에 기술된 방법을 이용하여 계산할 수 있는 각종 산소포화값을 제공하는 반면, 표 4는 환자 치료를 최적화하는데 유용한 산소 소모량과 산소 운반량에 관한 기타 지수를 제공해준다.
표 3의 보다 정밀한 연구는 본 발명의 시스템을 사용하여 혼합 산소 수반 시스템에서 상이한 구성분의 개개의 산소 함량을 제공할 수 있다는 것을 보여준다. 특히, 표 3은 순환하는 헤모글로빈, 혈장 및 플루오로화학물질 각각의 동맥성 또는 정맥성 산소 함량을 제시해주는 계산치를 제공해준다. 이러한 수치는 외과 수술과 연계하여 플루오로화학물질 예멀젼 혈액 대체물을 정맥내 주입할 경우에 특히 유용할 수 있다. 환자를 특정 Hb 농도로 혈액희석하기 위하여 제거해야만 하는 혈액의 양을 계산할 수 있고 혈액희석 과정시 제거된 개개인의 혈액 단위 내에 존재하는 Hb의 양이 또한 표 3에 제시되어 있다.
표 4는 본 발명이 산소 소모량과 운반량에 관한 정보를 실시간 내에 제공하는데 사용할 수 있다는 것을 예시하고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, Hb 또는 Hct 측정은 조직의 산소포화를 적절히 반영해주는 것이 아니다. 이는 주로, 이러한 측정이 O2가 사용되어야만 하는 조직에 O2(DO2)를 수송하는 것과 관련한 정보를 제공하지는 않으면서, 잠재적 동맥성 O2함량(CaO2)에 관한 지수만을 제시해주기 때문이다. 그러나, 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 CaO2와 심장혈액 박출량(CO)을 근거로 하여 산출되는 온라인 산소 수송 정보를 제공해줌으로써 상기와 같은 문제점을 해결해주고 있다.
보다 특히, 본 발명의 바람직한 양태를 사용하여 실시간 DO2, 동맥성 혈중 기체 및 CO( 및 BP, 심박률, 전신 혈관 저항 및 심장 작동과 같은 앞서 논의된 기타 모든 혈역학적 데이터)를 제공할 수 있다. 표 3에 제시된 바와 같이, 이러한 양태는 또한, DO2에 대한 Hb, 혈장 및 PFC(순환 내에 있는 경우)의 영향에 관한 별개의 판독 출력을 제공할 수 있다. 이러한 데이터는 환자의 산소 포화에 대한 안전한 완충물을 제공하기 위한 OR과 ICU 모두에 특히 유용할 것이다. 즉, 저산소증, 빈혈 또는 부적당한 CO로 인해 야기될 수 있는 DO2감소가 나타날 수 있고 이러한 감소에 대한 이유의 즉각적인 징후가 가시적으로 나타날 것이다. 따라서, 간호사는 지금까지 가능하여 왔던 보다 안정된 진단을 하면서도 훨씬 초기에 상기 상황을 교정하는데 적절한 조치를 취할 수 있다.
더욱이, ICU에 있어서 특정 환자에 대한 DO2를 최소화 것이 최근 연구에 의해 중요한 것으로 강조되었다. 본 발명은 이러한 조정이 필요한 시기를 결정하는데 사용될 수 있고 또한 목적하는 결과를 달성하는데 필요한 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다. DO2가 공지되면, 특정의 고정( 및 변경 가능한) PvO2를 지지할 수 있는 최대 O2소모량(VO2)을 계산할 수 있다. 예를 들면, 36mmHg의 PvO2는 건강한 25세 환자의 수치와 근접할 수도 있으며, 42mmHg 이상의 PvO2는 넓게 확산된 아테롬성동맥경화중에 걸리거나 관상 죽종 또는 심근성 허혈증상을 나타내는 나이 많은 환자에 대해 필요할 지도 모른다. 마취 상태하에서의 산소 소모량은 가변적일 수 있지만, 거의 항상 1.5 내지 2.5ml/kg/min의 범위 내에 있다. 선택된 PvO2에서의 지지 가능한 VO2가 상기 범위를 휠씬 상회하는 경우에는, 모든 환자가 양호한 것이며 조정이 필요하지 않을 것이다. 지지 가능한 VO2가 정상 VO2범위와 보다 근접할수록, 보다 초기에 조정하는 것이 고려될 수 있다. 외과 수술 중인 환자로부터 수집된 큰 VO2데이터베이스를 이용함으로써, 적당히 안전한 범위의 PvO2를 용이하게 결정할 수 있다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 시스템은 의사가 외과 수술중인 환자의 조직 산소포화 상태를 실시간 내에 결정하게 해준다. 더욱이, 본 발명은 조직 내의 산소 소모량을 온라인으로 모니터해주고 산소 수송을 최적화시켜 준다. 앞서 기술된 예시적 양태에 있어서, 본 발명은 마이크로소프트 엑셀 스프레드시트를 이용한다. 그러나, 당해 분야의 숙련인은 앞서 참조된 모델플로우 시스템을 이용한 스프레드시트를 통합할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, C++, 코볼, 포트란 및 베이직과 같은 기타 언어로 기록된 소프트웨어 명령이 또한 본원에 기술된 엑셀 스프레드시트와 유사한 기능을 수행할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 기술된 옥시플로우 시스템의 양태에 제한되지는 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위와 이의 타당한 등가 범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 산소포화 상수를 제1 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
    환자의 심장혈액 박출량(CO)을 실시간 내에 측정하여 이러한 측정치를 제2 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
    환자의 전신 산소 소모량(VO2)에 상응하는 값을 제3 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계;
    환자의 동맥성 산소 함량(CaO2)을 결정하는 단계; 및
    환자의 혼합 정맥혈중 산소 장력(PvO2)을 계산하는 단계를 포함하는, 환자의 혼합 정맥혈중 산소 부분압(PvO2)을 실시간 내에 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 산소포화 상수가 혈액 용량, 혈장 중의 산소 용해도 및 목적하는 단위의 포화된 옥시헤모글로빈의 산소 함량에 상응하는 수치인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 동맥성 산소 함량이 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 신체 온도에 상응하는 수치를 사용하여 결정되는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수치가 심장혈액 박출량 수준에 관한 측정과 동시에 결정되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제1 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제2 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제3 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결정 단계가 혈액 화학 모니터를 이용하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 계산 단계가 피크 방정식의 적용을 포함하는 방법.
  10. 산소포화 상수를 저장하기 위한 제1 컴퓨터 메모리;
    제2 컴퓨터 메모리에 저장된 환자의 심장혈액 박출량(CO)을 실시간 내에 반영하는 입력 정보;
    환자의 전신 산소 소모량(VO2)에 상응하는 값을 제3 컴퓨터 메모리에 저장하기 위한 제1 명령;
    환자의 동맥성 산소 함량(CaO2)을 수득하기 위한 제2 명령; 및
    환자의 혼합 정맥혈중 산소 장력(PvO2)을 실시간 내에 계산하기 위한 상기 메모리 내의 제3 명령을 포함하는, 환자의 PvO2를 실시간 내에 결정하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 산소포화 상수가 혈액 용량, 혈장 중의 산소 용해도 및 목적하는 단위의 포화된 옥시헤모글로빈의 산소 함량에 상응하는 수치인 장치.
  12. 제10항에 있어서, 제2 명령이 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 신체 온도에 상응하는 수치를 사용하여 동맥성 산소 함량을 수득하는 것을 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 제2 명령이 피크 방정식을 해결하는 것을 포함하는 장치.
  14. 제10항에 있어서, 제1 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 장치.
  15. 제10항에 있어서, 제2 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 장치.
  16. 제10항에 있어서, 제3 컴퓨터 메모리가 임의 접근 메모리인 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 컴퓨터 메모리가 하드 디스크인 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 입력 정보가 동맥압선인 장치.
  19. 제10항에 있어서, 제2 명령이 혈액 화학 모니터에 저장되는 장치.
  20. 제10항에 있어서, 제3 명령이 켈만 방적의 적용을 포함하는 장치.
  21. 제10항에 있어서, 제2 명령이 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 신체 온도를 키보드 입력 정보로부터 수득하기 위한 명령을 포함하는 장치.
  22. 제10항에 있어서, 제2 명령이 환자의 헤모글로빈 농도, 동맥성 산소 장력(PaO2), 동맥성 이산화탄소 장력(PaCO2), 동맥 pH 및 신체 온도를 혈액 화학 모니터로부터 수득하기 위한 명령을 포함하는 장치.
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