發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于控制灌注系統(tǒng)的參數(shù)的控制系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及包括封閉回路控制以在體外血氧合過程中維持血?dú)鈪?shù)的儀器和方法。

背景

某些醫(yī)學(xué)過程需要患者的心臟或肺保持平靜。為了外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)步驟，如心臟手術(shù)，這可能是必要的。在心臟不能循環(huán)血液或肺不能重新氧合血液或移除二氧化碳的同時(shí)，心肺儀用于維持生命，提供體外氧合以維持對患者的氧供應(yīng)。

近來，已經(jīng)探索體外氧合用于管理通過引起肺栓塞影響肺功能的病毒感染(如h1n1)?；加羞@種感染的患者可能需要長期通氣，在數(shù)周的范圍內(nèi)(通常20天，但在嚴(yán)重的情況下，需要通氣數(shù)月，例如多達(dá)180天)，從而有助于肺的治療和引流，并且在給患者的免疫系統(tǒng)機(jī)會以擊敗病毒感染的同時(shí)，允許肺休息和治愈。

氧和二氧化碳的分壓，po2和pco2，表示生理活性，并且，因此，對于體外氧合管理來說是令人感興趣的。本申請人的pct-公開的申請wo2012066280公開了用于確定作為進(jìn)入和離開通氣儀的二氧化碳co2的量等的函數(shù)的po2和/或pco2的方法和儀器。本申請人的英國專利申請?zhí)杇b1503805.2描述了用于確定作為氧合器中的氧攝取等的函數(shù)的氧分壓po2的方法和儀器。

本發(fā)明尋求提供用于通氣管理的改善的選項(xiàng)。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了控制由氧合器處理的血液中的一種或多種血?dú)庵档目刂葡到y(tǒng)，如權(quán)利要求1中所限定的。

所述控制系統(tǒng)適于體外灌注系統(tǒng)的氧合器，即，適于被配置用于通過將靜脈血暴露于來自氧合氣體供應(yīng)的氧產(chǎn)生動脈血的類型的氧合器。

所述控制系統(tǒng)包括用于確定動脈血中一種或多種血?dú)庵档乃降谋O(jiān)測布置，和響應(yīng)于該監(jiān)測布置的控制器，其中控制器被配置用于控制向氧合器的氧合氣體供應(yīng)的參數(shù)，從而將血?dú)庵抵械囊环N或多種向著預(yù)先確定的水平調(diào)節(jié)。

將理解，氧合器經(jīng)由外部供應(yīng)系統(tǒng)接收氧合氣體供應(yīng)。氧合氣體包含氧；其還可以由純氧組成。在氧合器中從氧合氣體到靜脈血的氧轉(zhuǎn)移取決于多種因素，如氧合氣體供應(yīng)的流量和氧合氣體供應(yīng)中氧分?jǐn)?shù)。

氣體供應(yīng)的未使用的氣體和過量氣體作為廢氣離開氧合器。廢氣的性質(zhì)可以指示氧合性能(例如，氧合器中血液攝取多少氧)。然而，基于廢氣性質(zhì)的推導(dǎo)的關(guān)于氧合性能的信息價(jià)值不高，因?yàn)檠鹾掀鞑皇菤饷艿?。不能必然假設(shè)離開氧合器接口的氣體僅由未使用的氧合供應(yīng)氣體構(gòu)成。

可以認(rèn)為響應(yīng)于監(jiān)測布置的控制器是封閉回路控制。這提供更加響應(yīng)的機(jī)制，用于將血?dú)庵稻S持在預(yù)先確定的水平。

盡管保灌注參數(shù)持恒定，但患者的血?dú)庵悼赡芨淖?。例如，患者的體溫或代謝活動可能改變。這樣影響氧消耗。因此，進(jìn)入灌注系統(tǒng)的靜脈血可能具有不同血?dú)庑再|(zhì)。在將動脈血提供給患者之前通過調(diào)整灌注參數(shù)以調(diào)節(jié)動脈血的血?dú)庵?，提供了以穩(wěn)定的、預(yù)先確定的水平或在預(yù)先確定的邊界內(nèi)向氧合的血液提供血?dú)庵档臋C(jī)制。

這改善了反應(yīng)次數(shù)(reactiontimes)。這減少了用于隨后施用給患者的制備的動脈血的供應(yīng)條件的波動。

在實(shí)施方案中，血?dú)庵蛋▌用}血中的氧分壓和/或動脈血中的二氧化碳分壓。

在實(shí)施方案中，控制器包括允許它改變供應(yīng)給氧合器的氧合氣體的組成的配置。

動脈血中的氧分壓可能受氧合氣體的組成影響，因?yàn)檠醴謮喝Q于供應(yīng)到氧合器中的氧合氣體的氧分?jǐn)?shù)fio2(并且還取決于氧合氣體的流量)。

在實(shí)施方案中，控制器包括允許其改變供應(yīng)給氧合器的氧合氣體的流量的配置。

動脈血中的二氧化碳分壓可能受氧合氣體的流量影響，因?yàn)槎趸挤謮喝Q于供應(yīng)到氧合器中的氧合氣體的流量。

在實(shí)施方案中，控制器被配置用于通過改變氧合氣體供應(yīng)的流量調(diào)節(jié)動脈血中的二氧化碳分壓。

在實(shí)施方案中，控制器被配置用于通過改變氧合氣體供應(yīng)中的氧分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)動脈血中的氧分壓。

通過改變氧合氣體中的氧分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)氧分壓在控制其他參數(shù)方面提供-些獨(dú)立性。例如可以改變流量以調(diào)節(jié)氧合氣體供應(yīng)中的二氧化碳分壓。

在實(shí)施方案中，控制器包括決策邏輯，所述決策邏輯用于確定血?dú)庵档乃胶皖A(yù)先確定的水平之間的差異，并且用于確定適于減少所述差異的氧合氣體供應(yīng)參數(shù)。

這允許反饋回路以相對于差異進(jìn)行響應(yīng)。這提供更加有響應(yīng)性的反饋機(jī)制。

在實(shí)施方案中，決策邏輯被配置用于通過計(jì)算表示適于減少所述差異的氧合氣體供應(yīng)參數(shù)的改變的偏移值來減少差異。

這還改善反饋回路的響應(yīng)性。

在實(shí)施方案中，預(yù)先確定的水平是預(yù)先確定的動脈血中的二氧化碳分壓，并且氧合氣體供應(yīng)參數(shù)包括適于減少所述差異的流量。

在實(shí)施方案中，預(yù)先確定的水平是預(yù)先確定的動脈血中的氧分壓，并且氧合氣體供應(yīng)參數(shù)包括適于減少所述差異的氧分?jǐn)?shù)。

在實(shí)施方案中，監(jiān)測布置包括允許它同時(shí)確定多種血?dú)庵档乃降呐渲谩?/p>

例如，監(jiān)測布置可以包括允許它同時(shí)確定動脈血中的氧分壓和動脈血中的二氧化碳分壓二者的配置。

動脈血中氧合氣體供應(yīng)條件和血?dú)鈪?shù)之間的關(guān)系可能是復(fù)雜的。例如，氧合氣體的流量的改變影響二氧化碳和氧的分壓。例如，如果要通過除氧分壓之外的量調(diào)節(jié)二氧化碳分壓，必需考慮這一點(diǎn)。同時(shí)測量多種血?dú)庵堤峁┯糜谠诳紤]對其他血?dú)庵档目赡苡绊懙耐瑫r(shí)確定要對于每種血?dú)庵涤?jì)算的調(diào)節(jié)參數(shù)的基礎(chǔ)。

在實(shí)施方案中，控制器被配置用于同時(shí)控制向氧合器的氧合氣體供應(yīng)的多個(gè)參數(shù)，以同時(shí)調(diào)節(jié)多種血?dú)庵档乃健?/p>

例如，可以以此方式配置控制器，從而同時(shí)調(diào)節(jié)動脈血中的氧分壓和動脈血中的二氧化碳分壓。

動脈血中的氧分壓可能受氧合氣體的流量和氧合氣體中氧分?jǐn)?shù)影響。動脈血中的二氧化碳分壓可能受到氧合氣體的流量影響。氧和二氧化碳的分壓可能同時(shí)受將氧合氣體的流量設(shè)置為適于調(diào)節(jié)二氧化碳分壓的水平和在該流量下將氧合氣體中的氧分?jǐn)?shù)設(shè)置為適于調(diào)節(jié)氧分壓的水平影響。

在實(shí)施方案中，監(jiān)測布置被配置用于在不接觸血液的情況下確定一種或多種血?dú)庵怠?/p>

使用本文中所述的血?dú)夥治鏊惴ê土骺刂葡到y(tǒng)，可以在不接觸血液的情況下確定血?dú)庵?動脈血中氧和/或二氧化碳的分壓)。

血?dú)庵档拇_定可以基于通過如下文所述的校準(zhǔn)步驟糾正的評估。

在實(shí)施方案中，監(jiān)測布置被配置用于連續(xù)確定一種或多種血?dú)庵怠?/p>

這改善封閉回路控制的響應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開了控制由氧合器處理的血液中的一種或多種血?dú)庵档姆椒?，如?quán)利要求15所限定的。

該方法適于體外灌注系統(tǒng)的氧合器，即，適于被配置為用于通過將靜脈血暴露于來自氧合氣體供應(yīng)的氧產(chǎn)生動脈血的類型的氧合器。

所述方法包括確定動脈血中一種或多種血?dú)庵抵械拿糠N的水平的步驟，并且響應(yīng)于所述水平控制向氧合器的氧合氣體供應(yīng)的參數(shù)，以將血?dú)庵抵械囊环N或多種向著預(yù)先確定的水平調(diào)節(jié)。

在實(shí)施方案中，確定一種或多種血?dú)庵档乃桨ūO(jiān)測動脈血中的氧分壓和/或動脈血中的二氧化碳分壓。

在實(shí)施方案中，該方法還包括改變供應(yīng)給氧合器的氧合氣體的組成。

在實(shí)施方案中，該方法還包括改變供應(yīng)給氧合器的氧合氣體的流量。

在實(shí)施方案中，該方法還包括通過改變氧合氣體供應(yīng)的流量調(diào)節(jié)動脈血中的二氧化碳分壓。

在實(shí)施方案中，該方法還包括通過改變氧合氣體供應(yīng)中的氧分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)動脈血中的氧分壓。

在實(shí)施方案中，該方法還包括確定血?dú)庵邓脚c預(yù)先確定的水平之間的差異，并且確定適于減少所述差異的氧合氣體供應(yīng)參數(shù)。

在實(shí)施方案中，該方法還包括計(jì)算表示適于減少所述差異的氧合氣體供應(yīng)參數(shù)的改變的偏移值，并且基于偏移值確定氧合氣體供應(yīng)參數(shù)。

在實(shí)施方案中，該方法還包括確定動脈血中的二氧化碳分壓水平和預(yù)先確定的動脈血中的二氧化碳分壓水平之間的差異，并且確定適于減少所述差異的氧合氣體流量。

在實(shí)施方案中，該方法還包括確定動脈血中的氧分壓水平和預(yù)先確定的動脈血中的氧分壓水平之間的差異，并且確定適于減少所述差異的氧合氣體氧分?jǐn)?shù)。

在實(shí)施方案中，該方法還包括同時(shí)確定多種血?dú)庵档乃健?/p>

在實(shí)施方案中，該方法還包括同時(shí)控制向氧合器的氧合氣體供應(yīng)的多個(gè)參數(shù)，以同時(shí)進(jìn)行多種血?dú)庵邓降恼{(diào)節(jié)。

在實(shí)施方案中，該方法還包括在不接觸血液的情況下確定一種或多種血?dú)庵怠?/p>

在實(shí)施方案中，該方法還包括連續(xù)確定一種或多種血?dú)庵怠?/p>

附圖描述

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其中：

圖1顯示用于確定動脈血中氧分壓的方法的步驟的示例性步驟序列，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；

圖2顯示示例性通氣系統(tǒng)的組件示意布局，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；

圖3顯示示例性通氣系統(tǒng)的氧合器，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；

圖4顯示用于圖3氧合器的示意性的流分析，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；

圖5顯示與通氣系統(tǒng)一起使用的氣體混合器，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；

圖6顯示混合器氣體供應(yīng)的示意性的流程圖，在此為了理解本發(fā)明的實(shí)施方案而描述它；和

圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于控制血?dú)馑降姆椒ǖ牟襟E的示例性序列。

描述

作為背景，氧合器是一種裝置，其被配置為用于接收氧合氣體和靜脈血，從而通過暴露于氧合氣體將血液再氧合，并且提供氧合的血液作為動脈血。未使用的氧合氣體作為廢氣排出，其還將攜帶任意的由血液給出的氣體。

本文中，氧合氣體相對于氧合器被稱為“入口氣體”。注意，在一些文獻(xiàn)中，相同的氧合氣體可能有不同的稱呼(例如相對于氣體來源稱為“排出氣”)。本文中，排出氣或廢氣表示離開氧合器的氣體。將參考下圖2至4更詳細(xì)描述氧合器設(shè)置。

確定氧分壓的理論和原理

對于理解一些實(shí)施方案來說，本文中所述的是分析血?dú)鈪?shù)的方法的一些非常規(guī)的變化形式，以更好地確定離開氧合器的動脈血的氧分壓。本文中，所述非常規(guī)的方法可以稱為“血液分析方法”。本文中公開的血液分析方法在申請人的共同未決的英國專利申請?zhí)杇b1503805.2中描述。

本發(fā)明認(rèn)識到動脈血中氧分壓的良好估計(jì)可以通過首先確定廢氣中氧分壓的初步估計(jì)并通過基于通過氧合器的血液的氧攝取調(diào)節(jié)該初步估計(jì)來獲得。血氧攝取可以利用光學(xué)傳感器確定。本文中，光學(xué)傳感器被認(rèn)為是非接觸傳感器，因?yàn)楣鈱W(xué)照射不需要與血液的物理接觸。

這允許在不需要將傳感器接觸(如clark電極)的情況下和不需要將外部造影劑注射入血液的情況下確定血液中的氧分壓。

確定經(jīng)由血氧攝取的po2

以入口氣體流量gi將氧合氣體(包括氧的氣體組分的混合物)供應(yīng)給氧合器，其中具有氧分?jǐn)?shù)fio2和二氧化碳分?jǐn)?shù)rico2。

在氧合器中，來自入口氣體的氧o2由血液攝取。剩余氣體作為廢氣通過排氣口(原則上是排氣口，因?yàn)檫€存在通氣接口，如下文解釋的)以廢氣流量ge離開氧合器。將需要了解廢氣ge中氧geo2的分?jǐn)?shù)feo2，因?yàn)檫@直接涉及廢氣中的氧o2的分壓po2ge和大氣(環(huán)境)壓patm。

po2ge＝feo2×patm(1)

feo2＝geo2/ge(2)

將對等的考慮應(yīng)用于廢氣ge中二氧化碳co2的分壓pco2ge。

pco2ge＝feco2×patm(3)

feco2＝geco2/ge(4)

在日常用語中，流量ge，geo2和geco2可以稱為“量”，但通常以l/min測量。feo2和feco2的分?jǐn)?shù)以百分?jǐn)?shù)給出。

其遵循，分壓po2ge可以通過確定量geo2(廢氣ge中的氧o2)相對于廢氣ge的比例來計(jì)算。

然而，氧合器外罩的排氣口處測量的廢氣流量ge不直接與離開氧合器內(nèi)氣-血界面(氣-血界面通常以中空纖維的形式提供)的總氣體相關(guān)，因?yàn)檠鹾掀鞑皇菤饷艿?。出于安全原因，氧合器外罩包括防止在排氣口阻塞的情況下壓力增加的通氣接口。所述壓力增加可能導(dǎo)致例如危及生命的氣血栓塞。因此，如果在氧合器排氣口測量，廢氣流量ge可能受通過通氣接口的氣流影響，并且將不必然提供離開氧合器內(nèi)的氣-血界面的總廢氣的精確表征。

本發(fā)明認(rèn)識到，可以確定廢氣ge中氧o2的分?jǐn)?shù)feo2為(a)作為入口氣體氧gio2供應(yīng)到氧合器中的氧和(b)在氧合器中血液攝取的氧之間的差異。氧合器中的氧攝取可以描述為動脈血beo2(以富含氧的狀態(tài)離開氧合器)中的氧量和靜脈血bio2(以氧-減少的狀態(tài)進(jìn)入氧合器)之間的差異。

因此，廢氣ge中氧o2的量geo2由供應(yīng)到氧合器中的氧量gio2和血液攝取的氧量(beo2-bio2)之間的差異描述。

geo2＝gio2-(beo2-bio2)(5)

現(xiàn)在接著考慮值gio2和(beo2-bio2)。

氧供應(yīng)gio2

氧o2的入口氣體流量gio2和二氧化碳co2的入口氣體流量gico2分別是總?cè)肟跉怏w流量gi的分?jǐn)?shù)fio2或fico2。氧相對大氣壓的分?jǐn)?shù)fio2和二氧化碳相對于大氣壓的分?jǐn)?shù)fico2分別決定氧或二氧化碳分壓，po2gi和pco2gi。

gio2＝gi×fio2(6)

fio2＝po2gi/patm(7)

gico2＝gi×fico2(8)

fico2＝pco2gi/patm(9)

等式6至9的右手側(cè)的因子可以如下測量：

gi可以通過壓降技術(shù)(流量越高，壓降越高)測量。為了提供說明性的實(shí)例，入口氣體流量可以使用質(zhì)量流計(jì)或任何其他適當(dāng)?shù)姆椒?，例如，文丘?venturi)管或孔板來測量。流量的單位通常是l/min(1min＝60秒)，但要理解也可以使用其他單位。

入口氣體中二氧化碳的分壓pco2gi可以利用光學(xué)(非接觸)傳感器測量，所述傳感器提供表示入口氣體中二氧化碳co2的分壓pco2gi的輸出值。fico2根據(jù)等式9計(jì)算。fico2是無量綱的，并且通常以百分?jǐn)?shù)給出。

入口氣體中的氧分壓po2gi可以利用原電池型氧傳感器測量。原電池型氧傳感器產(chǎn)生與入口氣體中的氧分壓成比例的電壓，并且因此與氧濃度和氣體壓力成比例。氧傳感器可以利用具有已知o2分?jǐn)?shù)的校準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)。例如，可以對于兩種校準(zhǔn)氣體獲得讀數(shù)，每種具有外部確認(rèn)的氧含量。第一校準(zhǔn)氣體可以具有21％的氧分?jǐn)?shù)(v/v，在空氣中)。第二校準(zhǔn)氣體可以具有100％氧(即，為了實(shí)際目的，純氧)。氧傳感器可以采用第一校準(zhǔn)氣體的第一o2傳感器讀數(shù)。氧傳感器可以采用第二校準(zhǔn)氣體的第o2傳感器讀數(shù)。也可以測量環(huán)境氣體壓力patm，從而可以在校準(zhǔn)傳感器時(shí)考慮這點(diǎn)。在操作中，因此傳感器讀數(shù)可與已知氧含量值的值相關(guān)，并且此外可以考慮環(huán)境氣體壓力。fio2是百分?jǐn)?shù)值。

patm可以，例如，通過從整合的傳感器直接測量來得到，和/或作為輸入?yún)?shù)提供。例如，patm可以在氧合器的入口或出口測量。典型的patm值在1013mbar(1atm)的區(qū)域內(nèi)。

用于測量總?cè)肟跉怏w流gi、入口氣體氧分?jǐn)?shù)fio2、和入口氣體二氧化碳分?jǐn)?shù)fico2的傳感器可以設(shè)置在傳感器單元中。傳感器可以整合在單個(gè)傳感器單元中。方便起見，傳感器單元可以安裝在氧合的器氧合氣體入口處。適于此目的的示例性的測量系統(tǒng)包括可從spectrummedicalltd，gloucester，gl29ql，england(本申請的申請人)得到的診斷監(jiān)測的spectrumsystemm(tm)系列。傳感器單元還可以包括用于測量大氣壓patm的傳感器。

血氧攝取(beo2-b1o2)

在向氧合器的氧供應(yīng)gio2較低的條件下，例如由于低fio2分?jǐn)?shù)和/或低入口氣體流量gi(稱為“吹掃(sweep)”)，患者對氧的使用可以足夠大以顯著降低氣體的氧含量。因此，為了保證用于評估geo2的算法可用于包括低氧供應(yīng)的方案在內(nèi)的寬范圍的臨床方案，可以通過考慮作為項(xiàng)beo2-bio2的患者的氧消耗獲得更精確的估計(jì)。

在氧合器中，氧合氣體和血液之間的氧o2交換取決于氧分壓po2、氧合氣體中的氧分壓、和血液中的分壓po2血液：較高的氣體氧分壓引起更多的氧溶解在血液中并且增加血氧分壓。在沒有其他影響的情況下，分壓將隨時(shí)間達(dá)到平衡。血液的顯著性質(zhì)是氧會被血紅蛋白結(jié)合。血紅蛋白-結(jié)合的氧和血氧分壓之間的關(guān)系復(fù)雜，并且血紅蛋白結(jié)合氧的性質(zhì)取決于各種因素，如溫度、壓力、血液ph等，為了簡單在本解釋中忽略它們。作為簡化，可以假設(shè)，一旦結(jié)合于血紅蛋白，氧分子不再直接促進(jìn)血氧分壓。因此，血液中的總氧量包括溶解在血漿中的氧(其決定血氧分壓po2血液)和結(jié)合于血紅蛋白的氧(其不促進(jìn)po2血液)。血紅蛋白高效結(jié)合氧，并且在生理血紅蛋白濃度，血紅蛋白-結(jié)合的氧量顯著超過血漿-溶解的氧。

為了確定動脈血beo2和靜脈血bio2，可以假設(shè)，與結(jié)合于血紅蛋白的氧相比，通過直接溶解在血漿中被從入口氣體帶走的氧可忽略。本發(fā)明認(rèn)識到，作為簡化，可以假設(shè)，入口氣體中的氧僅由于結(jié)合于血紅蛋白而減少。同樣，可以假設(shè)，氧合器內(nèi)部的血紅蛋白-結(jié)合的血氧的增加對應(yīng)于入口氣體氧的消耗。

給定體積的血液中結(jié)合于血紅蛋白的氧量取決于氧結(jié)合位點(diǎn)數(shù)，并且，因此，取決于每體積血液的血紅蛋白分子數(shù)和氧結(jié)合位點(diǎn)的氧飽和水平。因此，靜脈血bi中氧o2的量bio2和動脈血be中氧o2的量beo2可以表達(dá)為：

bio2＝hb×0.1551×q×4×svo2/100(10)

beo2＝hb×0.1551×q×4×sao2/100(11)

血流q、動脈氧飽和度sao2、靜脈氧飽和度svo2和血紅蛋白濃度hb的值可以通過非接觸測量得到(下文描述的實(shí)例)。常規(guī)地，bio2、beo2和q以l/min(1min＝60秒)提供，hb以g/dl(1dl＝0.1l)提供，并且sao2和svo2是百分?jǐn)?shù)。另外，一mol的血紅蛋白重64,458g。其遵循1g血紅蛋白包括0.01551mol，并且0.1551的因子允許將g/dl轉(zhuǎn)變?yōu)閙mol/l。在等式10和11中，因子4是可以結(jié)合于每個(gè)血紅蛋白分子的氧分子數(shù)。

血液流q可以通過任何適當(dāng)方法，例如，多普勒(doppler)流量計(jì)或通過確定蠕動滾動泵的正位移來測量。流量q的單位通常是l/min。

氧飽和度so2(動脈氧飽和度sao2和靜脈氧飽和度svo2二者)和血紅蛋白hb可以通過非接觸光學(xué)測量方法(可位于氧合器的適當(dāng)位置)測量。示例性光學(xué)測量使用led和多波長光傳感器來確定血液吸光度特性(血液的紅色根據(jù)血紅蛋白氧合狀態(tài)改變)。飽和度的單位是無量綱的并且通常是給定百分?jǐn)?shù)。血紅蛋白濃度通常以g/dl提供。

能夠測量流量q、血紅蛋白濃度hb以及動脈和靜脈氧飽和度二者的示例性測量系統(tǒng)是可從spectrummedicalltd，gloucester，gl29ql，england(本申請的申請人)得到的診斷監(jiān)測的spectrumsystemm(tm)系列。

當(dāng)非接觸傳感器用于測量q、hb、sao2和svo2時(shí)，可以在不接觸血液的情況下，通過等式10和11確定bio2和beo2。相對于使用接觸電極如clark-型電極，這是有利的。即使例如常規(guī)clark-type電極用作參考傳感器用于使用前的校準(zhǔn)，這也避免了在量o、h、sao2和svo2的連續(xù)測量期間將血液傳感器直接與血液接觸。當(dāng)然，等式10和11不限于非接觸傳感器；任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅骺梢杂糜跍y量這些量。

可以進(jìn)一步假設(shè)，在相關(guān)時(shí)間尺度中，靜脈血(進(jìn)入氧合器)中和動脈血(離開氧合器)中的血紅蛋白量保持穩(wěn)定，血液流量q也是。因此，血氧攝取(beo2-bio2)可以通過等式12描述：

(beo2-bio2)＝hb×0.1551×q×4×(sao2-svo2)/100(12)

這允許使用用于單個(gè)位置處的血流q和/或血紅蛋白濃度hb的傳感器確定值beo2和bio2。為了避免疑慮，兩個(gè)傳感器用于氧飽和度測量，一個(gè)用于動脈氧飽和度sao2并且一個(gè)用于靜脈氧飽和度svo2。

將廢氣中氧量geo2與分?jǐn)?shù)feo2關(guān)聯(lián)

通過等式5，可以在沒有廢氣傳感器的情況下確定廢氣ge中的氧o2量geo2。然后需要了解廢氣流ge以求解等式2和4。

直接確定廢氣流ge

之后在本說明書中，將描述允許控制流出氧合器的主排氣口的流量ge的非常規(guī)的灌注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這提供從控制參數(shù)確定ge的途徑。

間接確定廢氣流ge

然而，利用常規(guī)的氧合器，不可能控制廢氣流量。如上文所述，因?yàn)檠鹾掀鞑皇欠忾]系統(tǒng)，在常規(guī)氧合器排氣口處測量的廢氣流ge不提供離開氧合器內(nèi)部氣-血界面的廢氣量的準(zhǔn)確表征。直接確定排出流量ge的備選方案在本說明書的以下段落提供。

假設(shè)從氧合器運(yùn)走的廢氣ge由o2、co2和n2組成。假設(shè)任意水h2o的量可忽略。同樣，為了po2預(yù)測，假設(shè)任意量的基本上不溶的氣體(如稀有氣體和一般氟化麻醉劑)可忽略或包括在氮項(xiàng)n2內(nèi)。

ge＝geo2+geco2+gen2(13)

geo2通過經(jīng)由等式5確定。

geco2：根據(jù)等式4，廢氣中二氧化碳的量geco2取決于二氧化碳的分?jǐn)?shù)feco2和廢氣ge的量。然而，如將以下等式17至19中所示，總廢氣流ge中二氧化碳co2的分?jǐn)?shù)feco2的直接測量將滿足確定ge的估計(jì)的目的。feco2傳感器可以是氧合器的排氣口處獨(dú)立的傳感器。

gen2：假設(shè)n2和任何惰性或極不可溶氣體的量，在氧合過程中保持恒定，即，n2既不被攝取也不由血液排出。

gen2＝＝gin2(14)

為了確定gin2，假設(shè)氣體混合物gi由o2、co2和n2組成，而水h2o的量和稀有氣體的量可以被認(rèn)為可忽略和/或包括在gin2項(xiàng)內(nèi)。

gi＝＝gio2+gico2+gin2(15)

通過用等式6和8替代等式15的右手側(cè)項(xiàng)，氮n2的流量gin2可以表達(dá)為：

gin2＝gi×[1-(fio2+fico2)](16)

等式16的右手側(cè)項(xiàng)gi、fio2和fico2，可以通過如上文所述在氧合器入口處的傳感器測量，避免對入口氣體gi中氮n2的量gin2或出口氣體ge中量gen2的分開測量。

因此，出口氣體流ge的足夠代表性的估計(jì)可以通過使用等式5(對于geo2)、等式4(對于geco2)、以及等式14和16(對于gen2)替換等式13右手側(cè)項(xiàng)確定。

ge＝geo2+gin2+(feco2×ge)(17)

因此，ge-(feco2×ge)＝(geo2+gin2)(18)

因此，ge＝(geo2+gin2)/(1-feco2)(19)

廢氣中二氧化碳的分?jǐn)?shù)feco2可以通過從主氧合器排氣口直接傳感器測量準(zhǔn)確確定。

經(jīng)由等式19確定ge的估計(jì)的情況下，廢氣中的氧分壓po2ge可以經(jīng)由等式1和2得到。

進(jìn)一步增加po2ge的精確度

作為背景，以l/min計(jì)的入口流量可以通過假設(shè)理想氣體條件轉(zhuǎn)變?yōu)閙mol/min，并且因此，在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(stap)1mol的氣體占據(jù)22.41l。系統(tǒng)可以被配置為用于調(diào)節(jié)測量的氣體壓力。實(shí)踐中，足夠的精確度可以通過假設(shè)周圍空氣具有20℃的溫度來實(shí)現(xiàn)。備選地，環(huán)境溫度可以通過傳感器測量，允許在將l/min轉(zhuǎn)變?yōu)閙mol/min時(shí)考慮溫度。

血液溫度影響血氧的分壓po2血液。申請人發(fā)現(xiàn)可以通過應(yīng)用線性偏移溫度項(xiàng)偏移temp考慮溫度影響，其與血液溫度t血液相關(guān)

偏移temp＝2×(37-t血液)(20)

血液溫度t血液是進(jìn)入或離開氧合器的血液的攝氏溫度。血液溫度可以通過任何適當(dāng)?shù)臏囟扔?jì)測量。溫度計(jì)可以位于適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

當(dāng)以前述方式計(jì)算氧攝取beo2-bio2時(shí)，關(guān)于氧合器效率進(jìn)行簡化假設(shè)。簡化假設(shè)忽略氧飽和度受包括可用于氧合的交換面積、血液流量(流量越慢，達(dá)到平衡所需時(shí)間越長)和靜脈血的氧負(fù)載比動脈血的所需氧合(差異越大，需要更多的氧跨越氧合器膜)在內(nèi)的因素影響。這導(dǎo)致血液流量q和在飽和度中的差異(動脈氧飽和度水平sao2-靜脈氧飽和度水平svo2)的非線性影響。影響取決于氧合器類型并且可以通過氧合器項(xiàng)偏移氧合器描述：

偏移氧合器＝a×q+b×(sao2-svo2)+c×(q×(sao2-svo2))(21)

因?yàn)檠鹾掀黜?xiàng)偏移氧合器包括限定血氧攝取(sao2-svo2)的項(xiàng)，氧合器項(xiàng)構(gòu)成表示在氧合器中血液攝取的氧量的血氧攝取值。

等式21中的系數(shù)a、b和c通過將測試值與對于給定氧合器類型得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最佳擬合來確定。為了提供說明性實(shí)例，對于可商購medtronicfusionandterumorx25氧合器的用于等式18的系數(shù)可以大約是

a＝-4.1192379(22)

b＝1.4807944(23)

c＝-1.5330679(24)

系數(shù)取決于氧合器類型和氧合器膜的表面積和/或效率。實(shí)踐中，對于給定氧合器模型，通過建立計(jì)算的po2血液和通過參考方法(例如，使用常規(guī)血?dú)夥治鰞x)測量的po2血液之間的差異來獲得系數(shù)。對于多個(gè)血液樣品(每個(gè)是氧合的)在不同條件下建立差異。氧合條件可以差異在于血液流量、溫度、壓力、血紅蛋白濃度、入口氣體流量、入口氣體氧濃度、和/或靜脈血氧合飽和。選擇血液樣品數(shù)量以對于每個(gè)條件覆蓋寬范圍的值，包括通常使用氧合器期間會被預(yù)期的值和在臨床設(shè)置中不會被預(yù)期的值。然后使用適當(dāng)方法調(diào)節(jié)系數(shù)a、b和c，從而最小化對于po2血液來說的參考值(血?dú)夥治鰞x值)和計(jì)算值之間的差異。例如，等式22至24的示例性系數(shù)a、b、c基于從40個(gè)樣品測量的值確定，由此使用最小二乘擬合法(使用levenberg-marquardt算法)制備描述模型。提供等式21用于說明的目的，并且可以使用其他擬合方法(例如，數(shù)學(xué)模型，例如回歸分析)。例如，在本實(shí)施例使用三個(gè)系數(shù)a、b和c的同時(shí)，不同數(shù)量的系數(shù)可以是適當(dāng)?shù)模@取決于何種數(shù)學(xué)模型用于描述氧合器項(xiàng)偏移氧合器。系數(shù)可以在制造或設(shè)置期間在線確定。如果需要，這允許對于特定氧合器優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。系數(shù)可以以反向擬合于已有設(shè)備的形式調(diào)節(jié)，例如，作為軟件更新?？紤]系數(shù)可以在設(shè)置頁面輸入。設(shè)置頁面可以僅向授權(quán)個(gè)人開放。

氧分壓的更準(zhǔn)確估計(jì)po2est通過將溫度項(xiàng)偏移temp和/或氧合器項(xiàng)偏移氧合器應(yīng)用于經(jīng)由等式1確定的分壓po2ge來得到。

po2est＝po2ge+偏移temp+偏移氧合器(25)

這樣，更準(zhǔn)確的po2est估計(jì)可以理解為動脈血中的氧分壓的輸出，所述輸出通過等式25的方式基于廢氣中氧分壓的估計(jì)(該估計(jì)由po2ge構(gòu)成)和基于血氧攝取值(血氧攝取值由表示在氧合器中攝取的氧量的項(xiàng)偏移氧合器構(gòu)成)產(chǎn)生。

在使用中，臨床設(shè)定的各種參數(shù)可以引起離開氧合器的動脈血的估計(jì)po2est和實(shí)際分壓po2血液之間的操作偏移。操作偏移可以通過校準(zhǔn)或同步化步驟考慮，從而進(jìn)一步改善估計(jì)的精確度。

同步化涉及使用血?dú)夥治鰞x測量分壓po2bga并且將所述值與估計(jì)po2est相比，從而計(jì)算同步化偏移偏移sync。

偏移sync＝po2bga-po2est(26)

在通氣步驟中，血液樣品常規(guī)從患者得到并且通常利用血?dú)夥治鰞x測量其血液參數(shù)，所述血?dú)夥治鰞x測量多種血液分析物，包括po2或pco2。在通氣過程中對于兩份、三份或更多份血液樣品從患者中獲取并在外部(例如，在血?dú)夥治鰞x中)分析并非是不典型的。

將血液樣品進(jìn)行常規(guī)分析的時(shí)間可以記錄為取樣事件，以記錄具有在取樣事件過程中估計(jì)的估計(jì)的分壓po2est的樣品。一旦來自血液分析的值可用(這可能花費(fèi)數(shù)分鐘)，可以將這些關(guān)聯(lián)到估計(jì)的值。例如，處理器可以被配置為用于將血液分析值po2bga與對于po2est在取樣事件時(shí)確定的值關(guān)聯(lián)，以得到經(jīng)由等式26的同步化偏移。同步化偏移可以應(yīng)用于所有未來的值以提供更準(zhǔn)確讀數(shù)。還將可能回顧應(yīng)用同步化偏移，即，在之前的時(shí)間點(diǎn)確定和記錄的po2est值。

為了詳細(xì)說明等式26，對于取樣事件期間計(jì)算的分壓估計(jì)po2est^樣品從樣品值po2bga^樣品確定同步化偏移偏移sync^樣品。

偏移sync^樣品＝po2bga^樣品-po2est^樣品(27)

然后將經(jīng)由等式27確定的偏移應(yīng)用于隨后的po2估計(jì)po2est^{當(dāng)前}來計(jì)算隨后的血氧分壓值po2血液^{當(dāng)前}

po2血液^{當(dāng)前}＝po2est^{當(dāng)前}+偏移sync^樣品(28)

即使為了獲得同步化值可能必須進(jìn)行常規(guī)血?dú)夥治龌蛳喈?dāng)?shù)姆治觯?jīng)由等式28得到的血氧分壓估計(jì)也可以比血液樣品分析更常進(jìn)行，即連續(xù)或以限定的間隔(例如，每秒)提供結(jié)果。

無論何時(shí)采集新的血液樣品用于血?dú)夥治?，可以重?fù)同步化。即，可以記錄該取樣事件以經(jīng)由等式27更新同步化偏移值偏移sync^樣品，其隨后通過等式28應(yīng)用。

本文中，使用血液中的氧分壓po2的實(shí)例解釋等式(26)至(28)，但它們同樣適于校準(zhǔn)或同步化血液中的二氧化碳分壓pco2。即，當(dāng)前的估計(jì)pco2est^{當(dāng)前}可以通過直接測量廢氣中的二氧化碳分?jǐn)?shù)feco2和通過將此與等式(3)中所述的大氣壓關(guān)聯(lián)來得到。

在這點(diǎn)上，可以忽略抽吸到廢氣中的任意周圍空氣對廢氣中二氧化碳的分?jǐn)?shù)feco2的影響。為了實(shí)踐的目的，可以假設(shè)空氣中的二氧化碳分?jǐn)?shù)接近0％，因?yàn)榭諝庵卸趸纪ǔＴ?50ppm至600ppm(ppm＝百萬分之幾)之間改變，而廢氣中二氧化碳的分?jǐn)?shù)feco2在1％至10％之間。假如有量級差異，從忽略空氣中二氧化碳導(dǎo)致的誤差可以是0.045至0.06％的量，這是可忽略的。如果不相對于氧合氣體流量調(diào)節(jié)廢氣流量，抽吸到廢氣中的周圍空氣的量可以顯著改變。

因此得到的pco2和po2的值與氧消耗和二氧化碳產(chǎn)生相關(guān)，因此，提供經(jīng)驗(yàn)的或基于測量的基礎(chǔ)，用于優(yōu)化氧合氣體的組成和用于優(yōu)化進(jìn)入氧合器的流量。尤其是，這允許根據(jù)患者的發(fā)展調(diào)節(jié)組成和/或流量。這有利于未監(jiān)視的、或自動的患者氧合，相信這對于患者的長期通氣特別有用。

通過直接測量確定po2

作為使用上述算法經(jīng)由等式5確定po2血液的備選方案，申請人發(fā)現(xiàn)血氧分壓po2血液可以與廢氣氧分壓po2ge直接相關(guān)。

直接測量po2ge不需要了解入口氣體性質(zhì)(gi，fio2，fico2)或其他(非-o2)廢氣性質(zhì)(如feco2)。然而，如果直接測量，po2ge受通過氧合器的任何通氣接口或輔助接口的氣體量影響，并且因此，不能假設(shè)直接與在其離開氧合器內(nèi)氣-血界面的點(diǎn)處入口氣體中的未消耗的氧相關(guān)。另外，基于參考一個(gè)大氣壓(1atm＝1013mbar)進(jìn)行讀數(shù)的假設(shè)，商業(yè)po2傳感器可以提供po2ge值為百分?jǐn)?shù)。

使用能夠測量血液溫度t血液、血流q和動脈和靜脈血飽和度sao2和svo2的傳感器系統(tǒng)，可以計(jì)算與上述等式20和21相當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)項(xiàng)，以提供對于血氧分壓的估計(jì)的分壓po2est。

偏移temp＝2×(37-t血液)(29)

偏移氧合器＝a×q+b×(sao2-svo2)+c×(q×(sao2-svo2))(30)

po2est＝po2ge+偏移temp+偏移氧合器(31)

系數(shù)a、b和c可如上文所述確定。尤其是，因?yàn)檠鹾掀黜?xiàng)偏移氧合器包括限定血氧攝取(sao2-svo2)的項(xiàng)，氧合器項(xiàng)構(gòu)成表示在氧合器中血液攝取的氧量的血氧攝取值。同樣，po2est可以理解為動脈血中的氧分壓的輸出，該輸出通過等式31的方式，基于廢氣中氧分壓的估計(jì)(由po2ge構(gòu)成的估計(jì))和基于血氧攝取值(血氧攝取值由表示在氧合器中攝取的氧量的項(xiàng)偏移氧合器構(gòu)成)產(chǎn)生。

本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括被配置用于連續(xù)確定廢氣中氧分壓po2ge的估計(jì)的傳感器系統(tǒng)，其借助測量等式1-19所需要的輸入值的方式和被配置用于處理等式1-19的處理器，或借助直接測量廢氣中的氧分壓po2ge。實(shí)踐中，系統(tǒng)可以以限定的間隔，例如每秒記錄值。

系統(tǒng)可以被配置為用于應(yīng)用溫度項(xiàng)偏移temp和/或氧合器項(xiàng)偏移氧合器以根據(jù)等式25或31計(jì)算估計(jì)的分壓po2est。

為了同步化，可以配置傳感器系統(tǒng)用于記錄取樣事件。當(dāng)采集血液樣品時(shí)發(fā)生取樣事件，并且可以將血液取樣時(shí)確定的po2和/或pco2估計(jì)與血液樣品相關(guān)聯(lián)。在臨床設(shè)定中，這可能花費(fèi)數(shù)分鐘，直到可得到血液樣品值。在此期間，傳感器系統(tǒng)能夠繼續(xù)確定po2和/或pco2估計(jì)。一旦得到來自血液分析的值，可以將這些輸入傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)被配置用于將血液分析值與取樣事件期間確定的po2和/或pco2估計(jì)相關(guān)聯(lián)。這允許血液值和要確定的估計(jì)之間的任何偏差，并且可以將同步化值應(yīng)用于傳感器值。然后可以將同步化值應(yīng)用于將來的通過傳感器系統(tǒng)確定的po2和/或pco2估計(jì)。

以此方式，可以進(jìn)行大量的讀數(shù)，而不會實(shí)際采集和分析大量的血液樣品?？梢赃B續(xù)或以限定的間隔確定po2/pco2估計(jì)。

只要是合適時(shí)，可以記錄多個(gè)取樣事件，例如根據(jù)干預(yù)過程中采集的血液樣品數(shù)，從而更新同步化偏移。

通過應(yīng)用同步化偏移，基于源自可以在沒有血液接觸的情況下得到的氧分壓po2ge的估計(jì)完成對動脈氧分壓po2血液的更準(zhǔn)確確定。同樣，可以確定二氧化碳分壓。同樣，所述傳感器系統(tǒng)可以是本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，或構(gòu)成本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)。

溫度考慮

因?yàn)楹芏嘌悍治鑫锏淖x數(shù)取決于溫度，通常在在標(biāo)準(zhǔn)化的溫度得到po2和pco2的血?dú)庵?。大多?shù)血?dú)夥治鰞x將血液樣品溫度設(shè)定37℃作為標(biāo)準(zhǔn)化的溫度。

然而，分壓po2和pco2也是溫度-依賴的。常出現(xiàn)的情況是在氧合器中循環(huán)的血液具有與血?dú)夥治鰞x中控制溫度的樣品不同的溫度。例如，在手術(shù)過程中可以將患者的體溫和血液冷卻到顯著低于37℃，而血?dú)夥治鰞x可以常規(guī)將血液加溫至37℃。相反，由傳感器從氧合器得到的任何值將接近于患者溫度。需要考慮血液溫度之間的任何差異。

適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)以分別得到溫度-調(diào)節(jié)的值po2adj或pco2adj，可以使用已知等式得到。

pco2adj＝pco2血液10^{(0.019)*(t-37)}(33)

等式32對應(yīng)于radiometeraml-3使用的式，并且等式33對應(yīng)于corningmodels178，170，168和158使用的式，二者都由edwardr.ashwoodinclinicalchemistry第29卷第11號，1877頁(1993)報(bào)道。

確定動脈血中氧分壓的示例性步驟

轉(zhuǎn)到圖1，顯示根據(jù)上述原理的方法100的步驟的順序。在步驟110中，提供血液用于通過氧合器氧合。在步驟120中，提供適于確定一種或多種氣體值的傳感器系統(tǒng)。在步驟130中，提供適于確定一種或多種血液值的傳感器系統(tǒng)。在步驟140中，確定一種或多種氣體值，氣體值包括氧合器的廢氣中的氧分壓的估計(jì)。在步驟150中，確定一種或多種血液值，血液值包括表示在氧合器中血液攝取的氧量的血氧攝取值。在步驟160中，通過使用血氧攝取值產(chǎn)生輸出以調(diào)節(jié)廢氣中氧分壓的估計(jì)。

可以進(jìn)行方法100的一些或全部步驟以執(zhí)行上述算法中的一個(gè)或多個(gè)。

步驟150可以包括：測量進(jìn)入氧合器的血液的靜脈氧飽和度，測量離開氧合器的血液的動脈氧飽和度，和將血氧攝取值計(jì)算為動脈氧飽和度和靜脈氧飽和之間的差異的函數(shù)。

步驟150可以包括測量通過氧合器的血液的流量、溫度、和/或血紅蛋白濃度。步驟150可以包括將血氧攝取值計(jì)算為流量、溫度、和/或血紅蛋白濃度的函數(shù)。步驟160可以包括將輸出計(jì)算為流量、溫度、和/或血紅蛋白濃度的函數(shù)。

步驟140可以包括得到廢氣中氧分壓的測量值和使用該測量值作為估計(jì)。

步驟140可以包括：確定廢氣中的氧量和離開氧合器的廢氣的量，確定廢氣中的氧分?jǐn)?shù)為廢氣中氧量和廢氣量的商，并且從廢氣中的氧分?jǐn)?shù)衍生廢氣中氧分壓的估計(jì)。

步驟140還可以包括確定表示進(jìn)入氧合器的氧量的入口氣體值。步驟160可以包括基于該入口氣體值和血氧攝取值之間的差異確定廢氣中的氧量。

步驟140可以包括測量氧合氣體的總量、氧合氣體中的氧的量或分?jǐn)?shù)、氧合氣體中二氧化碳的量或分?jǐn)?shù)和廢氣中二氧化碳的量或分?jǐn)?shù)中的一種或多種。

圖1中包括的是表征氧合器的氧合效率的方法200。方法200對多個(gè)血液樣品使用方法100的步驟。

在步驟170中，使用參考法，如通過在常規(guī)血?dú)夥治鰞x中測量血液得到動脈血中的氧分壓的參考值。

在步驟180中，計(jì)算偏移值以描述步驟160中產(chǎn)生的輸出和步驟170中測量的參考值之間的差異。偏移值可以用于調(diào)節(jié)輸出。

在步驟190中，基于多個(gè)偏移值計(jì)算用于描述氧合器的氧合效率的模型的一個(gè)或多個(gè)系數(shù)。

在步驟210中，提供血液樣品或血液體積用于在氧合器中氧合，并且改變步驟110至160的條件中的一個(gè)或多個(gè)，之后重復(fù)步驟110至160。

流動-控制氧合器

上述算法用于就在通過輔助/通氣借口的氣體或周圍空氣的量/比例以未知的量處理的意義而言常規(guī)的氧合器，并且因此廢氣ge的量和其中的任意成分不可直接與離開氧合器內(nèi)氣-血界面的廢氣的量相關(guān)。

為了理解一些實(shí)施方案，本文中所述的是允許通過控制氣體流參數(shù)確定氧合氣體進(jìn)入氧合器和/或廢氣流出氧合器的流量的非常規(guī)的氧合系統(tǒng)。本文中，所述非常規(guī)氧合系統(tǒng)可以稱為“流動-控制”氧合系統(tǒng)。本文中公開的流動-控制氧合系統(tǒng)在申請人的待審英國專利申請?zhí)杇b1421498.5中描述。

本發(fā)明的實(shí)施方案可以整合入或使用流動-控制氧合系統(tǒng)。這提供了允許進(jìn)入氧合器的供應(yīng)氣體的氧的流量(“吹掃”)和/或分?jǐn)?shù)得到控制的方式。此外，可以在血液或氧合氣體參數(shù)的確定中考慮廢氣ge流出主氧合器排氣口的流量。例如，替代通過上述等式19的方式確定ge，可能可以從流控制參數(shù)推導(dǎo)ge的估計(jì)。

在一個(gè)操作模式中，流動-控制氧合系統(tǒng)可以允許要施加的流量僅吸入離開氣-血界面的氣體的分?jǐn)?shù)。任何剩余的廢氣量將經(jīng)由通氣接口離開氧合器。在該情況下，通過氧合器排氣口的廢氣的分?jǐn)?shù)的組成將密切對應(yīng)于氣體離開氧合器內(nèi)氣-血界面的組成，因?yàn)樗槐唤?jīng)由通氣接口吸入的周圍空氣稀釋。這將允許進(jìn)行對廢氣的成分的分?jǐn)?shù)的準(zhǔn)確測量，如廢氣中氧的分?jǐn)?shù)feo2或廢氣中二氧化碳的分?jǐn)?shù)feco2。如果關(guān)于滲出氧合器的未使用的氧合氣體沒有疑問(例如沒有麻醉的情況下體外通氣過程中)，該操作模式可以是適當(dāng)?shù)摹?/p>

在一個(gè)操作模式中，流動-控制氧合系統(tǒng)可以允許流量足夠高以吸入離開氧合器內(nèi)氣-血界面的全部廢氣和此外的經(jīng)由通氣接口吸入氧合器外罩的周圍空氣。在該情況中，通過氧合器排氣口的廢氣的組成包括周圍空氣。如果考慮流出氧合器的未使用的氧合氣體(例如，包含未使用的麻醉劑)的通過，該操作模式可以是適當(dāng)?shù)?。如果氧合氣體進(jìn)入氧合器的流量低，還可能需要該操作模式來實(shí)現(xiàn)足夠準(zhǔn)確的測量。在了解周圍空氣的組成和了解進(jìn)入氧合器的氧合氣體的流量的情況下，可以確定氣-血界面后的氧濃度。

經(jīng)由不同操作模式確定的值，例如廢氣成分的分?jǐn)?shù)或廢氣的量，可以用于求解上述算法。

尤其是，本申請人考慮本文中所述的各種方法可以以互補(bǔ)的方式使用。例如，在流動控制氧合器中，可以經(jīng)由上述等式19和經(jīng)由來自流動-控制參數(shù)的衍生確定廢氣ge的流量。

流動-控制氧合系統(tǒng)的組件概覽

圖2提供與本發(fā)明的實(shí)施方案一起使用的流動-控制通氣系統(tǒng)的系統(tǒng)組件的概覽。肺(血液)旁路回路跨越氣體(氧)管線。肺旁路回路從患者循環(huán)血液，從而血液被氧合并且返回患者。氣體管線提供用于血氧合的氧合氣體。

肺旁路回路(血液)

來自患者的靜脈血(圖2中未顯示)以由朝向儲罐10的箭頭12指出的方向經(jīng)由靜脈管線v循環(huán)。以朝向氧合器20的箭頭14指出的方向由泵13從儲罐10泵送靜脈血。在氧合器20中，血氧合。血液離開氧合器20，作為動脈血，經(jīng)由動脈管線a以朝向患者的箭頭16指出的方向供應(yīng)。提供流傳感器18以測量離開氧合器20的再氧合的血液的流量。提供溫度傳感器22以測量離開氧合器20的再氧合的血液的溫度。水管線21將氧合器20與水浴連接，用于維持預(yù)定的溫度。

氧合氣體管線

氣體循環(huán)器35包括用于制備氧合氣體的混合器30。在具體描述中，混合器還包括用于移除廢氣的真空子系統(tǒng)40。然而，常規(guī)氧合氣體混合系統(tǒng)不包括真空子系統(tǒng)。

預(yù)先確定純度水平的氣體如氮(n2)和氧(o2)從醫(yī)院供應(yīng)管線32供應(yīng)入混合器30?？梢怨?yīng)約79％氮和21％氧的組成的壓縮的空氣。醫(yī)院-供應(yīng)的氣體可以含有極少量的二氧化碳和/或稀有氣體。醫(yī)院干線還提供低壓力或真空源。醫(yī)院供應(yīng)還可以包括預(yù)先確定的組成或預(yù)先確定的純度水平的氧的氧合氣體，其可以經(jīng)由供應(yīng)管線57供應(yīng)到混合器30。

在混合器30中，將氣體混合為要供應(yīng)到氧合器20中的組合物并且以箭頭34指出的方向經(jīng)由供應(yīng)管線24進(jìn)料。在氧合器20中，靜脈血的血紅蛋白分子要攝取氧和釋放二氧化碳。在氧合器20中，其他氣體，如廢麻醉氣體，可以從氧合器釋放或不被攝取到氧合器中。任何釋放入氧合器20或通過氧合器20的氣體和沒有被從入口氣體攝取的氣體成分作為廢氣或排出氣被收集，并且經(jīng)由排氣管線26以箭頭36的方向離開氧合器20并被運(yùn)走。經(jīng)由排氣管線26的氣體流動由真空輔助。在本文中所述的實(shí)施方案中，真空經(jīng)由作為氣體循環(huán)器35的一部分的真空子系統(tǒng)40供應(yīng)。常規(guī)地，氧合器直接連接于醫(yī)院真空接口。

組件操作

現(xiàn)在將參考圖3、4、5和6更詳細(xì)描述氧合器20、混合器30和真空子系統(tǒng)40的操作。

氧合器20

攜帶co2的靜脈血經(jīng)由靜脈管線v(以方向14)進(jìn)入氧合器20，如圖3和4中詳細(xì)示出的。在本文中由符號bi指示的條件下靜脈血進(jìn)入氧合器20。尤其是，每時(shí)間單位血液轉(zhuǎn)運(yùn)氧量bio2和二氧化碳量bico2。

圖3說明氧合器20中血液的氧攝取。將靜脈血在氧合器20內(nèi)沿管線15轉(zhuǎn)運(yùn)并且暴露于氣體混合物，即來自混合器30的入口氣體gi，其沿管線25運(yùn)輸。與血液相比，氣體混合物gi具有更高的氧分壓和更低的二氧化碳分壓，引起血紅蛋白釋放co2和攝取o2。注意盡管圖3示意性地表明順流的交換，但在實(shí)踐中，氧合器使用逆流交換。

圖4說明流程圖。在氧合器20中，co2從血液釋放到氣流中，如箭頭42指出的。血流在箭頭44指出的反應(yīng)中攝取o2。其他成分，如廢麻醉氣體，可能不被血液攝取并且進(jìn)入或保留在廢氣流中，如箭頭46指出的。氧合的血液稱為動脈血。

氧合器20不是氣密的單元。其可以包含一個(gè)或多個(gè)第二排氣口27(即換氣)，作為安全保障測量，以避免如果排氣管線26阻塞導(dǎo)致的氧合器20內(nèi)壓力積累。因?yàn)榈诙艢饪?7允許空氣或氣體通過，不能假定在排氣管線26處離開氧合器20的廢氣ge的量與氧合器20內(nèi)氣-血界面下游緊接的點(diǎn)29處的廢氣量相同。

隨著或如果經(jīng)由排氣管線26利用真空-引起的流，這因此不僅從，氧合器20抽吸廢氣ge，而且還經(jīng)由第二排氣口27抽吸周圍空氣48。為了提供說明性的實(shí)例，對于經(jīng)由供應(yīng)管線24供應(yīng)到氧合器20中的每2l的氣體混合物，可以通過排氣管線26抽吸2.1l的廢氣。

引起周圍空氣48被抽吸到氧合器20中的流量的差異還可以用于保證任何廢麻醉氣體46經(jīng)由排氣管線26被移除。這樣，防止廢麻醉氣體46滲出氧合器20，如箭頭49指出的，并進(jìn)入操作場所，在操作場所麻醉氣體會影響工作人員。

在條件be下動脈血離開氧合器20。動脈血beo2的氧量與動脈氧飽和sao2相關(guān)并且還取決于血液中的血紅蛋白濃度。

攜帶從血液釋放的成分(如來自轉(zhuǎn)移器42的co2或未被攝取到氧合器20內(nèi)的廢麻醉氣體)的廢氣ge，經(jīng)由排氣管線26被向著氣體循環(huán)器35的真空子系統(tǒng)40抽吸。

混合器30

在圖5中，放大繪制混合器30，其作為氣體循環(huán)器35的一部分。將經(jīng)由入口32供應(yīng)的氣體成分混合以提供用于氧合器20的供應(yīng)氣體?；旌掀?0中的處理步驟在圖6中描述。首先將醫(yī)院-供應(yīng)的氣體32進(jìn)料入氣體混合器52，并且隨后通過流控制54，安全保障控制56，和傳感器58，之后經(jīng)由供應(yīng)管線24供應(yīng)至氧合器20。

氣體混合器52

氣體混合器52包括混合室，成分氣體經(jīng)由入口接收到其中并混合成氧合氣體?；旌鲜覙?gòu)成混合單元，在其中成分氣體混合為氧合氣體?；旌鲜疫€構(gòu)成保持單元或儲罐，在其中成分氣體可以均化。氣體壓力可以經(jīng)由經(jīng)由反壓調(diào)節(jié)器控制。過量氣體可以排到大氣中。從氣體混合器52的混合室，氧合氣體通過混合器流控制54。

混合器流控制54

混合器流控制54允許氣體混合物即氧合氣體的流量被調(diào)節(jié)到預(yù)先確定的流量?；旌掀髁骺刂?4控制來自保持單元或混合室的氧合氣體的流量，并且因此構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的流動控制器，所述流動控制器用于控制供應(yīng)氣體參數(shù)。這允許設(shè)置供應(yīng)到氧合器的氣體量，并且允許其用于計(jì)算氧合相關(guān)的參數(shù)。

在根據(jù)需要將其混合后，混合器中的流控制單元允許將氣體混合物的流量設(shè)置為低速率。這改善了組成的精確度，特別是在低流量時(shí)，這在肺系統(tǒng)中是優(yōu)選的。

在將醫(yī)院-供應(yīng)的氣體的流量節(jié)流時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)良好質(zhì)量的氧合氣體的混合物。因此，為了獲得精確的混合物，以適當(dāng)?shù)馗叩牧髁繉⑨t(yī)院-供應(yīng)的氣體進(jìn)料。因此流控制解決了如何獲得精確混合的氧合氣體的問題，同時(shí)還以低流量向氧合器20提供氧合氣體。

為了以實(shí)例說明這一點(diǎn)，可以以1.05l/min供應(yīng)氧和氮二者。這兩種氣體的50％/50％混合物會產(chǎn)生2.1l/min(1.05l/min+1.05l/min＝2.1l/min)的體積流。如果例如僅需要向氧合器供應(yīng)2.0l/min氧合氣體，則過量的0.1l/min(2.1l/min-0.1l/min＝2.0l/min)排出或“流”進(jìn)入大氣。在實(shí)踐中可以使用任何適當(dāng)?shù)幕旌媳壤?/p>

安全保障控制56

安全保障控制56通過提供切換到外部氣體供應(yīng)57的選擇，提供另外的安全特征。尤其是，安全保障控制56可以響應(yīng)于氣體混合器52，混合器流控制54，和/或傳感器58，并且被配置為在氣體混合器52或混合器流控制54未能提供預(yù)先確定的組成或流量的氧合氣體中的一種的事件中切換到外部氣體供應(yīng)57氧。

經(jīng)由外部氣體供應(yīng)57供應(yīng)的氣體可以是純氧。供應(yīng)的氣體可以由機(jī)械混合器，或應(yīng)急備用氣體供應(yīng)提供。

傳感器58/輸出測量

傳感器58被配置為測量供應(yīng)氣體混合物的參數(shù)。參數(shù)包括氣體混合物的流量、氣體混合物的壓力、氣體混合物的溫度、氧濃度、二氧化碳濃度、或其組合。

可以針對預(yù)期值檢查通過輸出測量測到的值，并且在有任何矛盾的事件中，可以采用對抗措施。例如，可以將由傳感器58確定的流量與由混合器流控制54設(shè)置的流量相比。在有任何矛盾的情況下，可以采取對抗措施。對抗措施包括產(chǎn)生通知信號，由混合器流控制54增加或減少流量，或通過安全保障控制56切換為外部氣體供應(yīng)57。

傳感器58允許監(jiān)測組成、壓力、溫度和流量而不考慮來源，例如，其是來源于氣體混合器52還是來源于外部氣體供應(yīng)57。

已知性質(zhì)的氧合氣體經(jīng)由出口離開混合器30，供應(yīng)給氧合器20。

這允許控制器控制向氧合器的氧合氣體供應(yīng)的參數(shù)。例如，流動控制器允許控制供應(yīng)入氧合器的氣體的總流量，或“吹掃”。同樣，這允許控制供應(yīng)入氧合器的氧分?jǐn)?shù)。

真空子系統(tǒng)40

真空可以用于產(chǎn)生流梯度以幫助氣體流動。在本文所述的系統(tǒng)中，真空壓力梯度受真空子系統(tǒng)40控制，其相應(yīng)由單個(gè)真空供應(yīng)，例如由醫(yī)院供應(yīng)。

排氣管線26中的流梯度由箭頭36指出，并且從氧合器20抽吸廢氣。

為了利用實(shí)施例說明這點(diǎn)，可以以2l/min的速率將供應(yīng)氣體gi供應(yīng)給氧合器20。真空子系統(tǒng)可以設(shè)為以2.1l/min的流量取回廢氣。因此，可能假設(shè)，在沒有任何由血液氧合過程造成的影響的情況下，經(jīng)由氧合器抽吸0.1l/min(0.1l/min＝2.1l/min廢氣-2.0l/min入口氣體)的周圍空氣。

氣體循環(huán)器35中混合器30和真空子系統(tǒng)40的組合有利于整合傳感器和評價(jià)測得的氧合氣體和廢氣的性質(zhì)(例如，流量、壓力、溫度、組成、氧分?jǐn)?shù)、二氧化碳分?jǐn)?shù)、和其組合)。

盡管氣體供應(yīng)32和57在本文中描述為由醫(yī)院提供，但這只是對于典型設(shè)置來說示例性的。氣體供應(yīng)可以由另一來源提供。可以根據(jù)需要使用任何數(shù)量和類型的供應(yīng)氣體。

圖7說明用于控制動脈血中血?dú)庵?，如氧、二氧化碳分壓、或二者的方?0的步驟。在步驟62中，以流量和包含氧分?jǐn)?shù)的組成提供氧合氣體。在步驟64中，在氧合器中使用氧合氣體以氧合靜脈血，從而產(chǎn)生動脈血。在步驟66中，將離開氧合器的動脈血的一種或多種血?dú)庵档乃酱_定為設(shè)置血?dú)馑?。這可以使用上述方法中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行。在步驟68中，在氧合器繼續(xù)氧合血液的同時(shí)，監(jiān)測離開氧合器的動脈(氧合的)血液的一種或多種當(dāng)前血?dú)馑健Ｔ诓襟E70中，確定在當(dāng)前血?dú)馑胶驮O(shè)置血?dú)馑街g是否存在差異。如果存在差異，則，在步驟72中，調(diào)節(jié)氧合氣體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，可以改變流量和/或氧分?jǐn)?shù)。在步驟74中，將具有改變的流量或組成的氧合氣體供應(yīng)給氧合器，并且在步驟76中，用具有改變的參數(shù)的氧合氣體氧合血液。這將導(dǎo)致血?dú)庵档乃降恼{(diào)節(jié)。方法60繼續(xù)監(jiān)測血?dú)馑?，并且如果需要調(diào)節(jié)則改變氧合氣體。

說明性實(shí)例

實(shí)踐中，臨床醫(yī)生(灌注人員)可以基于臨床知識、考慮患者大小、年齡、臨床需要等，利用初始灌注參數(shù)開始灌注。隨后可以進(jìn)行灌注，并且可以設(shè)置系統(tǒng)，即，可以將包括氧分壓po2和二氧化碳分壓pco2的血?dú)庵翟O(shè)置為一個(gè)值。該值可以是臨床醫(yī)生可接受的或不可接受的，如果不可接受，臨床醫(yī)生可以手動調(diào)節(jié)灌注參數(shù)以改善患者的響應(yīng)。手動調(diào)節(jié)可能太弱或太強(qiáng)，并且可能必須重復(fù)，直到觀察到所需的臨床響應(yīng)。注意，臨床醫(yī)生很可能對臨床響應(yīng)而不是對設(shè)置特定的血?dú)馑街蹈信d趣。

如果臨床醫(yī)生滿意灌注表現(xiàn)，例如因?yàn)檠獨(dú)庵翟谂R床可接受的邊界內(nèi)，可以指示本發(fā)明的控制系統(tǒng)接管。使用監(jiān)測布置，控制系統(tǒng)可以根據(jù)臨床醫(yī)生的設(shè)置確定動脈血中的一種或多種血?dú)庵?。血?dú)庵悼梢允莿用}血中的氧分壓的水平。血?dú)庵悼梢允莿用}血中的二氧化碳分壓的水平。這樣確定血?dú)庵悼梢詢Υ鏋楸硎绢A(yù)先確定的水平的值。

監(jiān)測布置繼續(xù)監(jiān)測血?dú)庵怠？刂葡到y(tǒng)包括允許其改變氧合氣體的流量和/或氧合氣體中的氧分?jǐn)?shù)的配置，從而響應(yīng)于血?dú)庵档母淖冋{(diào)節(jié)氣體值。如果檢測血?dú)庵档母淖?，控制系統(tǒng)響應(yīng)改變流量和/或氧分?jǐn)?shù)，從而將血?dú)庵迪蛑A(yù)先確定的水平調(diào)節(jié)。

預(yù)先確定的水平可以通過分析動脈血(例如離開氧合器的血液)或通過使用任意上述方法確定。預(yù)先確定的用于血?dú)庵档乃娇梢越?jīng)界面設(shè)置。

控制機(jī)制改善灌注系統(tǒng)的響應(yīng)。這進(jìn)一步允許將血?dú)庵稻S持在預(yù)先確定的水平，或在預(yù)先確定的界限內(nèi)。這消除了波動的風(fēng)險(xiǎn)。這改善了灌注系統(tǒng)的安全性。本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以允許延長的不監(jiān)視的灌注期。