用于測量靜脈血氧的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于測量靜脈血氧的方法和裝置 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于監(jiān)測人體的生命機能，包括屯、臟功能如屯、輸出量和中屯、靜脈血氧 的技術(shù)。它具體地設(shè)及用于非侵入性和連續(xù)監(jiān)測屯、臟參數(shù)如血流、血量和血氧飽和度的光 學(xué)方法和裝置。
[0002] 發(fā)巧背景
[0003] 對頸靜脈搏動的評估已經(jīng)成為屯、血管檢查的必要組成部分，并且具有重要的臨床 診斷價值[1-2]。頸靜脈搏動是由右屯、房和屯、室的充盈和收縮引起的中屯、靜脈血流和壓力 變化產(chǎn)生的。頸靜脈搏動的床旁檢查的兩個主要目的包括評估中屯、靜脈壓力和檢查波形。 由于右頸內(nèi)靜脈更直接通向右屯、房，對于此目的來說W右頸內(nèi)靜脈為最優(yōu)。根據(jù)運些測量， 醫(yī)生可W獲知右屯、房的血流動力學(xué)事件，并由此診斷屯、臟疾病和異常。例如，頸靜脈壓升高 的最常見原因是右屯、室壓力升高，例如在肺動脈狹窄、肺動脈高壓、右屯、室梗死繼發(fā)的右屯、 室衰竭患者中所發(fā)生的。當(dāng)右屯、室流入道發(fā)生阻塞時，例如患有=尖瓣狹窄或右屯、房粘液 瘤時，或者當(dāng)縮窄性屯、包疾病阻礙右屯、室流入道時，靜脈壓也升高。它還可能由腔靜脈阻塞 W及偶爾的血量升高導(dǎo)致?；加凶枞苑尾〉幕颊呖赡軆H在呼氣時靜脈壓升高。
[0004] 用于測量靜脈搏動和波形的傳統(tǒng)技術(shù)在文獻中已有描述巧]。將患者身體抬高到 最佳程度進行檢查W觀察靜脈搏動。通過標(biāo)尺來測量靜脈壓，測量的是振蕩靜脈柱頂端到 胸骨角水平的垂直距離，加上其至右屯、房的垂直距離。由于靜脈搏動一般非常微弱，而且由 于患者有并發(fā)癥，運種方法對于醫(yī)生使用來說是有挑戰(zhàn)性的，并且僅能提供近似值。 陽〇化]屯、輸出量定義為每分鐘循環(huán)的血量。它等同于屯、率乘W每搏輸出量（屯、臟每次收 縮射出的血量）。屯、輸出量對于屯、血管健康的監(jiān)測是至關(guān)重要的[4]。對循環(huán)系統(tǒng)狀況的準(zhǔn) 確臨床評估對于ICU中的危重患者和接受屯、臟、胸部或血管介入的患者尤其需要，并且已 經(jīng)在口診治療的長期隨訪中證明是有價值的。由于患者的血液動力學(xué)狀況可能迅速改變， 因此持續(xù)監(jiān)測屯、輸出量將會提供信息，使得能夠迅速調(diào)整治療。對屯、輸出量和血壓的測量 還可W用于計算外周阻力。
[0006] Jansen(J.R.C.Jansen,"Novelmethodsofinvasive/non-invasivecardiac outputmonitoring",Abstractsofthe7thannualmeetingoftheEuropeanSociety forIntravenousAnesthesia,Lisbon2004)描述了屯、輸出量監(jiān)測技術(shù)的八個理想特征： 準(zhǔn)確度、重復(fù)性或精確度、快速響應(yīng)時間、操作者獨立性、易于使用、連續(xù)使用、成本效益W 及不增加死亡率和發(fā)病率。
[0007] 肺動脈導(dǎo)管（PAC)熱稀釋方法通常被接受作為監(jiān)測屯、輸出量的臨床標(biāo)準(zhǔn)，所有其 他方法都與之進行比較，如Conway和Lund-Johansen[6]所討論的。由于運項技術(shù)是高度 侵入性的、復(fù)雜的W及昂貴的，因此已經(jīng)開發(fā)了許多新的方法試圖來代替它，但是迄今為止 還沒有其他方法被接受。對于測量屯、輸出量的各種技術(shù)的近期綜述在Linton和Gilon的 文章[5]中給出。運篇文章列舉了非侵入性/微創(chuàng)和侵入性方法，并比較了每種方法的優(yōu) 點和缺點。對運些技術(shù)中的一部分簡述如下。
[0008] 指示劑稀釋技術(shù)存在幾種指示劑稀釋技術(shù)，包括經(jīng)肺熱稀釋（也被稱為PiCCO技 術(shù)，PulsionMedicalTechnologiesofMunich,Germany)、經(jīng)肺裡稀釋法（XiDCOGroup picofLondon,UK)、基于PAC的熱稀釋和其他方法（Vigilance,Baxter;0pti-Q,Abbott; 和TruCCOMS，AorTech)。運些技術(shù)的應(yīng)用有S個主要的假定條件，即，血液和指示劑完全混 合，在注射部位和檢測部位之間沒有指示劑損失，W及血流恒定。指示劑稀釋技術(shù)的相關(guān)錯 誤主要與運些條件的違反有關(guān)，如Lund-Johansen[7-引所討論的。
[0009] 菲克原理直接氧菲克方法（direct0巧genPickapproach)目前是屯、輸出量測 量的標(biāo)準(zhǔn)參照技術(shù)，如Keinanen等巧-10]所討論的。其一般被認(rèn)為是目前可用的最準(zhǔn)確的 方法。NICO(Novamet;rix)系統(tǒng)是一種非侵入性裝置，其利用菲克原理（Fick'sprinciple)， 并且僅依賴于呼吸道氣體測量，如Botero等[11]所述。該方法顯示出在熱稀釋和CO廠重 復(fù)呼吸屯、輸出量之間缺乏一致性，如Nielsson等[12]所述，運是由于未知的患者通氣/灌 注的不等性導(dǎo)致的。
[0010] 生物阻抗和傳導(dǎo)技術(shù)生物阻抗方法是作為一種簡單、低成本的方法被開 發(fā)的，其W非侵入性的方式給出了有關(guān)屯、血管系統(tǒng)和/或身體的水合（脫水）狀態(tài) ((de)-hy化ationsta化S)的信息。多年來，也開發(fā)了多種胸阻抗測量系統(tǒng)。運些系統(tǒng)在 逐博時間的基礎(chǔ)上測定C0。已報道的研究大多效果較差，但是在一些特殊情況中與參照 方法具有較好的相關(guān)性。許多運樣的研究引用胸阻抗方法的不理想的物理原理來解釋其 差異，女曰P曰tterson"Fundament曰Isofimped曰neec曰rdio邑r曰phy",IEEEEngineeringin MedicineandBiology1989 ;35 所述。
[0011] 回波多普勒超聲運種技術(shù)使用超聲和多普勒效應(yīng)來測量屯、輸出量。流過主動脈 的血流速度引起返回超聲波頻率的"多普勒頻移"。位于食管內(nèi)，其回波窗在胸主動脈上的 回波多普勒探頭可用于測量主動脈流速，如Schmidlin等[13]所討論的。主動脈橫截面積 在裝置例如由Deltex Medical化C, Qiichester, UK制造的CardioQ中被呈現(xiàn)，或者例如在 由Arrow International制造的化moSonic裝置中被同時測量。利用運些微創(chuàng)技術(shù)測量的 是主動脈血流，而非屯、輸出量。假設(shè)在主動脈血流和屯、輸出量之間存在固定關(guān)系?；夭ǘ?普勒超聲要求超聲機器的操作者具有平均水平W上的技術(shù)，W獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。 陽012] 動脈搏動波形分析基于搏動波形分析（pulsecontouranalysis)對屯、輸出 量的評估是一種間接方法，因為屯、輸出量不是直接被測量，而是在標(biāo)準(zhǔn)或模型的基礎(chǔ)上 由壓力脈動計算而得到的[14-17]。目前可用的有S種搏動波形方法：PiCCO(Pulsion)、 化IseCO(LiDCO)和Modelflow燈N0/BMI)。所有運S種搏動波形方法都要使用侵入性測量 的動脈血壓，而且它們需要進行校準(zhǔn)。PiCCO通過經(jīng)肺熱稀釋校準(zhǔn)，LiDCO通過經(jīng)肺裡稀釋 校準(zhǔn)，而Modelflow通過平均分布在通氣循環(huán)中的3個或4個傳統(tǒng)熱稀釋測量的平均值來 校準(zhǔn)。
[0013] 近紅外光譜已被用于在動物和人受試者中非侵入性地測量各種生理性質(zhì)。近 紅外光譜的基本原理是生理介質(zhì)例如組織包括多種光吸收（發(fā)色團）和光散射物 質(zhì)，運些光吸收（發(fā)色團）和光散射物質(zhì)可與透過的低能量近紅外光子相互作用。例 如人血液中的脫氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白是400皿至1000皿的光譜范圍內(nèi)的最 主要的發(fā)色團。因此散射光譜已被用于非侵入性地測量生理介質(zhì)中的氧水平，其依 據(jù)的是組織血紅蛋白氧飽和度。散射光譜的技術(shù)背景已在例如化uman，M.R.，化Ise Oximetry:PhysicalPriciples,TechnicalRealizationandPresentLimitations, @ Adv.Exp.Med.Bio. ,vol. 220,p. 135-144, 1987和Severin曲aus,J.W. ,HistoiyandRecent DevelopmentsinPluseOximetry,iScan.J.Clin,andLab.Investigations,vol. 53 ，p. 105-111，1993 中進行了討論。
[0014] 因為組織對于可見光和近紅外光（400nm-1000nm)的高度散射性質(zhì)，難W非侵入 性地應(yīng)用散射光譜來選擇組織內(nèi)的血管計算血氧。因此散射光譜僅被用于測量組織介質(zhì)內(nèi) 動脈、靜脈和毛細(xì)血管的血液的綜合或平均氧合。然而，在許多臨床應(yīng)用中，希望知道具體 血管的血氧。為此，已開發(fā)了多種侵入性方法，其中需要使用必須被插入到祀血管中W進行 測量的導(dǎo)管。
[0015] 上文提及的測量屯、輸出量的技術(shù)中，沒有一種綜合有上文提及的全部八個 "Jansen"標(biāo)準(zhǔn)，并且，因此，沒有一種能夠代替如Jansen等[1引所述的傳統(tǒng)的熱稀釋技術(shù)。 雖然它是高度侵入性的、復(fù)雜的和昂貴的，但是傳統(tǒng)的熱稀釋方法仍然是測量屯、輸出量的 首選方法。鑒于此，非常希望開發(fā)一種準(zhǔn)確、可靠、低成本并易于使用的在臨床環(huán)境下實時 監(jiān)測屯、輸出量的非侵入性方法。 發(fā)巧簡沐
[0017] 本發(fā)明提供了裝置、系統(tǒng)和方法，由此能夠通過對靜脈血流、靜脈血壓和血液成分 包括血氧進行光學(xué)測量，從而W非侵入性的方式連續(xù)監(jiān)測屯、臟參數(shù)。
[0018] 具體地，在本發(fā)明的一個方面，提供了非侵入性測量靜脈血氧（venousblood o巧genation)的裝置，包括：
[0019] -個或多個光源，W發(fā)射400nm至lOOOnm波長范圍內(nèi)的至少兩種不同波長的光， 波長1和波長2 ;
[0020] 一個或多個光探測器，W接收由所述一個或多個光源發(fā)射的波長1和波長2的光， 并將所述光轉(zhuǎn)換為可記錄的輸出，其中所述光由患者組織反射而來或者透射穿過患者組 織，其中發(fā)射和接受波長1的光的光源和光探測器之間的距離與發(fā)射和接受波長2的光的 光源和光探測器之間的距離不同；W及
[0021] 至少一個探頭，其有利于光從所述光源向靠近頸靜脈的患者外部組織部位的傳送 和所述光探測器對所述患者部位反射而來的光或者透射穿過所述患者部位的光的接收。
[0022] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了確定患者靜脈血氧的方法，包括W下步驟：
[0023] 使來自一個或多個光源的具有第一和第二波長的光對準(zhǔn)靠近頸內(nèi)靜脈或頸外靜 脈的患者外部組織部位，所述第一和第二波長不同且選自400-1000nm的波長范圍；
[0024] 使用一個或多個光探測器，在第一和第二波長檢測由所述組織反射而來的光或者 透射穿過所述組織的光，并將檢測到的光轉(zhuǎn)換為第一和第二波長的輸出電流，其中發(fā)射和 接受波長1的光的光源和光探測器之間的距離與發(fā)射和接受波長2的光的光源和光探測器 之間的距離不同；W及
[00巧]使用處理器根據(jù)每一波長的光衰減確定所述患者外部組織部位的衰減校正，并對 測量得到的靜脈血氧應(yīng)用該衰減校正，W確定靜脈血氧。
[00%] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了裝置，包括：
[0027] 至少一個光源，其適于發(fā)射400nm至lOOOnm波長范圍的光；
[0028] 至少一個光探測器，其適于接收由所述光源發(fā)射的光并將所述光轉(zhuǎn)換為可記錄的 輸出，其中所述光由患者組織反射而來或透射穿過患者組織；
[0029] 至少一個探頭，其有利于光從所述光源向靠近頸靜脈的患者外部組織部位的傳送 和所述光探測器對所述患者部位反射而來的光或者透射穿過所述患者部位的光的接收；W 及
[0030] 安裝在所述探頭之上的高度傳感器，所述高度傳感器包括壓力傳感器，該壓力傳 感器通過管與參考貼片相連，其中