專利名稱:血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及人或動(dòng)物患者的血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)。Baxter’s血液動(dòng)力學(xué)和氧合參數(shù)列出了多種身體參數(shù),其中對(duì)于健康患者而言每一個(gè)參數(shù)通常具有正常的范圍值。這些值的偏差對(duì)于治療患者的醫(yī)生而言是有用的工具,其有助于患者病癥的診斷或監(jiān)測(cè)患者的治療或進(jìn)展。
這些參數(shù)在重病特別護(hù)理的情況下是特別有價(jià)值的,其中它們可對(duì)需要注意的患者給出至關(guān)重要的早期警告信號(hào)。
這些參數(shù)中的一些是非常簡(jiǎn)單的,如體溫、質(zhì)量和容量、心率、舒張和收縮血壓、及血氧飽和。然而,有幾個(gè)參數(shù)是較復(fù)雜的,因此需要復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
附圖
示意性地表明哺乳動(dòng)物的血管系統(tǒng)。心臟10有四個(gè)腔,左和右心房(LA,RA)及左和右心室(Lv,Rv)。每個(gè)心房供應(yīng)各自的心室。右心室通過肺動(dòng)脈14將血液供應(yīng)至肺12。
經(jīng)氧合的血液通過肺靜脈16返回到左心房。左心室將血液供應(yīng)到主動(dòng)脈18,再通過連接動(dòng)脈19供應(yīng)至身體20的大部分。氧耗盡的血液通過靜脈21返回,并在最后進(jìn)入右心房前流經(jīng)上腔或下腔靜脈22。
相關(guān)的有四個(gè)基本血壓平均肺動(dòng)脈壓(MPAP)(在14);平均肺毛細(xì)血管楔壓(MPCWP或MPWP),也稱為平均肺動(dòng)脈阻塞壓(在16);中心靜脈壓(CVP)(在22);及平均動(dòng)脈壓(MAP)(在14)。此外,實(shí)際的流量也有重要影響(心臟指數(shù)-CI),從流量可測(cè)定心排血量(CO)。CI是每單位體表面積(平方米)的血流量。心臟指數(shù)及血氧飽和程度可給出有關(guān)患者病癥有價(jià)值的信息及從上述參數(shù)推導(dǎo)出的其它參數(shù),如血管阻力、心搏出量和搏出功等。
平均動(dòng)脈血壓是最易測(cè)量的,因?yàn)楫?dāng)通常取得人的血壓時(shí)就可測(cè)量平均動(dòng)脈血壓。MAP由下式給出MAP=(ASP+2.ADP)3----I]]>其中ASP是動(dòng)脈收縮壓,ADP是動(dòng)脈舒張壓。此公式假定心臟操作正常,對(duì)于每一次心臟循環(huán)三分之一是心臟收縮期,三分之二是心臟舒張期。然而,其它的三個(gè)壓力難于測(cè)量,到目前為止已用插值法對(duì)結(jié)果進(jìn)行了很大程度的直接處理,但其精確度受到置疑。
當(dāng)前,導(dǎo)管是有用的,其包括柔性管及各種壓力和溫度傳感器,在柔性管尖端設(shè)有可膨脹的氣囊。導(dǎo)管被插進(jìn)堅(jiān)固的靜脈21,并反饋到心臟。插入后氣囊膨脹,從而通過血流傳遞,直到其進(jìn)入右心房并穿過右心室,然后進(jìn)入肺動(dòng)脈16,其中氣囊楔入進(jìn)肺動(dòng)脈的第一或第二分區(qū)。
當(dāng)氣囊收縮時(shí),傳感器直接測(cè)量肺動(dòng)脈壓,并與上面公式I相似地計(jì)算出MPAP。
當(dāng)氣囊膨脹時(shí),檢測(cè)距心臟較遠(yuǎn)端的氣囊壓力,并記作MPCWP,或至少以有希望可再現(xiàn)的方式作為MPCWP的預(yù)示。CVP記作MAP和其它參數(shù)的任意比例,但其通常也可使用CVP導(dǎo)管以非侵入方式直接測(cè)量。
使用熱稀釋法通過將固定量的冷液體注入進(jìn)導(dǎo)管而測(cè)量心排血量,冷液體可沿導(dǎo)管中的溫度傳感器逆流地退出導(dǎo)管。通過監(jiān)測(cè)溫度的升高,落下的速率,外推曲線圖下方的面積可表明血流量的速率。
這種裝置的問題在于首先需要相當(dāng)大的技巧在第一位置插入導(dǎo)管,更不用說插入導(dǎo)管對(duì)心臟的危害。其次,不能平行監(jiān)測(cè)上述的三個(gè)參數(shù),即MPAP、MPCWP和CI/CO,頭兩個(gè)可選擇地測(cè)量,而第三個(gè)是在窗口時(shí)間彼此10%內(nèi)的至少三次測(cè)量的平均值。然而,平行監(jiān)測(cè)是可能的,但是需要設(shè)計(jì)更復(fù)雜的導(dǎo)管及知道冷液體的注入體積速率常數(shù)。然而,在任何情況下,對(duì)于所進(jìn)行的測(cè)量和對(duì)其計(jì)算而得的參數(shù)的精確度都有嚴(yán)重的懷疑。醫(yī)生僅傾向于使用得到的結(jié)果指導(dǎo)或證實(shí)使用其它方法的診斷及可能需要的治療類型。
測(cè)量心排血量的一種可選擇方法是利用Doppler Oesophogealprobe(多普勒食管探測(cè)器),但是它只能測(cè)定心排血量和心臟指數(shù)。
然而,需要一種測(cè)定這些必要的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的更簡(jiǎn)單和更可靠的方法,本發(fā)明的目的就是提供這樣的方法。
本發(fā)明基于兩個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。第一個(gè)是公知的即在心臟四個(gè)部分中的血流量一定是相同的。然而,現(xiàn)在已認(rèn)識(shí)到這種事實(shí)導(dǎo)致下面的關(guān)系式
MPAP=f(MAP,CVP) IIMPCWP=f(MPAP,CVP) III第二個(gè)新的認(rèn)識(shí)在于血流速率表現(xiàn)出是心率平方的函數(shù)(事實(shí)上是心率平方的倒數(shù))。這導(dǎo)致下面的關(guān)系式CI=f(HR2,CVP,T) IV其中HR是心率,T是體心溫度。
由此,需要被測(cè)量從而能夠測(cè)定必要的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的僅有參數(shù)是MAP、HR、CVP和T,其余的參數(shù)MPAP、MPCWP和CI可從它們測(cè)定。
因此,本發(fā)明的第一方面是提供一種未經(jīng)直接測(cè)量而通過測(cè)量或測(cè)定CVP、MAP和/或HR及T并應(yīng)用下面關(guān)系式中的一個(gè)或多個(gè)來測(cè)定MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)的方法MPAP=f(MAP,CVP);MPCWP=f(MPAP,CVP);及CI=f(CVP,HR2,T),其中MPAP、MPCWP、CI、MAP、CVP、HR及T按如上所定義的。
本發(fā)明的另一方面是提供一種測(cè)定MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)的設(shè)備,其包括測(cè)量或測(cè)定CVP、MAP和/或HR及T的裝置,及解析下面關(guān)系式中的一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算裝置MPAP=f(MAP,CVP);MPCWP=f(MPAP,CVP);及CI=f(CVP,HR2,T),其中MPAP、MPCWP、CI、MAP、CVP、HR及T按如上所定義的。
上述關(guān)系式中的方程實(shí)例是MPAP=(a1×MAP)+CVP-k1VMPCWP=(a2×MPAP)+CVP-k2VICI=KT.CVPHR2----VII]]>其中a1和a2是常數(shù);k1和k2是根據(jù)CVP和MAP的值而變化的常數(shù);
MAP和CVP以mmHg進(jìn)行測(cè)量;T是攝氏度;及HR是次數(shù)/分鐘;CI是升/平方米/分鐘;及K是可變常數(shù),其值取決于CVP和HR的值為0~1000。
優(yōu)選地,a1和a2每一個(gè)獨(dú)自地為0.01~1.0,更優(yōu)選為0.10~0.25,或許為0.15~0.20。
優(yōu)選地,對(duì)于MAP小于58mmHg而言k1=0; Va但是對(duì)于MAP等于或大于58mmHg而言k1=10×INT[(MAX{(MAP-109),(CVP-7),0})/10]) Vb其中MAX{x,y,z}=x、y和z這三項(xiàng)中最大的;及INT[x]=x的整數(shù)部分。
優(yōu)選地k2=10×INT[CVP-7/10] VIa當(dāng)K值選自下面的表1時(shí)上面的公式VII最適用。
表1
優(yōu)選地,所述的設(shè)備包括接收測(cè)量的MAP、CVP、T及HR值的裝置,及輸出用上面的公式V、VI和VII計(jì)算出的參數(shù)MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)并優(yōu)選輸出所有的裝置。優(yōu)選地所用的K值是按上面表1中列出的。
上述的公式是從下面表2所示的用于測(cè)定心臟指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)生理學(xué)公式的圖和下面表3所示的MPAP和MPCWP的生理學(xué)流程圖得出的。表2和表3都是從生理學(xué)研究和試驗(yàn)得來的。
優(yōu)選地,所述的設(shè)備還包括中心靜脈壓傳感導(dǎo)管,其能夠插進(jìn)患者身體中的主要靜脈,并能夠在或接近進(jìn)入心臟右心房的容器中監(jiān)測(cè)壓力。
這種程序比包括通過心臟的通道的程序更簡(jiǎn)單,并且對(duì)患者的危險(xiǎn)性更小。
事實(shí)上,通過相對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)參數(shù)MAP、CVP、HR和T的測(cè)量及其它常規(guī)的測(cè)量,如體重和身高、氧飽和等,現(xiàn)在可以測(cè)定上述的參數(shù)、心排血量及多種其它有用的參數(shù)。例如,在Baxter’s血液動(dòng)力學(xué)和氧合參數(shù)中的多種參數(shù),如全身或肺血管阻力。
參照表2,其代表欲用來計(jì)算CI的公式圖(取決于測(cè)量的CVP和HR值)。
可以理解,計(jì)算領(lǐng)域所屬技術(shù)人員對(duì)于實(shí)施此設(shè)備不存在困難,其可依據(jù)測(cè)量的CVP和HR值選擇適合的公式,并輸出心臟指數(shù)值。如果也輸入身高和體重,那么從下面的關(guān)系式可以很容易地計(jì)算出心排血量(CO)。
CO=BSA×CI VIII其中CO的單位是升/分鐘,BSA是體表面積,單位是平方米。BSA可從體重(WT)和身高(HT)來測(cè)定,其經(jīng)驗(yàn)公式為BSA=0.17Ht.Wt----IX]]>其中Ht的單位是米,Wt的單位是千克。
由于在某些范圍間有重疊(可預(yù)期在不同的形勢(shì)下適合不同的生理?xiàng)l件),所以或者基于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)范圍中的K值,或者使用K的中間數(shù)字。事實(shí)上,上面表1中的值代表了范圍重疊。此外,給定上面的公式VII,所述的設(shè)備可以包括與上面表1中的K值結(jié)合的查找表,從而一旦輸入CVP和HR值后,選擇適合的K值并應(yīng)用在上面的公式VII中就可以計(jì)算出CI。
表2用“K”值測(cè)定心臟指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)生理學(xué)公式的圖 在分界點(diǎn)處最適合并被所用的子集號(hào)碼分開表3 MPAP & MPWP的生理學(xué)流程圖
由此可清楚地看出表1或者可在一個(gè)方向或兩個(gè)方向擴(kuò)展,(即應(yīng)用較小的因此更大范圍的CVP和HR值),或可被縮小。很清楚這僅是精確的問題。相似地,表中給出的K的絕對(duì)值某種程度上是任意的,其可能根據(jù)不同參數(shù)間的關(guān)系不時(shí)地調(diào)整,從而可適用于不同的情況。
參照表3,此流程圖同樣容易按計(jì)算項(xiàng)進(jìn)行,并由上面的公式Va、Vb和VIa代表。
此程序從100、102的兩個(gè)輸入開始,第一個(gè)100是通過任何合適的裝置檢測(cè)的動(dòng)脈血壓,從中可立即推導(dǎo)出MAP 104。第二個(gè)是CVP,其優(yōu)選用如上所述的導(dǎo)管測(cè)量出。
MPAP基本上為MAP的10%~20%加上CVP再減去根據(jù)CVP和MAP值測(cè)定的校正因子。
同樣地,MPCWP(表3中也稱為MPWP)基本上為MPAP的10%~20%加上CVP再減去根據(jù)CVP值測(cè)定的校正因子。
這兩種程序都能簡(jiǎn)化成上面的公式Va、Vb和VIa。應(yīng)該特別注意的是,MAP和CVP都超過正常限度的增加會(huì)引起MPAP和MPCWP的值下降,但是如果MAP和CVP都在正常值以上卻不會(huì)有累積作用。然而,應(yīng)使用這兩個(gè)變量中的較大者計(jì)算這種下降。
此外,公式Vb和VIa及表3表明各個(gè)MPAP和MPCWP測(cè)定值以10mmHg的調(diào)整隨MAP和/或CVP增加。然而,可用不同的任意數(shù)量級(jí)進(jìn)行調(diào)整。事實(shí)上此處應(yīng)用的是累積調(diào)整,而不是逐步調(diào)整。
應(yīng)該記住本發(fā)明的基本方面是對(duì)下面的理解本文所指的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的有用的代表性近似值可以從公式II、III和IV所示的歸納出的關(guān)系式得到,其中公式V(a和b)、VI(a)和VII或表2和表3是當(dāng)前最接近的。進(jìn)一步研究可以細(xì)化這些公式中的任意一個(gè),從而在特定情況下提供更精確的MPAP、MPCWP和CI值。
事實(shí)上,本文沒有試圖解釋為什么這種關(guān)系看起來是正確的,因?yàn)檫@種理論對(duì)本發(fā)明沒有意義。
盡管侵入式測(cè)量CVP的方法是已知的,但是也可應(yīng)用非侵入式方法,如應(yīng)用CVP的替代值,例如頸靜脈壓。當(dāng)患者肺收縮時(shí),CVP基本上升高,從而壓力脈沖反饋回頸靜脈,因此可在頸表面進(jìn)行檢測(cè)。零點(diǎn)之上的脈沖高度的簡(jiǎn)單測(cè)量表明了CVP。
按這種方式幾乎可以確定所有的常用血液動(dòng)力學(xué)參數(shù),而不用進(jìn)入身體。
此外,由于本發(fā)明所用的方法是真正連續(xù)的,因此可以以較少的侵入式或非侵入式方式來控制響應(yīng)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)所需的治療設(shè)備。明顯的應(yīng)用是心臟起搏器。用于在身體內(nèi)監(jiān)測(cè)CVP、T和HR的探測(cè)器可與處理器相連,然后處理器按本文所述的公式測(cè)定適合的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。然后,這種參數(shù)本身被用來控制起搏器的操作。
其它的可能應(yīng)用例如包括藥物輸送系統(tǒng)及用于新研發(fā)的電話遠(yuǎn)距離醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。下面的表4表明使用Pac(肺動(dòng)脈導(dǎo)管(SWan-Ganz)-熱稀釋法)和CCDM(本發(fā)明的連續(xù)心臟動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)公式)進(jìn)行的五組測(cè)量,并對(duì)患者給出測(cè)量結(jié)果,此患者是指進(jìn)行過心臟外科手術(shù)并剛剛移走體外旁通機(jī)器(extracorporeal bypass machine)。
表4
在表中縮寫CI和MPAP與上面所述的具有相同意義。MPWP指平均肺楔壓,ART sys指動(dòng)脈收縮壓,ART dys指動(dòng)脈舒張壓,CVP指中心靜脈壓,HR指心率。表4中的數(shù)據(jù)表明本發(fā)明方法可提供至少與熱稀釋法所提供的相一致的結(jié)果。在半小時(shí)和兩小時(shí)后重復(fù)測(cè)量,得到相似的結(jié)果,這表明患者處于穩(wěn)定的狀態(tài)。
醫(yī)務(wù)人員特別感興趣于對(duì)血液動(dòng)力學(xué)趨勢(shì)的追蹤而不是一系列單獨(dú)的測(cè)量,也就是說確定治療方案是否有效。
最后,盡管本文結(jié)合人類患者的循環(huán)系統(tǒng)中的流速說明了本發(fā)明,但是本發(fā)明可應(yīng)用于其它的器官,如胃、肝等。此外,等效的公式可應(yīng)用于其它的哺乳動(dòng)物和可能的其它脊椎動(dòng)物。由此,至少在哺乳動(dòng)物中這種公式有助于獸醫(yī)治療。
本發(fā)明所涉及的所有生理學(xué)參數(shù),即心率、中心靜脈壓、平均動(dòng)脈壓及體溫可從一個(gè)生理學(xué)極端變化到另一個(gè)極端。
在每組公式中的所有常數(shù),例如對(duì)心臟指數(shù)而言,平均肺動(dòng)脈壓及平均肺楔壓或阻塞壓可以在很大范圍內(nèi)變化,例如為-10~1000。
權(quán)利要求
1.一種通過測(cè)量或測(cè)定CVP、MAP和/或HR及T并應(yīng)用下面關(guān)系式中的一個(gè)或多個(gè)來測(cè)定MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)的方法MPAP=f(MAP,CVP); IIMPCWP=f(MPAP,CVP);及 IIICI=f(CVP,HR2,T), IV其中MPAP、MPCWP、CI、MAP、CVP、HR及T按如上所定義的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述關(guān)系式II、III和/或IV分別包括MPAP=(a1×MAP)+CVP-k1VMPCWP=(a2×MPAP)+CVP-k2VICI=KT.CVPHR2----VII]]>其中a1和a2是常數(shù),每一個(gè)獨(dú)自地優(yōu)選為0.01~1.0,更優(yōu)選為0.10~0.25,或許為0.15~0.20;k1和k2是優(yōu)選根據(jù)CVP和MAP的值而變化的常數(shù);MAP和CVP以mmHg進(jìn)行測(cè)量;T是攝氏度;及HR是次數(shù)/分鐘;CI是升/平方米/分鐘;及K是可變常數(shù),其值取決于CVP和HR的值為10~100。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其中對(duì)于MAP小于58mmHg而言k1=0;Va但是對(duì)于MAP等于或大于58mmHg而言k1=10×INT[(MAX{(MAP-109),(CVP-7),0})/10]) Vb其中MAX{x,y,z}=x、y和z這三項(xiàng)中最大的;INT[x]=x的整數(shù)部分。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法,其中k2=10×INT[CVP-7/10]。
VIa
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的方法,其中K選自下表表1
6.一種測(cè)定MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)的設(shè)備,其包括測(cè)量或測(cè)定CVP、MAP和/或HR及T的裝置,及解析下面關(guān)系式中的一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算裝置MPAP=f(MAP,CVP); IIMPCWP=f(MPAP,CVP);及 IIICI=f(CVP,HR2,T),IV其中MPAP、MPCWP、CI、MAP、CVP、HR及T按如上所定義的。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備,其中所述關(guān)系式II、III和/或IV分別包括MPAP=(a1×MAP)+CVP-k1VMPCWP=(a2×MPAP)+CVP-k2VICI=KT.CVPHR2----VII]]>其中a1和a2是常數(shù),每一個(gè)獨(dú)自地優(yōu)選為0.05~0.3,更優(yōu)選為0.10~0.25,或許為0.15~0.20;k1和k2是優(yōu)選根據(jù)CVP和MAP的值而變化的常數(shù);MAP和CVP以mmHg進(jìn)行測(cè)量;T是攝氏度;及HR是次數(shù)/分鐘;CI是升/平方米/分鐘;及K是可變常數(shù),其值取決于CVP和HR的值為0~1000。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備,其中對(duì)于MAP小于58mmHg而言k1=0; Va但是對(duì)于MAP等于或大于58mmHg而言k1=10×INT[(MAX{(MAP-109),(CVP-7),0})/10]) Vb其中MAX{x,y,z}=x、y和z這三項(xiàng)中最大的;INT[x]=x的整數(shù)部分。
9.如權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備,其中k2=10×INT[CVP-7/10]。VIa
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的設(shè)備,其中K選自下表表1
11.如權(quán)利要求6~10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,包括接收測(cè)量的MAP、CVP、T及HR值的裝置,及輸出用所述公式計(jì)算出的參數(shù)MPAP、MPCWP和CI中的至少一個(gè)并優(yōu)選輸出所有的裝置。
12.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求11所述的設(shè)備,當(dāng)僅附屬于權(quán)利要求6時(shí),其中所述的關(guān)系式IV從上面表2中的用于測(cè)定心臟指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)生理學(xué)公式的圖中得出。
13.如權(quán)利要求6或者權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備,當(dāng)僅附屬于權(quán)利要求6時(shí),其中所述的關(guān)系式II和/或III從上面表3中的MPAP和MPCWP的生理學(xué)流程圖中得出。
14.如權(quán)利要求6~13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,還包括中心靜脈壓傳感導(dǎo)管,其能夠插進(jìn)患者身體中的主要靜脈,并能夠在或接近進(jìn)入心臟右心房的容器中監(jiān)測(cè)壓力。
15.如權(quán)利要求6~14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,還包括顯示基于所述的測(cè)量和公式而得的MPAP、MPCWP和/或CI值的顯示裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備,還包括計(jì)算并顯示基于MAP、CVP、HR、T、MPAP、MPCWP和/或CI而得的其它血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的裝置。
17.基本上如文中所述并結(jié)合其中所包括的公式和/或表的方法及設(shè)備。
18.一種連續(xù)非侵入式血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)方法,包括按下面公式測(cè)定CVP值。CVP=(ASP+2.ADP)3×K]]>
19.如權(quán)利要求18所述的方法,其中K在0~100%間變化。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其中K約為17.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了從中心靜脈壓(CVP)、平均動(dòng)脈壓(MAP)、心率(HR)及體心溫度(T)按下面的關(guān)系式測(cè)定平均肺動(dòng)脈壓(MPAP)、平均肺毛細(xì)血管楔壓(MPCWP)及心臟指數(shù)的方法或設(shè)備MPAP=(a×MAP)+CVP(對(duì)于MAP<58),Va;或MPAP=(a×MAP)+CVP-10×INT[(MAX{(MAP-109),(CVP-7),0})/10])(對(duì)于MAP>58),Vb;MPCWP=(b×MPAP)+CVP-10×INT[CVP-7/10],VI;及CI=K(T·CVP/HR
文檔編號(hào)A61B5/0215GK1592595SQ02822277
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者肯·沃林-戴維斯 申請(qǐng)人:麥迪克斯有限公司