專利名稱：：利用呼出氣體CO₂分壓監(jiān)測估算動脈血CO₂分壓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種臨床呼吸監(jiān)測技術(shù)，更具體地說，它涉及一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法，本發(fā)明還涉及實現(xiàn)上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
：慢性阻塞性肺病(COPD)是一種具有氣流受限特征的疾病，氣流受限不完全可逆、呈進行性發(fā)展，與肺部對有害氣體或有害顆粒的異常炎癥反應(yīng)有關(guān)。隨著COPD的進展，外周氣道阻塞、肺實質(zhì)破壞及肺血管的異常等減少了肺氣體交換容量，產(chǎn)生低氧血癥，以后可出現(xiàn)高呼吸型酸血癥。血氣分析檢查對COPD急發(fā)及晚期病人十分重要。但其操作的有創(chuàng)性不但增加了病人的痛苦、醫(yī)護人員的工作量，而且其結(jié)果欠缺快速性和直觀性，并且不能實現(xiàn)適時動態(tài)監(jiān)測。無創(chuàng)的血氧飽和度監(jiān)測等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床，大大地方便了臨床醫(yī)療的工作。呼氣末二氧化碳分壓(end-tidalC02pressure,PETC02)作為重要的無創(chuàng)呼吸監(jiān)護指標(biāo)亦已在臨床中廣泛應(yīng)用。呼氣末二氧化碳分壓通常是指潮氣呼氣末呼出氣的二氧化碳分壓。這部分氣體主要來源于肺泡，所以PetC02主要反映所有通氣的肺泡氣二氧化碳分壓(PAC02)的平均值。組織細(xì)胞在代謝過程中產(chǎn)生的二氧化碳(C02)由體循環(huán)靜脈血經(jīng)肺動脈彌散到肺泡氣，而后隨呼氣排出。其彌散方向取決于二氧化碳分壓(PC02)的高低。正常生理時，組織細(xì)胞內(nèi)PC02的最高，一般不致>10.913.3kPa，混合靜脈血和肺動脈血PC02的一般<8.0kPa，后者在與肺泡氣彌散平衡的歷程中，最后PAC02和動脈血二氧化碳分壓(ArterialC02Pressure，PaC02)常常幾乎相等。每個肺泡的PAC02不一樣，血流少，通氣多的PAC02較低；而通氣少，血流多的PAC02相應(yīng)較高。PaC02反映有血流灌注的PAC02平均值。正常人，肺泡氣與肺毛細(xì)血管的血液的PC02達(dá)到充分平衡，所以PETC02與動脈血二氧化碳分壓(PaC02)非常接近，PETCO2"PACO2"PaC02,為5.1土0.2kPa。許多學(xué)者研究表明，心肺功能正常的病人，只要不產(chǎn)生肺泡死腔增大，血流動力學(xué)保持穩(wěn)定，則PETC02與PaC02密切相關(guān)，臨床以PETC02來估計PaC02，從而達(dá)到無創(chuàng)監(jiān)測PaC02的目的。但在病理狀態(tài)下，肺泡通氣與肺血流(V/Q)失調(diào)及分流(Qs/Qt)的變化，PETC02就不能代表PaC02。影響氣體彌散的各項因素，包括無效腔量/潮氣量(VD/VT)、通氣/血流比(V/Q)、右到左分流(Qs/Qt)以及肺順應(yīng)性等，均影響PaC02與PaC02之間的梯度(A-aDC02)。在正常人，呼出氣C02曲線可分為I、II、m三個部分(參閱圖16中所示)第一部分是吸氣末解剖死腔(包括檢測儀器的機械死腔)內(nèi)的氣體，不含的C02,組成呼出氣初期二氧化碳分壓(PaC02)接近0的部分；第二部分是死腔與肺泡氣的混和氣體，此時PaC02急劇上升，形成陡直升高的斜坡；第三部分是肺泡C02，其變化甚小，PC02形成平段，正常人基本與PaC02相重合。慢性阻塞性肺病(COPD)患者第三部分PC02不形成平段，(參閱圖17中所示，為慢性阻塞性肺病合并II型呼衰患者)，同樣分為I'、II、m三個部分，由圖17可見，在有呼吸衰竭的COPD病人中，PetC02往往低估PaC02水平，影響其臨床上的應(yīng)用。在我們的實驗中發(fā)現(xiàn)COPD患者，特別是有C02潴留的COPD患者，其呼出氣PC02隨著呼氣時間的延長而逐漸增加，早期呼出氣PC02低于PaC02，而延長呼氣后期呼出氣PC02有可能超過PaC02。這與我們的預(yù)實驗一致。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，本申請的發(fā)明人利用二氧化碳分析儀監(jiān)測呼吸周期中呼氣末二氧化碳分壓變化，記錄二氧化碳圖形(Capnography)，顯示呼氣末二氧化碳分壓，并通過Origin、Excel等軟件對所測二氧化碳分壓/時間曲線進行數(shù)據(jù)分析，曲線擬合，建立數(shù)學(xué)模型，探討平靜呼氣和延長呼氣的二氧化碳分壓/時間曲線的相似性及其分別與PaC02的關(guān)系成為可能。并制造出簡單便攜的更能反映真正PaC02，特別是能真正反映COPD病人的呼氣末二氧化碳監(jiān)測儀器，目前國內(nèi)外文獻(xiàn)無類似實驗的報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無創(chuàng)、可動態(tài)監(jiān)測估算動脈血C02分壓，特別對有II型呼吸衰竭的COPD病人的無創(chuàng)性疾病檢測的一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種實現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明的前一目的是這樣實現(xiàn)的一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法，包括下述步驟(1)利用二氧化碳分析監(jiān)測儀對呼氣流速、時間和二氧化碳分壓PC02進行實時采集，并輸入計算機；(2)計算機對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，并分別記錄流速/時間曲線、PC02/時間曲線、峰流速和流速/時間曲線的瞬時斜率；(3)當(dāng)瞬時流速為峰流速的(22.25±0.08)%或流速/時間曲線的瞬時斜率為0.13士0.19時，(a)該瞬時流速所對應(yīng)的C02分壓和該瞬時斜率所對應(yīng)的C02分壓相差在±5%范圍內(nèi)時，瞬時流速所對應(yīng)的(:02分壓和瞬時斜率所對應(yīng)的C02分壓的平均值，即基本與動脈血C02分壓相同；(b)該瞬時流速所對應(yīng)的C02分壓和該瞬時斜率所對應(yīng)的<:02分壓相差超過±5%范圍內(nèi)時，則對co2分壓/時間曲線進行數(shù)學(xué)模型擬合，估算出相應(yīng)的動脈血C02分壓。上述的利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法中，步驟(1)可采用平靜呼氣或者延長呼氣法。:上述利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法中，步驟(3)(b)中所述的PC02/時間曲線擬合公式為y=y0+Alx[l—eWt"]+A2x[l—e^t"]，擬合時間x為5秒，式中y為PC02，單位kPa;Al、tl、A2、t2均為常數(shù)，y0為平靜呼氣末的PC02。本發(fā)明的后一目的是這樣實現(xiàn)的一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀；計算機有中心處理器、存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，二氧化碳分析監(jiān)測儀與計算機的數(shù)據(jù)存儲器連接，數(shù)據(jù)存儲器與計算機的中心處理器連接，其中所述計算機的存儲器設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀輸入的數(shù)據(jù)存儲空間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L及依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M。上述利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置也可以這樣實現(xiàn)包括與計算機連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀；計算機有中心處理器、存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，二氧化碳分析監(jiān)測儀與計算機的數(shù)據(jù)存儲器連接，數(shù)據(jù)存儲器與計算機的中心處理器連接，其中所述計算機的存儲器設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬時斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間U、二氧化碳-時間曲線擬合公式存儲空間V及時間存儲空間W。"上利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置還可以這樣實現(xiàn)包括與計算機連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀；計算機有中心處理器、存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，二氧化碳分析監(jiān)測儀與計算機的數(shù)據(jù)存儲器連接，數(shù)據(jù)存儲器與計算機的中心處理器連接，其特征在于所述計算機的存儲器設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀輸入的數(shù)據(jù)存儲空間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L、依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M和二氧化碳分析監(jiān)測儀輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬吋斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間.U、二氧化碳-時間曲線擬合公式存儲空間V及時間存儲空間W。v本發(fā)明的上述第一種裝置對于能夠做延長呼氣的人，效果好，但是不適宜用于不能做延長呼氣的人；第二種裝置適用于不能做延長呼氣的人。第三種裝置將上述兩種裝置聯(lián)合起來形成的，既對能夠做延長呼氣的人，效果好，又能適用于不能做延長呼氣的人。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述優(yōu)點(1)本發(fā)明的方法是利用對呼氣體的流速、PC02的適時監(jiān)測，通過計算機處理，當(dāng)呼出氣流速下降到峰流速(PEF)的(22.25±0.08)%的時，或流速斜率下降到0.13±0.19時，在PC02/時間曲線的相應(yīng)時間點上可得到PETC02，實現(xiàn)PaC02的無創(chuàng)動態(tài)連續(xù)監(jiān)測。(2)本發(fā)明的方法可為臨床COPD病人中通過延長呼氣法測定PETC02，可預(yù)測PaC02和反映其動態(tài)變化，用于無創(chuàng)監(jiān)測COPD患者的PaC02動態(tài)變化，具有重要的臨床應(yīng)用價值。(3)本發(fā)明還可以通過對二氧化碳分壓/時間曲線的擬合分析，對COPD病人中，平靜呼氣與延長呼氣法測定PETC02—樣，可較準(zhǔn)確地估計PaC02，對于無創(chuàng)監(jiān)測COPD患者，特別是重度COPD患者的PaC02，更具有重要的臨床應(yīng)用價值。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。圖l是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明的運行邏輯方框圖；圖5是正常人平靜與延長呼氣C02濃度監(jiān)測曲線的比較圖；圖6是COPD患者平靜與延長呼氣C02濃度監(jiān)測曲線的比較圖；圖7是COPD實驗組治療前PETC02(Q)、PETC02(P)和PaC02的比較圖；圖8是COPD實驗組治療前PaC02和PETC02(P)治療相關(guān)曲線圖；圖9是COPD實驗組治療前PETC02(Q)、PETC02(P)和PaC02差值的比較圖；圖10是COPD實驗組治療前PETCO2(P))和PETC02(Q)變異系數(shù)的比較圖；圖11是COPD實驗組PaC02和PETC02治療前后差值的相關(guān)曲線圖；圖12是二氧化碳分壓/時間曲線及其擬合曲線圖(PaC02=7.99kPa);圖13是PaC02和外推時間時Yp、Yq的比較圖；圖14是PaC02和外推斜率時Yp、Yq的比較圖；圖15是本發(fā)明流速/時間曲線、流速瞬間斜率/時間曲線和二氧化碳分壓/時間曲線圖；圖16是正常人呼氣的PC02/時間曲線圖；圖n是慢性阻塞性肺病合并II型呼衰患者呼氣的PC02/時間曲線圖。具體實施方式實施例1參閱圖l所示，本發(fā)明的一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機PC連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀1;計算機PC有中心處理器A、存儲器DISK和數(shù)據(jù)存儲器Z，二氧化碳分析監(jiān)測儀1與計算機PC的數(shù)據(jù)存儲器Z連接，數(shù)據(jù)存儲器Z與計算機PC的中心處理器A連接，計算機PC的存儲器DISK設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀1輸入的數(shù)據(jù)存儲空間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L及依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M;本實施例可用于能夠做延長呼氣的人動態(tài)PaC02監(jiān)測，效果好。實施例2參閱圖2所示，本發(fā)明的另一種利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機PC連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀1;計算機PC有中心處理器A、存儲器DISK和數(shù)據(jù)存儲器Z，二氧化碳分析監(jiān)測儀1與計算機PC的數(shù)據(jù)存儲器Z連接，數(shù)據(jù)存儲器Z與計算機PC的中心處理器A連接，計算機PC的存儲器DISK設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀l輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬時斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間U、二氧化碳-時間曲線擬合公式存儲空間V及時間存儲空間W。本實施例適用于不能做延長呼氣的人動態(tài)PaC02監(jiān)測估算，效果好。實施例3參閱圖3所示，本發(fā)明的利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機PC連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀1;計算機PC有中心處理器A、存儲器DISK和數(shù)據(jù)存儲器Z,二氧化碳分析監(jiān)測儀1與計算機PC的數(shù)據(jù)存儲器Z連接，數(shù)據(jù)存儲器Z與計算機PC的中心處理器A連接，計算機PC的存儲器DISK設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀l輸入的數(shù)據(jù)存儲空間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L、依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M和二氧化碳分析監(jiān)測儀1輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬時斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間U、二氧化碳-時間曲線擬合公式存儲空間V及時間存儲空間W。本實施例是將實施例1和實施例2的兩種裝置聯(lián)合起來形成的，既對能夠做延長呼氣的人，效果好，又能適用于不能做延長呼氣的人。參閱圖4所示，本發(fā)明的工作過程為，方框2代表開始；方框3代表讀入Flow-t數(shù)據(jù)，即為采集的呼出氣體流速；方框4代表求出PEF，即為呼出氣體的峰值；方框5代表讀入Flow-t數(shù)據(jù)；方框6代表Flown是否等于(22.25±0.08)%XPEF;方框7代表Vn二(Datan+Datan+1+Datan+2+Datan+3+Datan+4)/5，即為當(dāng)前流速及其隨后四點平均值；方框8代表PETC02(flow)=Vn;方框9代表讀入Flow-t數(shù)據(jù)；方框10代表；Kf=(Flown—Flown-1)/(tn—tn-l)，即為流速瞬時斜率；方框11代表Kf是否等于0.13±0.19;方框12代表Vn=(Datan+Datan+l+Datan+2+Datan+3+Datan+4)/5,即為當(dāng)前、流速及其隨后四點平均值；方框13代表PETC02(Kf)=Vn;方框14代表PETC02(flow)是否等于(100±5)%XPETC02(Kf);方框15代表PETC02=(PETC02(flow)+PETC02(Kf))/2;方框16代表讀入PC02/t數(shù)據(jù)，即為二氧化碳壓力數(shù)據(jù)；方框17代表Kn=(Vn+50—Vn-l)/(tn+50—tn》，即為二氧化碳壓力瞬時斜率；方框18代表K^^K^，當(dāng)前序列號為n的瞬時斜率大于序列號為n—1的瞬時斜率；方框19代表n》500即為測量點序列號；方框20代表Kn》0.64;方框21代表PETCO2=V500，序列號為500的瞬時斜率所對應(yīng)的二氧化碳壓力數(shù)據(jù)及其隨后四點的平均值；方框22代表Y-Fit平滑處理，即為采用公式y(tǒng)-yO+Alx[l—e(D]+A2x[l—e(^)]進行數(shù)據(jù)擬合，式中y為PC02，單位kPa;Al、tl、A2、t2均為常數(shù)，y0為平靜呼氣末的PC02;常數(shù)A1、tl、A2、t2的具體數(shù)據(jù)因人而異，其具體數(shù)值是根據(jù)平靜呼氣曲線，用y-yO+Alx[l-e^"]+A2x[l—e^②]公式取多個點求取而出；方框23代表PETC02=Y，即為輸入時間x等于5(根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析所得)；方框24代表結(jié)束。具體工作時，參閱圖1和圖4所示，利用二氧化碳分析監(jiān)測儀1對病人呼出的PC02進行實時采集，將采集的數(shù)據(jù)輸入計算機PC的存儲器DISK的B區(qū)間中，即方框2;中心處理器A從存儲器DISK的B區(qū)間中讀取數(shù)據(jù)，即方框3，通過中心處理器A從存儲器DISK的E區(qū)間中讀入計算模型求出PEF，即方框4，將所求值存于計算機PC的存儲器DISK的F區(qū)間中，中心處理器A又從存儲器DISK的B區(qū)間中讀取數(shù)據(jù)，即方框5和存儲器DISK的G區(qū)間中讀取判斷條件與存儲器DISK的F區(qū)間中的值進行比較，即方框6，經(jīng)中心處理器A處理，如果滿足存儲器DISK的G區(qū)間的判斷條件(22.25±0.08)%XPEF,則中心處理器A從存儲器DISK的H區(qū)間讀入公式(Datan+Datan+1+Datan+2+Datan+3+Datan+4)/5,利用存儲器DISK的B區(qū)間中數(shù)據(jù)代入上述公式求出Vn，即方框7，將所求值存于計算機PC的存儲器DISK的I區(qū)間中，即方框8，中心處理器A再次從存儲器DISK的B區(qū)間中讀取數(shù)據(jù)，即方框9，并將其帶入中心處理器A從存儲器DISK的J區(qū)間中讀取瞬時斜率公式(Flown—Flow^)/(tn—U中，求出Kf，即方框10，然后中心處理器A將求出的Kf和從存儲器DISK的K區(qū)間讀取判斷條件Kf是否等于0.13土0.19進行比較，判斷是否滿足條件，即方框11，若滿足，則中心處理器A利用存儲器DISK的H區(qū)間中公式進行計算求出相對應(yīng)的Vn，即方框12，將其存于計算機PC的存儲器DISK的L區(qū)間中，即方框13，否則繼續(xù)讀數(shù)，即返回方框9，然后中心處理器A根據(jù)存儲器DISK的L區(qū)間和存儲器DISK的I區(qū)間中的值與從存儲器DISK的M區(qū)間中讀入條件進行處理，即方框14，如果滿足條件，中心處理器A從存儲器讀入求平均值的數(shù)學(xué)模塊計算存儲器DI^K的L區(qū)間和存儲器DISK的I區(qū)間中的值的平均值，即方框15;中心處理器A得出所需結(jié)果，即方框24。參閱圖2、圖4所示，如果中心處理器A在方框14得出的結(jié)果是否定的，中心處理器A重新讀入另一特征數(shù)據(jù)于存儲器DISK的N區(qū)間中，即方框16，并代入中心處理器A又從存儲器DISK的O區(qū)間中讀入求瞬時斜率公式Kn=(Vn+5。一Vw)/(Ws。一tw)中求Kn，即方框17，將其存于計算機的存儲器DISK的P區(qū)間中，然后中心處理器A根據(jù)存儲器DISK的P區(qū)間中的數(shù)據(jù)和從存儲器DISK的Q區(qū)間讀取判定條件Kn》K^進行處理，即方框18,并將個序列號存于存儲器DISK的S區(qū)間中，若不滿足條件，則返回方框18繼續(xù)讀數(shù)比較，若滿足條件，則中心處理器A依據(jù)結(jié)合存儲器DISK的S區(qū)間中的數(shù)據(jù)和從存儲器DISK的R區(qū)間中讀取判定條件n》500進行比較，即方框19,若又滿足條件，則中心處理器A依據(jù)結(jié)合存儲器DISK的S區(qū)間中的數(shù)據(jù)和從存儲器DISK的T區(qū)間中讀取判定條件Ku)》0.64進行比較，即方框20，若同樣滿足條件，中心處理器A依據(jù)結(jié)合存儲器DISK的N區(qū)間中的數(shù)據(jù)代入從存儲器DISK的U區(qū)間中讀取數(shù)學(xué)計算公式Vn=(Datan+Datan+l+Datan+2+Datan+3+Datan+4)/5(其中n為500)求出V500，即方框21，如上述條件有一個不滿足，則中心處理器A從存儲器DISK的V區(qū)間讀入擬合公式y(tǒng)=yO+Alx[l—e(-x/tl)]+A2x[l—e(-x/t2)]進行處理，即方框22，經(jīng)中心處理器A從存儲器DISK的W區(qū)間中讀取時間T處理，即方框23，然后中心處理器A得出所需結(jié)果，即方框24。實驗例一、目的1.分析COPD病人和正常人各自的C02/時間曲線特點，探討采用平靜呼氣法和延長呼氣法兩種方法測定PETC02與PaC02的關(guān)系。2.通過擬合平靜呼氣法和延長呼氣法兩種方法實時記錄的二氧化碳/時間圖形，建立曲線的數(shù)學(xué)模型，探討平靜呼氣和延長呼氣二氧化碳曲線的相似性及其與PaC02的關(guān)系。3.探討通過呼氣相流速-時間曲線及其微分后得到的反應(yīng)瞬間流速變化的流速斜率-時間曲線的特點來測定PetCO2。二、研究對象實驗組2001年2月慢性阻塞性肺疾病(COPD)診治規(guī)范診斷標(biāo)準(zhǔn)的住院患者23例，其中男19例，女4例，平均年齡64土14.0歲。其中合并II型呼吸衰竭15例。采用紅外線吸收法，以主氣流方式測定COPD病人平靜呼氣PETC02(PETC02(Q))和延長呼氣5秒時的PETC02(PETC02(P))，在治療前及治療7~8天后分別同時采集PETC02和PaC02數(shù)據(jù)。對兩種方法進行比較。,對照組肺功能正常志愿者24例，男20例，女4例，平均年齡30土4.4歲。三、研究方法(一)PetC02測定患者取坐位，安靜休息30分鐘，夾鼻自然呼吸，口含咬嘴，咬嘴另一端接NOVAMETRIC(NovametricCo.USA)監(jiān)測系統(tǒng)，平靜呼吸狀態(tài)下連續(xù)測定呼出氣PC02，待患者呼吸平穩(wěn)后，開始記錄數(shù)據(jù)，然后囑患者作深呼氣,延長呼氣時間大于5秒，記錄呼氣全過程的PC02，同時采集流速和容量數(shù)據(jù)。間歇休息35分鐘后重復(fù)測定3次。所有入選病人均可完成和耐受此檢測方法。數(shù)據(jù)經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換后錄入電腦中，數(shù)據(jù)采集頻率為100Hz。每次測定前進行C02定標(biāo)。用Origin軟件(MicrocalCo.USA)進行數(shù)據(jù)分析。PetC02測定前用10%(:02氣體對C02氣體分析儀進行標(biāo)化。(二)動脈血氣分析在進行PetC02測定前取動脈血2ml，用RADIOMETERABL-520型血氣分析儀(丹麥生產(chǎn))進行PaC02測定。(三)統(tǒng)計分析采用SPSS軟件包進行統(tǒng)計分析，比較兩種檢測方法的差異，采用配對t檢驗。判斷兩種方法檢測的結(jié)果在治療前后的變化的一致性，用直線相關(guān)分析。應(yīng)用方差分析檢驗曲線擬合優(yōu)度及對比兩種檢測方法與PaC02的差異。用直線相關(guān)分析判斷兩種呼氣方式取相同時間點.時瞬時PC02的一致性。用配對t檢驗比較Yp—PaC02(Yp為取PETC02(P)與PaC02相等時的平均呼氣時間為x值，通過延長呼氣二氧化碳分壓/時間曲線擬合公式求得的PC02值J與Yq—PaC02(Yq為取PETC02(P)與PaC02相等時的平均呼氣時間為x值，通過平靜呼氣二氧化碳分壓/時間曲線擬合公式求得的PC02值)的差異。用方差分析比較Yp、Yq和PaC02三者的差異。用多元回歸分析法分析延長呼氣法瞬時PETC02與PaC02相等時，瞬時PETC02和流速、口腔壓力、容量的相關(guān)性，將P<0.05作為統(tǒng)計學(xué)顯著性差異界限值。四、結(jié)果(一)正常志愿者呼出氣C02濃度曲線參閱圖5所示，正常志愿者分別用平靜呼吸和延長呼氣法測得的C02濃度與時間的關(guān)系曲線?？梢娖届o呼吸時，正常人的呼氣末C02濃度呈現(xiàn)平臺。隨著呼氣時間的延長，C02濃度略有增加。i(二)COPD患者呼出^C02濃度曲線參閱圖6所示，COPD合并II型呼吸衰竭病人分別用平靜呼吸和延長呼氣法測得的C02濃度與時間的關(guān)系曲線?？梢?，平靜呼吸時，呼氣末C02濃度仍在陡直上升，與正常人的呼氣末C02濃度呈現(xiàn)平臺的特點有明顯的不同。呼氣時間的延長，呼出氣C02濃度增加明顯，但其上升的坡度逐漸變平。(三)平靜呼氣時間和延長呼氣時間的比較1.實驗組平靜呼氣時間為2.57±0.92秒，延長呼氣時間為7.44±3.19秒，平靜呼氣時間顯著短于延長呼氣時間，兩者有明顯差異(P=0.000)。2.對照組平靜呼氣與延長呼氣時間分別為2.11±0.55和11.06±3.94秒，亦有明顯差異(P=0.000)。(四.)平靜呼氣與延長呼氣法測得的PETC02的比較:PETC02(P)為延長呼氣第5秒的PETC02值，PETC02(Q)為平靜呼氣末的PETC02值。1.實驗組治療前PaC02為7.88土2.07kPa,PETCO2(P)為7.86土1.96kPa，兩者數(shù)據(jù)接近，無統(tǒng)計學(xué)顯著性差異(P4.45)，參閱圖7所示。用直線相關(guān)分析，呈高度相關(guān)(r=0.95，P<0.05)，參閱圖8所示。而PETC02(Q)為6.79±1.78kPa，顯著低于PaC02(P=0.000)。治療后結(jié)果類似，見表l。2.對^、《且PaC02為5.09士0.57kPa，PETC02(Q)為5.23土0.74kPa，兩者無統(tǒng)計學(xué)顯著性差異(P-0.08)。而PETC02(P)為5.76士0.92kPa，高于PaC02(P=0.000)。表1COPD病人治療前后平靜PETC02、延長5秒PETC02和PaC02比較(單位kPa)狀態(tài)PETC02(q)PetC02(p)PaC02PaC02-PETC02(Q)PaCO2-PETCO奶治療前''6.79±1.787.86土1.967.88±2.071.09±0.860.02±0.63治療后6.14±1.347.64±1.717.57±1.801.42±1.11-0.07土1.09注(1)治療前平靜呼氣PETCO2和PaCO2比較P-0.000，有顯著差異；延長呼氣PETC02和PaC02比較P=0.45，無顯著差異；PaC02—PETC02(Q，PaC02—PFrC02的比較P^.000，有顯著異；(2)治療后平靜呼氣PETC02禾卩PaC02比較P-O.OOO，有顯著差異；延長呼氣PETC02和PaC02比較P=0.38，無顯著差異；PaC02—PETC02(Q)和PaC02—PETC02(P)比較P=0.000，有顯著差異；(五)PETC02(P)和PETC02(Q)與PaC02的差異的比較治療前PETC02(Q)與PaC02的差值為1.08土0.86kPa,而PETC02(P)與PaC02差值為0.02土0.63kPa，兩組差值的比較有顯著性差異(P-0.000)，參閱表1和圖9所示。治療后結(jié)果類似?？梢?，PETC02(Q)不能反映PaC02，!^PETC02(P)卻能較好地反映PaC02。(六)PETC02(P)和PETC02(Q)的變異性比較對每一患者重復(fù)測定PETC02(P)和.PETC02(Q)的結(jié)果，計算在同一個體重復(fù)測定的變異系數(shù)(CV)，治療前PETC02(P)和PETC02(Q)的變異性分別為5.00±2.58%和5.0、1±3.49%,結(jié)果見表2和圖10。兩者的變異系數(shù)無顯著性差異(P=0.49),治療后結(jié)果相同。表2治療前PetC02(p)和PETC02(q)變異系數(shù)的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*兩組均值比較P>0.05(七)PaC02與PETC02(P)動態(tài)變化的關(guān)系所有病人經(jīng)7~8天治療后，同步復(fù)查PaC02禾BPETC02(P)的結(jié)果見表3。用直線相關(guān)分析顯示，兩者顯著相關(guān)(r=0.79，P<0.000)，參閱圖ll所示。表3治療前后PaC02和PETC02(P)的變化(單位kPa)例數(shù)治療前后PaC02變化治療前后PetC02(p)変化10.55-0.0920.61-0.46<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>'治療前后PaC02和PETCO奶的變化顯著相關(guān)(r=0.79,P<0.000)(八)二氧化碳分壓/時間曲線的擬合延長呼氣二氧化碳分壓/時間曲線可用公式y(tǒng)-yO+Alx[l—e(-""]+A2x[1—e(-^)〗擬合。x為時間(單位秒)；y為PC02(單位kPa);Al、tl、A2、t2均為常數(shù)。同一病人用延長呼氣二氧化碳分壓/時間曲線擬合公式擬合平靜呼氣二氧化碳分壓/時間曲線，用擬合優(yōu)度檢驗，兩者基本一致(P=1.00±0.00)，即延長呼氣法的二氧化碳分壓/時間曲線和平靜呼氣法的二氧化碳分壓/時間曲線高度相關(guān)，參閱圖12所示。(九)從時間方面分析二氧化碳分壓/時間曲線從呼氣開始到PETC02(P)與PaC02相等時的平均呼氣時間為4.11±2.39秒，根據(jù)呼氣時間，從平靜呼氣二氧化碳-時間擬合曲線公式求得Yq為7.57±1.86kPa，延長呼氣二氧化碳-時間曲線得Yp為7.56±1.87kPa與PaC02(7.35±1.92kPa)比較，在統(tǒng)計學(xué)上三者均無顯著差異(P>0,05)，Yp和Yq呈顯著相關(guān)(r=0.985，P=0.00)，參閱表4、圖13所示。表4Yp，Yq和PaC02的比較(單位kPa)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>注*Yp、Yq和PaC02比較F=0.297，P=0.744>0.05，無顯著差異；**Yq、Yp和PaC02比較F=0.382，P=0.683>0.05，無顯著差異；***PaC02—PETC02(p)和PaC02—PETC02(Q)比較P>0.05，無顯著差異；(十)二氧化碳分壓/時間曲線的瞬間斜率呼氣開始到PETC02(P)與PaC02相等時的平均斜率為0.64±0.66，根據(jù)平均斜率，從平靜呼氣二氧化碳-時間擬合曲線公式求得Yq為7.14士2.08kPa，從延長呼氣二氧化碳/時間曲線得Yp為7.06士2.05kPa，與PaC02(7.35±1.92kPa)比較，在統(tǒng)計學(xué)上三者均無顯著差異(P>0.05),Yq和Yp呈顯著相關(guān)(r-0.987，P=0.00)，參閱表4、圖14所示。(H^—)95%可信區(qū)間PETC02(P)與PaC02相等時的平均呼氣時間為4.11±2.39秒時，Yq和Yp的95%可信區(qū)間分別為7.138.01和7.118.01;PETC02(P)與PaC02相等時的平均斜率為0.64±0.66時，Yq和Yp的95%可信區(qū)間分別為5.06-9.22和5.01-9.11,見表5。表5Yp，Yq和PaC02的95%可信區(qū)間<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>(十二)Yp和Yq與PaC02的差異的比較1.平均呼氣時間為4.11土2.39秒時，(Yp-PaC02)和(Yq—PaC02)差值分別為0.21±0.77kPa和0.22土0.78kPa，兩者無顯著差異(P>0.05),見表l。2.二氧化碳分壓/時間曲線的平均斜率為0.64±0.66時，(Yp—PaC02)和(Yq—PaC02)差值分別為-0.29土0.77kPa和-0.21土0.78kPa，兩者無顯著差異(P>0.05)，可見Yp和Yq—樣能較好地反映PaC02,見表4。(十三)從呼出氣Flow/時間曲線和PC02/時間曲線得出檢測結(jié)果參閱圖15所示，在呼出氣Flow/時間曲線上找到流速下降到峰流速(PEF)的(22.25±0.08)%的時間，然后在相應(yīng)的PC02/時間曲線時間點上得到pETC02。(十四)從流速斜率/時間曲線和PC02/時間曲線得出檢測結(jié)果參閱圖15所示，通過呼出氣Flow-時間曲線進行微分，可得到反應(yīng)瞬間流量變化的流速斜率/時間曲線，在呼出氣流速斜率/時間曲線上找到流速斜率下降到0.13±0.19的時間，然后在相應(yīng)的PC02/時間曲線時間點上得到pETC02。實驗證明在正常人，呼出氣C02曲線可分為三部分第一部分是吸氣末解剖死腔(包括檢測儀器的機械死腔)內(nèi)的氣體，不含的C02，組成呼出氣初期二氧化碳分壓(PaC02)接近0的部分；第二部分是死腔與肺泡氣的混和氣體，此時PaC02急劇上升，形成陡直升高的斜坡；第三部分是肺泡C02，其變化甚小，PC02形成平段，正常人基本與PaC02相重合。慢性阻塞性肺病(COPD)患者第三部分PC02不形成平段。根據(jù)這個規(guī)#，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)被測者延長呼氣4至5秒鐘時，其呼出的氣體經(jīng)二氧化碳分析監(jiān)測儀l，在顯示屏上出現(xiàn)二氧化碳含量曲線，正常人與II型呼吸衰竭的COPD病人有明顯的區(qū)別；正常人呼出的氣體經(jīng)二氧化碳分析監(jiān)測儀l，在顯示屏上出現(xiàn)二氧化碳含量曲線斜率接近零，呈與基線平行的平臺狀，而n型呼吸衰竭的copd病人的曲線則繼續(xù)呈上升狀態(tài)，故以此作為診斷是否n型呼吸衰竭的copd病人的標(biāo)準(zhǔn)。所謂"延長呼氣4至5秒鐘"是指在正常呼吸而進入呼氣的一刻，指令被測者盡力地呼氣4至5秒鐘。在二氧化碳分析監(jiān)測儀1中，用軟件，例如Origin軟件(MicrocalCo.USA)進行平靜呼氣和延長呼氣5秒時的二氧化碳分壓/時間曲線擬合，建立曲線的數(shù)學(xué)模型；平靜呼氣法和延長呼氣法測定二氧化碳/時間曲線均可用公式尸y0+Alx[1—e^t"]+A2x[l-eW切]擬合，x為時間(單位秒)；y為PC02(單位kPa);Al、tl、A2、t2均為常數(shù)。建立曲線的數(shù)學(xué)模型，用Origin軟件，以公式y(tǒng)^yO+Alx[l—e^"]+A2x[l-e^^]進行平靜呼氣和延長呼氣5秒時的二氧化碳/時間曲線擬合，通過對70例COPD病人的呼出氣C02/時間曲線」分析發(fā)現(xiàn)延長呼氣二氧化碳/時間曲線可用公式y(tǒng)=y0+Alx[l—e一"]+A2x[1—e^鬥擬合；同一病人用延長呼氣和平靜呼氣用擬合公式擬合的二氧化碳分壓/時間曲線，用擬合優(yōu)度檢驗，兩者基本一致(P-1.00±0.00)，即延長呼氣法的二氧化碳分ffi/時間曲線和平靜呼氣法的二氧化碳分壓/時間曲線高度相關(guān)。從呼氣開始到PETC02(p)與PaC02相等時的平均呼氣時間、斜率由平靜呼氣二氧化碳分壓/時間曲線外推所得的PC02數(shù)值均與實測PaC02無顯著差異，可見通過對二氧化碳分壓/時間曲線擬合分析，COPD病人中，平靜呼氣與延長呼氣法測定PETC02—樣，可較準(zhǔn)確地預(yù)測PaC02。權(quán)利要求1.一種利用呼出氣體CO2分壓監(jiān)測估算動脈血CO2分壓的方法，其特征在于包括下述步驟(1)利用二氧化碳分析監(jiān)測儀對呼氣流速、時間和二氧化碳分壓PCO2進行實時采集，并輸入計算機；(2)計算機對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，并分別記錄流速/時間曲線、PCO2/時間曲線、峰流速和流速/時間曲線的瞬時斜率；(3)當(dāng)瞬時流速為峰流速的(22.25±0.08)％或流速/時間曲線的瞬時斜率為0.13±0.19時，(a)該瞬時流速所對應(yīng)的CO2分壓和該瞬時斜率所對應(yīng)的CO2分壓相差在±5％范圍內(nèi)時，瞬時流速所對應(yīng)的CO2分壓和瞬時斜率所對應(yīng)的CO2分壓的平均值，即基本與動脈血CO2分壓相同；(b)該瞬時流速所對應(yīng)的CO2分壓和該瞬時斜率所對應(yīng)的CO2分壓相差超過±5％范圍內(nèi)時，則對CO2分壓/時間曲線進行數(shù)學(xué)模型擬合，估算出相應(yīng)的動脈血CO2分壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所上述的方法，其特征在于，步驟(1)可采用平靜呼氣或者延長呼氣法。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)(b)中所述的PC02/時間曲線擬合公式為:y-y0+Alx[1—e^"]+A2x[1—eG一],擬合時間x為5秒，式中y為PC02，單位kPa;Al、tl、A2、t2均為常數(shù)，y0為平靜呼氣末的PC02。4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機(PC)連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀(1);計算機(PC)有中心處理器(A)、存儲器(DISK)和數(shù)據(jù)存儲器(Z)，二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)與計算機(PC)的數(shù)據(jù)存儲器(Z)連接，數(shù)據(jù)存儲器(Z)與計算機(PC)的中心處理器(A)連接，其特征在于所述計算機(PC)的存儲器(DISK)設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)輸入的數(shù)據(jù)存儲空.間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L及依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M。5.—種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機(PC)連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀(1);計算機(PC)有中心處理器(A)、存儲器(DISK)和數(shù)據(jù)存儲器(Z)，二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)與計算機(PC)的數(shù)據(jù)存儲器(Z)連接，數(shù)據(jù)存儲器(Z)與計算機(PC)的中心處理器(A)連接，其特征在于所述計算機(PC)的存儲器(DISK)設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬時斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間U、二氧化碳/時間曲線擬合公式存儲空間,V及時間存儲空間W。6.—種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述利用呼出氣體C02分壓監(jiān)測估算動脈血C02分壓的方法的裝置，包括與計算機(PC)連接的二氧化碳分析監(jiān)測儀(1);計算機(PC)有中心處理器(A)、存儲器(DISK)和數(shù)據(jù)存儲器(Z)，二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)與計算機(PC)的數(shù)據(jù)存儲器(Z)連接，數(shù)據(jù)存儲器(Z)與計算機(PC)的中心處理器(A)連接，其特征在于所述計算機(PC)的存儲器(DISK)設(shè)有二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)輸入的數(shù)據(jù)存儲空間B、峰流速計算軟件存儲空間E、峰流速存儲空間F、瞬時流速判定條件存儲空間G、瞬時流速和隨后四點的平均流速計算軟件存儲空間H、依據(jù)瞬時流速判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間I、瞬時斜率計算軟件存儲空間J、瞬時斜率判定條件存儲空間K、依據(jù)瞬時斜率判定求取的平均流速數(shù)值存儲空間L、依據(jù)瞬時流速和依據(jù)瞬時斜率求取的平均流速值判定條件存儲區(qū)間M和二氧化碳分析監(jiān)測儀(1)輸入的PC02/時間數(shù)據(jù)存儲空間N、瞬時斜率計算公式存儲空間O、瞬時斜率值存儲空間P、瞬時斜率判定條件存儲空間Q、瞬時斜率測量點序列號存儲空間R、序列號存儲空間S、瞬時斜率判定條件存儲空間T、瞬時斜率對應(yīng)的PC02及其隨后四點的平均值計算公式存儲空間U、二氧化碳/時間曲線擬合公式存儲空間V及時間存儲空間W。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用呼出氣體CO₂分壓監(jiān)測估算動脈血CO₂分壓的方法和裝置，屬于臨床呼吸監(jiān)測
技術(shù)領(lǐng)域：
，其技術(shù)要點包括利用二氧化碳分析監(jiān)測儀對呼氣流速、時間和二氧化碳分壓PaCO₂進行實時采集，并輸入計算機；通過對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，當(dāng)瞬時流速為峰流速的(22.25±0.08)％或流速/時間曲線的瞬時斜率為0.13±0.19時，(a)并且其相對應(yīng)的CO₂分壓相差在±5％范圍內(nèi)時，對應(yīng)的CO₂分壓的平均值與動脈血CO₂分壓基本相同；(b)其對應(yīng)的CO₂分壓相差超過±5％范圍內(nèi)時，則對CO₂分壓/時間曲線進行數(shù)學(xué)模型擬合，估算出相應(yīng)的動脈血CO₂分壓。本發(fā)明可用于臨床無創(chuàng)監(jiān)測COPD患者，特別是重度COPD患者的PaCO₂。文檔編號A61B5/145GK101214151SQ200710033039公開日2008年7月9日申請日期2007年12月29日優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日發(fā)明者李寅環(huán),李德容,田聯(lián)房,群羅,鄭則廣,鐘南山,陳榮昌,棟魏申請人:廣州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院;廣州呼吸疾病研究所