[发明专利]对动脉血气体的非侵入性测定

说明书

发明背景

本发明涉及用于评价病人换气状况的方法和装置。更具体地说，本发明提供了一种系统，该系统能完成测定动脉血管内溶解的二氧化碳浓度的非侵入性操作。动脉二氧化碳含量用分压，即pCO₂表示，它是能最终反映肺部健康状况的换气状况的一个重要指标。

医生和其它医护人员一般以动脉pCO₂(PaCO₂)的增高作为初期呼吸衰竭的指征。就此而言，PaCO₂的测定在使呼吸器的调整达到最佳以及监测手术中威胁麻醉病人生命的血液中的气体变化中是很有用的。得到动脉血液气体值的传统方法是取出动脉血样并用血液气体分析仪测量二氧化碳的分压(PaCO₂^ABG)。动脉穿刺有其固有的限制：1)动脉穿刺给病人带来一定程度的不适和危险，2)血液处理对医护人员有潜在的危险，3)在得到结果前会耽误病情，以及4)只能间歇地进行测量。

连续的侵入性监测需要留置动脉导管，这会产生固有的问题，包括脓毒症、应答时间慢和信号的衰减。该监测系统的性质排除了在日常护理中的使用的可能性，一般限于医院的监护病房。

人们试图，包括使用所谓的二氧化碳测量术来间接地测定PaCO₂水平。二氧化碳测量术利用的方法涉及追踪病人的呼气，在一个或多个呼吸周期中测量相对于时间的呼出气体中的CO₂浓度。将所得的关系作图，得到病人在呼气周期中CO₂气体浓度有三个相的图(参见图1)。典型的是，该三相反映了一般不参与气体交换的输送气道的清除(即气道无效区)(第I相)，然后呼出来自输送气道的空气与来自肺内活性(肺泡)膜表面的肺部气体动态地混合的空气，肺部气体在肺中已与动脉血作了气体交换(第II相)。最后一相(第III相)反映了来自正常时与肺泡组织进行主动交换的肺部各区域的未混合气体的呼出。第III相(在健康的病人)因此极为相似于与肺接触进行气体交换(释放CO₂，吸收O₂)的动脉血有关的气体性质。在正常的肺中，由于换气的与灌注的肺泡区域十分一致，故第III相的图线基本水平(斜率＝0)。对于病理的肺，第III相图线由于该肺的换气和灌注区不一致而不是水平。参见下表I

                       表I

第I相   代表从没有气体交换的气道输送结构呼出的无CO₂的气

        体  第II相    S形上升的CO₂浓度(以百分数表示)代表从气道到肺泡气

        体的过渡  第III相   平台代表来自肺泡的富含CO₂的气体。

以前，二氧化碳测量术采用峰值或潮末值(PetCO₂)来作为PaCO₂估计值。PetCO₂是来自肺部所有有功能的气体交换单位的二氧化碳的肺泡分压的平均测量值。从二氧化碳测量术所得的PetCO₂是肺泡pCO₂的平均测量值，在正常肺中该值接近于PaCO₂。由于CO₂容易地扩散穿过肺泡—毛细管膜，对于正常的换气—灌注，PetCO₂十分接近于PaCO₂。PetCO₂和PaCO₂之间的差主要是不发生气体交换的肺部所占比例的函数(Fletcher，R.，Johnson，G.和Brew，J.，The Concept of Deadspace with Special Reference to Single Breath Testfor Carbon Dioxide，Br.J.Anaesth.53，77，1981)。患肺病的病人其不发生气体交换的肺部区域成比例地增加。这个所谓的“肺泡无效区”的增加使从二氧化碳测量术所得的CO₂峰值(PetCO₂)和升高的动脉CO₂(PaCO₂)间有显著的差异。