用于確定在感興趣對象中的二氧化碳分壓的設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于確定在諸如患者的感興趣對象的循環(huán)系統(tǒng)中的血液中的二氧化 碳分壓的設備和方法。本發(fā)明還涉及用于在確定在感興趣對象的循環(huán)系統(tǒng)的血液中的二氧 化碳分壓中利用新方法來對患者進行通氣的系統(tǒng)。更一般地，本發(fā)明涉及利用非干擾監(jiān)測 對生命參數的檢測，或者，甚至更一般地，生命體征信息，所述非干擾監(jiān)測甚至可以包括所 謂的遠程監(jiān)測方法。更具體地，本發(fā)明可以涉及在能夠被應用在遠程監(jiān)測領域中的醫(yī)學成 像領域中的圖像處理系統(tǒng)和方法，所述遠程監(jiān)測例如遠程光學體積描記監(jiān)測、遠程氧飽和 度檢測和相關的應用。
[0002] 本發(fā)明還涉及對應的計算機程序。
【背景技術】
[0003] GB 2 485 558 A涉及有創(chuàng)血液分析裝置和方法的設備和方法，其中，血液從患者 被提供到氧合器，被探查并且然后被提供返回給患者。從被提供到氧合器或從氧合器被提 供的血液直接測量血液性質。因此，探查患者的血液是特別干擾的。
[0004] W0 98/03847 A2公開了用于無創(chuàng)地確定血液參數的方法和設備。所述設備可以包 括用于誘導在患者血液中的溫度變化的溫度誘導發(fā)生器和用于測量血液的溫度的溫度測 量裝置。另外，提供用于基于血液的誘導的溫度水平來計算各種血液參數的控制器。
[0005] W0 2012/077065 A1公開了用于確定在對象的動脈血液中的二氧化碳分壓的方法 和裝置，所述方法包括以下步驟：
[0006]-引起對在對象中的動脈血液的至少一個參數的調制；
[0007]-在對所述至少一個參數的調制期間導出所述對象的所述動脈血液的氧飽和度； 以及
[0008] _根據所導出的氧飽和度來確定所述對象的所述二氧化碳分壓。
[0009] 所述文獻還公開了對方法和裝置的若干改良。所述文獻特別提出了通過測量動脈 氧飽和度（Sa0 2)并且然后使用氧解離曲線（0DC)以根據所測量的動脈血氧飽和度（Sa02) 來導出動脈血氧分壓（Pa0 2)從而監(jiān)測患者的血液的動脈血氧分壓（Pa02)。關于對二氧化 碳的分壓（PaC0 2)的檢測，所述文獻提出了所謂的二氧化碳圖。二氧化碳圖是用于監(jiān)測C02 的分壓的吸入濃度和呼出濃度并且因此間接監(jiān)測在動脈血液中的C02分壓的已知技術。
[0010] 用于監(jiān)測PaCOd^另一已知技術是經皮C0 2監(jiān)測。通常，經皮C0 2監(jiān)測利用附接到 患者的皮膚的電化學或光化學傳感器。另外，皮膚組織被加熱以促進動脈血化，需要動脈血 化以將所測量的經皮C0 2壓力（PtcC02)與動脈C02壓力（PaC02)關聯。如本領域中已知的， 組織的C0 2壓力可能不同于實際動脈C0 2壓力，這基本降低了該方法的準確度。經皮C0 2傳 感器通常要求特定加熱來增加溫度，這提高PaC02確定的準確度的水平。因此，要求溫度校 正。
[0011] 由于由活性溫度管理引起的對患者的皮膚的諸如皮膚燒傷的熱影響，經皮傳感器 通常要求重新校準和重新定位。因此，經皮監(jiān)測常常被認為是不令人愉快的。尤其地，經皮 監(jiān)測不太適合于長時間監(jiān)測。
[0012] 對于許多健康護理應用，血液測量和監(jiān)測對于評估患者的（或，更一般地，對象 的）呼吸狀態(tài)是關鍵的。這基本上可以應用到重癥護理醫(yī)學、住院處置和還可以應用到門 診處置。尤其對于患有各種肺部疾病的被通氣患者，動脈血液測量結果可以被認為是抽查 測量的廣泛應用的標準。
[0013] 如上所述，無創(chuàng)監(jiān)測方法允許通過將傳感器物理地附接到患者的身體來監(jiān)測血液 中的諸如分壓（Pa0 2、PaC02)和氧飽和度（Sp02)的參數。然而，由于傳感器元件必須被固定 到患者的身體，所以這些已知技術能夠仍然被認為是干擾的。
[0014] 盡管能夠針對住院處置在醫(yī)院中提供并確保要求的準備、安裝和監(jiān)控，但是尤其 是待在家中的患者的門診處置可能不能夠提供在準備和安裝工作以及在任何情況下的監(jiān) 測準確度方面的要求的監(jiān)測性能。
[0015] 家庭呼吸護理是患有諸如通常通過在家中借助于無創(chuàng)通氣（NIV)進行通氣的慢 性阻塞性肺部疾?。–0PD)或神經肌肉疾病的疾病的患者的合適措施。通常，這些患者最初 待在醫(yī)院，從而評估并優(yōu)化通氣設置，并且用于監(jiān)測動脈血液氣波。取決于疾病的進程、嚴 重性和患者的穩(wěn)定性，患者可能必須及時返回到醫(yī)院以進行額外的核查和設置。在備選中， 的諸如呼吸科護士的有資格的醫(yī)務人員可以訪問在家中的患者從而控制通氣布置和參數。 此外，在這些訪問期間，血液氣體監(jiān)測布置能夠被布置并被應用到患者。例如，能夠在整個 晚上執(zhí)行血液氣體監(jiān)測，其可以與關于通氣和呼吸數據的數據采集耦合在一起，然而累積 的數據能夠被提供以供由有資格的醫(yī)務人員進行后續(xù)分析。
[0016] 如本領域中已知的，部分二氧化碳監(jiān)測能夠由二氧化碳圖無創(chuàng)地執(zhí)行。二氧化碳 圖能夠被認為是對于具有相當健康的肺的插管患者的合適方法。在這一點上，二氧化碳圖 旨在確定潮氣末二氧化碳（EtC0 2)值，其可以用作動脈二氧化碳值的恰當指示。然而，在一 些應用中，例如在患者患有嚴重呼吸疾病的情況下和/或當在空氣可以通過在通氣口罩和 患者的面部之間的間隙泄漏的情況下應用無創(chuàng)通氣時，二氧化碳圖可能不提供充分的可靠 性。通常，對于醫(yī)院中的固定處置，二氧化碳圖與干擾的有創(chuàng)動脈血液采樣組合，從而在能 夠用于永久地監(jiān)測和分析不如基于血液采樣的值準確但仍然可以是具有診斷價值的結論 的趨勢值的同時在一個方面定時獲得準確值。
[0017] 根據另一方法，經皮二氧化碳監(jiān)測不受氣體泄漏和患者的嚴重呼吸缺陷的干擾或 影響。然而，經皮C0 2監(jiān)測仍然要求有資格的醫(yī)務人員來安裝測量裝備并且啟動和觀察準 確和精確的測量。頻繁地，經皮二氧化碳監(jiān)測已經被報告為易受皮膚性質變化的影響。因 此，當執(zhí)行這樣的測量時，應當采取護理。否則，可能有不準確值。當前，二氧化碳血液氣體 監(jiān)測通常不被應用到待在家中的出院患者，因此承認接收無創(chuàng)通氣的患者的高相關性。
[0018] 通過舉例的方式，公知的經皮二氧化碳傳感器可以包括：恒溫控制的加熱器元件， 其被配置用于增加患者的皮膚的血液灌注和氣體滲透性；流體層，其被提供在皮膚和傳感 器膜之間；可透氣性膜，其覆蓋傳感器，傳感器包括電化學pH傳感器和參考電極；以及處理 單元，其被配置用于應用用于補償溫度效應和皮膚代謝的補償算法。
[0019] 溫度效應可以上升，因為存在于傳感器處的溫度和（假定的）動脈血液溫度之間 的差異通常不同并且當根據所測量的"皮膚"二氧化碳分壓來導出期望的"經皮"二氧化碳 值時必須被考慮。
[0020] 另外在經皮測量的情況下，溫度效應可以通過輕微的加熱處理演變，所述輕微的 加熱處理被應用到鄰近接觸式傳感器的傳感器表面的皮膚組織。對于增強皮膚動脈血化可 以要求傳感器加熱，對于經皮血液氣體測量所述傳感器加熱被認為是重要的，從而能夠導 出反映動脈血液氣體水平的經皮的值。例如，在一些當前可用的經皮的測量系統(tǒng)中，動脈血 化的合適的最小傳感器溫度可以為大約42°C (攝氏度），其可以暗示最大約500mW(毫瓦 特）的加熱功率輸入，從而補償由血流引起的冷卻效果。
[0021] 用于二氧化碳分壓測量的另一方法能夠基于光學體積描記測量方法，諸如脈搏血 氧計。體積描記法一般是指對器官或身體部分的體積變化的測量，并且尤其指對由于隨每 次心跳通過對象的身體的心血管脈沖波的體積變化的檢測。
[0022] 光學體積描記法（PPG)是評價感興趣區(qū)域或體積的光反射或透射的時變變化的 光學測量技術。PPG基于血液比周圍組織吸收更多光的原理，因此隨每次心跳的血液體積的 變化對應地影響透射或反射。除了與心率有關的信息之外，PPG波形能夠包括可歸因于諸 如呼吸的另一生理現象的信息。通過評價在不同波長（通常紅和紅外）的透射率和/或反 射率，能夠確定血氧飽和度。
[0023] 用于測量對象的心率和（動脈）血氧飽和度的常規(guī)脈搏血氧計被附接到對象的皮 膚，例如指尖、耳垂或前額。因此，它們被稱為'接觸式'PPG設備。通常的脈搏血氧計包括 紅LED和紅外LED作為光源和用于檢測已經被透射通過患者組織的光的一個光電二極管。 商業(yè)上可獲得的脈搏血氧計在紅波長和紅外波長的測量之間快速切換，并且由此測量在兩 個不同波長的組織的相同區(qū)域或體積的透射率。這被稱為時分多路復用。在每個波長的在 一段時間內的透射率給出了針對紅波長和紅外波長的PPG波形。盡管接觸式PPG被看作是 基本無創(chuàng)技術，但是接觸式PPG測量常常被體驗為不愉快的，因為脈搏血氧計被直接附接 到對象并且任何線纜限制自由移動。
[0024] 最近，已經引入了用于無干擾測量的非接觸式遠程PPG設備。遠程PPG利用遠離 感興趣對象設置的光源或一般輻射源。類似地，檢測器，例如相機或光電檢測器也能夠遠離 感興趣對象設置。因此，遠程光學體積描記系統(tǒng)和設備被認為是無干擾的并且非常適合于 醫(yī)學以及非醫(yī)學日常應用。
[0025] 例如，在對象（例如，人類患者）的動脈血液中的C02分壓能夠在例如調節(jié)經由無 創(chuàng)通氣機供應到患者的氣體成分的濃度時通過間隔地測量和/或導出對象的動脈血液的 氧飽和度來確定。這可以通過使對氧飽和度的導出與對對象中的動脈血液的參數調節(jié)的調 節(jié)（例如，溫度調節(jié)）周期同步。然后可以根據所導出的氧飽和度來確定二氧化碳分壓。這 可以通過根據由于調節(jié)的動脈血液的氧飽和度的變化導出患者的動脈血液的pH并且使用 氧解離曲線（0DC)根據這些變化導出pH值來實現。
[0026] 血液的氧飽和度是關于血紅蛋白的總量的分數氧合血紅蛋白，即氧合血紅蛋白加 上根據氧氣分壓的脫氧血紅蛋白。0HDC描述了在氧氣分壓（p02)和氧飽和度之間的關系 (氧血紅蛋白解離曲線）。
[0027] 如在W0 2012/077065 A1中基本上示出的，可以使用諸如脈搏血氧計的簡單且魯 棒的探頭通過測量對象的動脈血液的氧飽和度來導出所述對象的動脈血液的氧飽和度。該 測量可以與供應的氣體