CN103830783B - 一种体外循环灌注决策系统 - Google Patents

Abstract

一种体外循环灌注决策系统，属于生物医学工程技术领域，主要包括决策模块和检测模块。决策模块根据检测模块采集和处理的数据，包括心功能指标和供氧指标以及外循环灌注系统的输出压力和血流量，计算得到灌注辅助指数。该灌注辅助指数代表体外灌注系统做功和患者心脏灌注做功的比值，灌注辅助指数值越高，体外灌注系统为患者提供的能量越高。决策模块根据采集模块采集的心功能指标和供氧指标进行判断，做出决策：如指标在正常范围内，则灌注辅助指数为推荐值，即参考决策值；如指标在正常范围外，则做出警告。医生或控制系统依据决策模块提出的参考决策值，选择执行。以参考决策值为基础调节体外灌注流量，可适应患者的生理需求，减少并发症。

Description

一种体外循环灌注决策系统

技术领域

本发明涉及一种体外循环灌注决策系统，属于生物医学工程领域。

背景技术

体外循环灌注系统是外科手术中常用的辅助手段。国际上，卡迪欧嘉德医学公司的动脉装置、系统和方法CN201080025371.5，采用一种吸取腔布置借此以吸取流速提供离开所述主动脉的吸取流。可以同时且选择性地控制所述目标灌注流速和所述吸取流速，但是这种流量控制没有将患者的生理参数考虑进去。兰德有限公司的监测心肺分流术过程中医疗流体的体外循环和灌注的系统CN200710093658.1，监测和控制血泵的血流循环回路，但是其监控参数没有反馈到灌注血泵的控制。国内，中国人民解放军第四军医大学的一种体外循环整体灌注系统CN201220067806.9，也没有实现根据患者生理参数控制灌注流量。

目前的体外灌注系统的灌注流量是依靠医生经验控制，灌注流量没有耦合患者的生理参数变化综合考虑，因此会有过灌注或灌注不足的危险。

华中科技大学的一种基于自相关建模法的低灌注血氧饱和度测量方法CN103027690A，虽然设计了一种测量血流灌注指数的方法，但是该指数仅反映了血流的脉动性，无法表示体外灌注流量与患者自身心脏灌注的比值关系，无法为调节体外灌注流量提供依据。

灌注过程中，生理参数如心排量，心率，血压等和体外灌注的流量实时相关，这些参数会随着血泵旋转造成的流量变化而变化。在控制血泵决策中，这些参数也是重要的影响因素。

发明内容

为了能够根据患者的生理参数调节体外灌注流量，减少并发症，本发明提供一种体外循环灌注决策系统，使灌注量维持在适合患者状态的范围。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种体外循环灌注决策系统，系统包括检测模块和决策模块,所述检测模块循环采集患者的生理数据和体外灌注系统的参数，患者的生理数据包括心排量、心率、血压、静脉血氧饱和度和动脉血氧饱和度，体外灌注系统的参数包括输出压力和流量，并且检测模块将其中的心排量、血压、输出压力、流量分别拟合成动脉压的波形、动脉血流量的波形、体外循环灌注血泵的出口压力波形、体外循环灌注血泵的灌注血流量的波形，同时将上述数据显示出来并送到所述决策模块；所述决策模块根据式

$PAI\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{T_c}{\∫}_0^{T_c}\left(\frac{P_p\left(t\right)F_p\left(t\right)}{P_{ap}\left(t\right)F_{ap}\left(t\right)}\right)dt$

得到参考决策PAI，并将参考决策PAI显示出来，或者同时输出给体外灌注系统；

式中，PAI(ω)——体外循环灌注和心脏灌注的做功关系，

P_p(t)——体外循环灌注血泵的出口压力波形，

F_p(t)——体外循环灌注血泵的灌注血流量的波形，

P_ap(t)——动脉压的波形，

F_ap(t)——动脉血流量的波形，

T_c——心动周期，由心率得到；

所述的静脉血氧饱和度和动脉血氧饱和度作为判别PAI(ω)是否为参考决策PAI的依据，如果动脉血氧饱和度>90％，静脉血氧饱和度维持在64～88％之间，PAI(ω)为推荐值，输出参考决策PAI。

以下面的条件为依据可以得到所述参考决策PAI的最佳值：

1)动脉血氧饱和度>90％，静脉血氧饱和度维持在64～88％之间；

2)心率在根据公式118.1-(0.57×年龄)计算的值附近；

3)心排量为4～7L/min或心排量平均值为4～6.5L/min；

4)血压收缩压≤140mmHg(18.6kPa)，舒张压≤90mmHg(12kPa)。

本发明的有益效果在于：利用体外循环灌注决策系统可以根据患者的生理参数制定灌注决策，以此为基础调节体外灌注流量，适应患者的生理需求，减少并发症。

附图说明

图1是本发明一种体外循环灌注决策系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的的具体构成做详细说明。

体外循环灌注流量决策系统包括检测模块和决策模块，结构框图如图1所示。检测模块采集患者的生理数据和体外灌注系统的参数，并将数据传递给所述决策模块。生理数据包括患者心功能指标，如心排量、心率、血压和供氧指标(包括静脉血氧饱和度和动脉血氧饱和度)。体外灌注系统的参数包括输出压力和流量。决策模块接收检测模块的数据并进行计算，得出参考决策PAI。

其中，患者的心排量，心率，血压，血氧饱和度可采用常规检测手段获得，如多普勒流量传感器检测心排量，双有创压力传感器检测血压，心电电极检测心率，光电传感器检测血氧饱和度。

检测模块采用计算机和多路信号选择开关电路(如芯片CD4051构成的多路信号选择开关电路)构成，多通道数据采集模块依次将各路信号采集到计算机，并循环采集。计算机拟合出动脉压和血流量的波形，以及体外循环灌注血泵出口压力和流量的波形。

决策模块可采用简单的单片机及其外围电路构成。通过编写程序，得到参考决策PAI。其原理如下：

为评价体外循环灌注和心脏灌注的做功关系，引入灌注辅助指数PAI(ω)，描述二者之间的做功分配。决策模块中安装了计算PAI(ω)的算法程序，由公式

$PAI\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{T_c}{\∫}_0^{T_c}\left(\frac{P_p\left(t\right)F_p\left(t\right)}{P_{ap}\left(t\right)F_{ap}\left(t\right)}\right)dt$ 得到；

式中，P_p(t)——体外循环灌注血泵的出口压力波形，

F_p(t)——体外循环灌注血泵的灌注血流量的波形，

P_ap(t)——动脉压的波形，

F_ap(t)——动脉血流量的波形，

T_c——心动周期。

由于出口压力和血流量的波形是体外循环灌注系统产生的，是可以调节的，由所述检测模块获得，从而PAI(ω)是一个随患者生理参数变化的个性化决策因子。PAI(ω)可以评价心脏与体外灌注系统的做功关系，描述二者之间的做功分配，单位是“％”，其正常范围在0％-100％内。当PAI(ω)<100％时，体外灌注系统处于部分辅助。当PAI(ω)＝100％，体外灌注系统处于完全辅助。PAI(ω)值越高，体外灌注系统为患者提供的能量越高。

决策模块根据检测模块采集的生理数据如心排量，心率，血压，血氧饱和度，计算参考决策，即PAI(ω)。当这些生理数据在正常值时，PAI(ω)为参考决策值PAI，医生或控制系统可以参考决策值PAI调节灌注量。如果生理数据不在正常范围内，决策模块则发出警告。决策模块PAI参照的生理参数的正常值如下：动脉血氧饱和度>90％，静脉血氧饱和度维持在64～88％之间；正常心跳频率范围在60-100/分，平均在75/分左右，心率正常值根据以下公式计算：118.1-(0.57×年龄)；心排量的正常值为4～7L/min，心排量平均值为4～6.5L/min；血压收缩压≤140mmHg(18.6kPa)，舒张压≤90mmHg(12kPa)。

Claims (2)

1.一种体外循环灌注决策系统，系统包括检测模块和决策模块,其特征在于：所述检测模块循环采集患者的生理数据和体外灌注系统的参数，患者的生理数据包括心排量、心率、血压、静脉血氧饱和度和动脉血氧饱和度，体外灌注系统的参数包括输出压力和流量，并且检测模块将其中的心排量、血压、输出压力、流量分别拟合成动脉压的波形、动脉血流量的波形、体外循环灌注血泵的出口压力波形、体外循环灌注血泵的灌注血流量的波形，同时将上述所有的患者的生理数据、体外灌注系统的参数，以及检测模块拟合出来的波形显示出来并送到所述决策模块；所述决策模块根据式

$PAI\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{T_c}{\&Integral;}_0^{T_c}\left(\frac{P_p\left(t\right)F_p\left(t\right)}{P_{ap}\left(t\right)F_{ap}\left(t\right)}\right)dt$

得到参考决策PAI，并将参考决策PAI显示出来，或者同时输出给体外灌注系统；

式中，PAI(ω)——体外循环灌注和心脏灌注的做功关系，

P_p(t)——体外循环灌注血泵的出口压力波形，

F_p(t)——体外循环灌注血泵的灌注血流量的波形，

P_ap(t)——动脉压的波形，

F_ap(t)——动脉血流量的波形，

T_c——心动周期，由心率得到；

所述的静脉血氧饱和度和动脉血氧饱和度作为判别PAI(ω)是否为参考决策PAI的依据，如果动脉血氧饱和度>90％，静脉血氧饱和度维持在64～88％之间，PAI(ω)为推荐值，输出参考决策PAI。

2.如权利要求1所述的一种体外循环灌注决策系统，其特征在于：所述参考决策PAI的依据为，

1)动脉血氧饱和度>90％，静脉血氧饱和度维持在64～88％之间；

2)心率在根据公式118.1-(0.57×年龄)计算的值附近；

3)心排量为4～7L/min，心排量平均值为4～6.5L/min；

4)血压收缩压≤140mmHg(18.6kPa)，舒张压≤90mmHg(12kPa)。