局部耗氧量/灌注测量装置和方法

摘要

为了估算患者局部耗氧量和/或灌注的方法，确定患者吸入空气的容量，并且根据电阻抗断层成像的方法，在屏息过程的第一时间点测量出第一局部肺部容量。将第一局部肺部容量与在屏息过程的第二时间点测量出的第二局部肺部容量进行对比。

说明书

相关申请的交叉引用

本非临时申请要求于2007年9月11日提交的美国临时申请第60/960,015号，名称为“局部耗氧量/灌注测量装置和方法”的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明大体上涉及患者肺部的耗氧量和/或灌注的测量。更特别地，本发明涉及运用电阻抗断层成像装置及其方法确定肺部特定区域的耗氧量和/或灌注的数量。

背景技术

电阻抗断层成像(EIT)是一种公知的医疗成像技术，其中从在患者体表检测的电测量结果推断出患者部分身体的电导率和电容率图像。典型地，导电电极以环绕关注区域的形式被附连到患者的皮肤上。在几毫微安培(nA)到几毫安(mA)的数量级的微弱交流电以通常在千赫(kHz)范围内的频率施加到一些或者全部导电电极上。测量出所产生的电势，并使用多个不同构造的施加电流重复上述过程。

发明内容

在一些实施例中，本发明提供了一种确定患者肺部的局部耗氧量的装置和方法。另外，通过发明的各种实施例确定了由姿势决定的局部耗氧量和/或灌注。

本发明的一个实施例属于估算患者局部耗氧量和/或灌注的方法。在这里，确定了患者吸入空气的容量并且，根据电阻抗断层成像的方法，在屏息过程的第一时间点测量出的第一局部肺部容量。将第一局部肺部容量与在屏息过程的第二时间点测量出的第二局部肺部容量进行对比。

本发明的另外一个实施例涉及估算患者局部耗氧量和/或灌注的装置。该装置包括被配置成在屏息过程的第一时间点测量第一局部肺部容量的电阻抗断层成像装置。另外，电阻抗断层成像装置被配置成将第一局部肺部容量与在屏息过程的第二时间点的第二局部肺部容量进行对比。

本发明的再一个实施例属于估算患者局部耗氧量和/或灌注的系统，该系统包括电阻抗断层成像装置、信号处理器和显示器。电阻抗断层成像装置被配置成对患者进行检测并响应于对患者的检测而发送信号。信号处理器被配置成接收所述信号。信号处理器包括算法，该算法被配置成响应于所述信号而确定在屏息过程的第一时间点的第一局部肺部容量，并将第一局部肺部容量与在屏息过程的第二时间点的第二局部肺部容量进行对比。该算法被配置成响应于对比结果而确定局部耗氧量和/或灌注。显示器显示所述局部耗氧量和/或灌注。

这样，在此已经相当广泛地概述了本发明的特定实施例，以便更好地理解其详细描述，并更好地意识到本发明对现有技术的贡献。当然，本发明还存在下文中将描述的其他实施例并且这些实施例将构成所附权利要求的主题。

关于这方面，在详细阐述本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用方面不限于构造的细节，也不限于在以下描述中提出的或者在附图中所图示的部件的配置。本发明可以为除所描述的实施例之外的实施例，并且可以多种方式来实践和实施。另外，应当理解的是，这里所采用的措辞和术语以及简称是为了描述的目的，不应当视为限制。

因此，本发明的技术人员应当意识到的是，本公开所基于的概念可易于被用作设计用于实施本发明的多个目的的其他结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被视为包括在不背离本发明的精神和范围的范围内的等同构造。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的正在用适当的电阻抗断层成像(EIT)装置检查的患者的立体图；

图2是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时全肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子；

图3是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时右肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子；

图4是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时左肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子；

图5是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时全肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子；

图6是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时右肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子；

图7是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时左肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子。

具体实施方式

本发明的多个实施例利用了电阻抗断层成像(EIT)技术检测和分析肺部的局部气体容量。基于这个分析，计算出氧气的局部吸收并推算出局部肺部灌注。至少一个实施例的益处在于，可以推算出患者肺部局部的实时的非介入性患者肺部灌注。

有益的是，本发明的实施例可用来估算换气的局部分配，且进一步地，可用来估算患者肺部的局部灌注。而且，有益的是，本发明的实施例可用来匹配换气和灌注的分配。换言之，可估算患者的局部灌注。在特定例子中，可估算或确定患者肺部的局部灌注容量或局部能力且患者的姿势可调整为使得换气最优化。

肺部氧气的吸收取决于换气和灌注。已知的是，在急性肺损伤中，病程主要不均匀地分布在肺部。由换气-灌注的失谐产生的供氧不足是这些患者最严重的并发症。治疗主要依靠换气策略(PEEP，I:E-ratio，允许自然呼吸的辅助换气等)来改善换气-灌注比率而不损伤肺部。目前，在临床上不能估算这些策略对于局部换气和灌注的效果。

本发明的实施例被示为提供了估算换气策略在患者临床和实时局部换气和灌注上的效果的系统、装置和方法。估算局部灌注的主要构思在于使用局部耗氧量作为局部灌注(也就是，当血液流过气泡时，血液从气泡吸取氧气)的指示。因此，如果氧气吸收被减少或者停止，这种情形可以归因于血液流量的减少或者停止。如图示和上文所描述的，当局部容量改变时可以在屏息的一段时间内测量耗氧量。为了确定耗氧量的数量，可以以任何适当的方式比如通过肺活量测定法、吸入或者呼出已知气体数量，来为相对电阻变化的改变刻度(calibrate)。在一个特定实施例中，可以采用一种已知的呼吸器来给患者传送呼吸，或者可以运用任何合适的流量传感器来测量患者呼吸容量。获知了局部耗氧量，可以基于血红蛋白的混合静脉氧气饱和度和血红蛋白的浓度来计算出局部血流量。替代性地，这些值可以被假设为相关值。从这两个值，可以计算出饱和度至多为100％的每毫升血液中的氧气的数量。可以假设，在更高的吸入氧气浓度(在一个优选实施例中采用的是100％氧气)，流过换气肺部局部的血液在离开肺部以后充分地饱和。

作为计算整个肺部的血流量的例子：假设混合静脉饱和度为70％，Hb浓度为12g/dl，耗氧量为200ml/min；0.12g/ml(Hb-浓度)x1.39ml/g(血色素粘合因数)x(1-0.7)(饱和度差值)。在这个实施例中，血液流量为4000ml/min。为了估算换气灌注比率，患者被供入几分钟的100％氧气。可以根据从流量传感器或者呼吸机测量出的整体容量对整体EIT换气量进行定标(scale)或者刻度。从这个定标的整体EIT换气量，可以计算出以ml/min为单位的局部换气量。在一个例子中可以执行吸气末屏息。在其他例子中，任何时间点上的屏息都是适当的。从这个屏息，我们根据由电阻的减少测量到的肺部容量的减少计算出相同区域内的耗氧量。本发明实施例的一个特别的益处在于可以根据从各个区域的对于电阻的各自分配计算出局部换气/灌注比率。在肺部健康自然呼吸主题方面进行的研究简单地论证了姿势对于局部耗氧量的影响进而对灌注的影响。

现参照附图说明本发明的实施例，在全部的附图中相同的标识指的是相同的部分。如图1所示，EIT装置10包括一系列传感器12a-12n和计算/显示单元14。传感器12a-12n布置在患者周围，并被控制来确定患者在传感器12a-12n处的电阻。在特别的例子中，EIT装置10包括16个传感器12a-12n，并被配置成产生和分析多频信号。但是，在其他例子中，适当的EIT装置10可以包括更少或者更多个传感器12a-12n，可以或者不可以产生和分析多频信号。如通常所知的，在一个EIT过程中，一个或者多个传感器12a-12n产生信号，而其余传感器12a-12n感应到对该信号的电阻。身体的血液和组织为这些信号提供了不同级别的电阻，空气为信号提供了高电阻。典型地，多数这种信号被采用来产生足够的数据以反映患者。用这种方法，可以确定患者体内的空气的容量。

根据本发明的一个实施例，EIT装置10包括算法16，以求出用于计算局部耗氧量的EIT数据的值。算法16被配置成利用测量出的呼吸容量为用于改变容量的EIT信号定标。算法16进一步被配置成利用屏息中测得的EIT容量减少值，计算从肺部局部灌注吸收的耗氧量。即，患者的呼吸被停止或者患者被指示在一段适当长度的时间内停止或者屏住呼吸。适当的屏息持续时间的例子包括60秒、100秒、120秒等。时间的确切长度不重要。在屏息过程中，肺部容量的任何减少可以归因于氧气的吸入。本发明实施例的益处在于可以确定肺部各个局部的耗氧量量和整体的耗氧量量。根据传感器12a-12n的布置，这些区域可以包括右/左肺、上/中/下肺等，在一个特别实施例中，可以采用图1中所示的EIT装置10来确定左肺和右肺的耗氧量量。

图2为根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时全肺耗氧量时传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子。如图2所示，记录曲线开始于自然呼吸或者潮式呼吸阶段20a。特别地，示出了穿插了吸气22和呼气24的潮式呼吸20a中的四次呼吸。记录曲线先后显示了肺活量(VC)控制(maneuver)30a，记录曲线开始于充分呼气32，持续通过充分吸气34，终止在充分呼气34。在潮式呼吸20b、VC控制30b和潮式呼吸20c之后，窒息阶段40邻接充分呼气42开始，然后是充分吸气44。窒息阶段40包括持续适当时间的屏息。应当特别注意的是，窒息阶段40的特征在于在记录曲线上从点44到点46发生的屏息控制。这个事件持续的时间大约是100秒。在这个时间内，示出的电阻减少，因此肺部容量减少。这个容量的减少归因于肺部氧气的吸收。耗氧量本身是肺灌注的一个指标，因此也借此成为血流量的一个指标。

算法16确定在记录曲线上从点44到点46的肺部容量的改变，并基于容量的改变计算耗氧量。在图2示出的特别实施例中，病人的肺活量是5.3升(L)，耗氧量是每分钟393毫升(ml)(ml/min)，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：每分钟7.8升(l/min)。

图3是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时右肺耗氧量时传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子。如图3所示，记录曲线遵循了与图2相比较为相似的图案。特别地，图3的记录曲线包括潮式呼吸阶段20a-20c，VC控制30a和30b，窒息阶段40。注意到，该曲线显示了右肺的计算量略微高于全肺耗氧量的50％的值。具体地，计算得到的耗氧量为226ml/min，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：4.5l/min。

图4是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于仰卧位置时左肺耗氧量时传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子。如图4所示，记录曲线遵循与图2和图3相比较为相似的图案。此外，图4中示出的记录曲线包括潮式呼吸阶段20a-20c，VC控制30a和30b，窒息阶段40。注意到，该曲线显示了左肺的计算量略微低于全肺耗氧量的50％的值。具体地，计算得到的耗氧量为167ml/min，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：3.3l/min。左肺相比于右肺耗氧量略微减少，这与左右肺叶大小差异相一致。

图2，3和4中示出的记录曲线大体上示出了肺部的一般条件或者控制条件。通过将这些记录曲线与其他的对比，所注意到的任何差异可被利用来诊断病人的问题或疾病情况。另外，通过对病人各种位置执行这些测量，可以确定由位置决定的耗氧量和/或肺灌注。在接下来的图5，6和7中，一个普通男性受试者在左侧卧姿势被测量。

图5是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时全肺耗氧量的测量时传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图的例子。如图5所示，记录曲线遵循与图2相比较为相似的图案。此外，图5中示出的记录曲线包括潮式呼吸阶段20a-20c，VC控制30a和30b，窒息阶段40。另外，图5包括在VC控制30b期内被刻度的容量刻度36。根据各种实施例，容量刻度36可以以任何适当的方式执行，例如，通过肺活量测定法或其他这样的肺功能过程。容量刻度可以在所述过程期间基本上任何时间执行并且不需要在VC控制期间执行。

在另一个实施例中，可以仅仅在开始于充分呼气42并且结束于充分吸气44的屏息阶段40之前执行容量刻度。另外，实质上这个测试可以在任何呼吸点执行。也就是说，屏息阶段40可以在充分呼气42和充分吸气44之间的任何呼吸点执行。同样的，这个测试可以被执行在不能够或者不建议进行完全吸入控制的病人身上。

图5还示出，记录曲线包括指明记录曲线在屏息阶段40中的斜率的线48。线48沿经算法16确定的经计算的“最佳适配”布置。另外，算法也可使用其他容量变化率的数学模型。线48通常显示在屏息阶段40的肺部或者肺局部容量增大平均值并且可以被利用来计算耗氧量。这些数值基于容量刻度36得出，记录曲线如下：标准容量是5.4L；计算得到的耗氧量是421ml/min，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：8.4l/min。当与图2示出的正常男性在仰卧位置时全部数据做比较时，图4的这些数值表现得非常相似。然而，如图6和图7所示，右肺和左肺的局部或个别的数值根据姿势而有显著区别。

图6是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时右肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图。如图6所示，记录曲线遵循与图5相比较为稍微相似的图案。例如，图6的记录曲线显示包括潮式呼吸阶段20a-20c，VC控制30a和30b，窒息阶段40。图6的记录曲线在线48的斜率上也较大地不同于图5。接近水平的线48指示了相对低的耗氧量。具体地，计算得到的耗氧量为39ml/min，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：0.8l/min。这大大减少的耗氧量由图7示出的耗氧量的大大增加而弥补。这种现象可以在某种程度上归因于重力效应使血液流入肺部较低位置(左肺)。

图7是根据本发明的一个实施例的在普通病人处于左侧卧姿势时左肺耗氧量的传输阻抗(纵坐标，欧姆)受时间(横坐标，秒)影响的坐标图。如图7所示，记录曲线遵循与图5相比较为稍微相似的图案。例如，图7的记录曲线显示包括潮式呼吸阶段20a-20c，VC控制30a和30b，窒息阶段40。注意到，图7的记录曲线在线48的斜率上也较大地不同于图6。图6中接近水平的线48与图7中强烈倾斜的线48形成显著对比。图7中的线48指示了相对高的耗氧量。具体地，计算得到的耗氧量为382ml/min，灌注是(Sv：70％，Hb：12g/dl)：7.6l/min。此外，这种现象可以某种程度归因于重力效应使血液流入肺部较低位置(左肺)。

本发明的多个特征和优点通过详细的说明而变得清晰，因此，所附的权利要求书意在涵盖落入本发明的真正精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员可以容易地想到多种改进和变化，因此并不希望将本发明局限到所图示和描述的确切构造和操作，相应地，所有合适的改进和等同物可以诉诸于落入本发明的范围内。