导致动脉酸碱状态的不正确测量的通气障碍的标识和量化的制作方法

1.本发明涉及一种用于标识通气中的瞬时障碍导致动脉酸碱状态的测量中的变化到其的程度的计算机实现的方法。该方法应用从静脉血液的分析获得的酸碱状态的计算动脉值，以及动脉酸碱状态的测量值。计算值和测量值之间的差异用于量化二氧化碳的添加或去除，这对于考虑（account for）由于通气中的变化导致的动脉酸碱状态中的瞬时障碍是必要的。本发明还涉及一种相应的数据处理系统，以及一种用于在计算机上执行的相应的计算机程序产品。


背景技术：

2.患有急性呼吸系统疾病的患者通常需要动脉血气来测量动脉血液的氧合和酸碱状态的值两者，包括ph和二氧化碳的分压（pco2）。血液样本通常通过穿刺动脉获得，这是痛苦的，特别是与静脉的穿刺相比更是这样。因此，先前已经开发方法（下文引用的1、2）来根据静脉血液中的进行的测量来计算动脉值。该方法使用从使用手指或耳夹的脉搏血氧计获取的动脉氧合的非侵入性测量，并且然后计算将静脉氧值转换为动脉氧值所需的氧气的添加。然后通过假设为了将静脉血液气体转化为动脉而去除的co2是添加的氧气的固定比率，该方法计算完整的动脉氧气和酸碱曲线。可以使用该固定的比率，因为有氧代谢中co2的产生和o2的消耗是直接相关的。该比率被称为呼吸商（rq）。
3.该方法已经在许多研究（3
‑
6）的患者中示出了准确运转（function）。在国际专利申请wo2004/010861（属于obi medical aps，丹麦）中公开了用于将静脉血液值转换为动脉血液值的相关方法。虽然众所周知存在关于通气对动脉血液的影响的假象（artefacts），例如过度通气（hyperventilation）、通气不足（hypoventilation）等，但是对这些影响的程度和量化知之甚少。因此，用于解释通气变化可以如何修改动脉酸碱状态的改进方法将是有利的。
4.发明目的本发明的目的是提供现有技术的替代方案。特别地，可以将本发明的目的视为提供一种方法，该方法解决了现有技术的上述问题，即对组织缺氧的度量的未知或不确定的影响。
5.本发明的一个目的可以被视为提供一种方法，该方法解决了关于标识通气中的瞬时变化已经将对受验者（subject）的或患者的动脉血液的酸碱状态的测量修改到其的程度的现有技术的上述问题。


技术实现要素：

6.因此，在本发明的第一方面中，旨在通过提供一种用于确定动脉血液样本由于受验者的通气中的瞬时增加或减少的存在而已经被修改到其的程度的计算机实现的方法，来获得上面描述的目的和若干个其他目的，所述方法包括a）测量和/或估计血液样本中的酸碱状态的值，所述血液样本从所述受验者的静
脉血液获得，b）提供来自所述受验者的所测量的和/或估计的动脉氧合的值，c）通过应用静脉到动脉转换模型来转换静脉血液值，所述静脉到动脉转换模型用于将血液酸碱状态和氧合状态导出为第一估计动脉血液值，d）提供来自所述受验者的第二参考动脉血液的酸碱状态和氧合值，e）使用动脉血液中的总二氧化碳含量的度量来实现通气障碍模型，所述模型至少具有所述第一估计动脉血液值和所述第二参考动脉血液的值作为输入，f）通气障碍模型计算指示所述第一估计动脉血液值和所述第二参考动脉血液的值之间的总二氧化碳含量中的差异的度量，以及g）所述通气障碍模型被布置成输出度量，所述度量指示动脉血液样本由于使用所述度量的通气中的瞬时变化的存在而已经被修改到其的程度。
7.本发明是特别但不排他地有利的，因为动脉酸碱状态的测量值和计算值的测量和分析（即比较）可以被应用于获得迄今为止不可获得的关于由于通气中的瞬时修改导致的动脉酸碱状态的测量中的变化的见解。据发明人的最佳知识，见解在本领域中以前是不可获得的。
8.因此，本发明的方法提供了关于瞬时通气的程度的指示，该瞬时通气的程度负责动脉酸碱状态的测量的修改，这可以允许临床医生采取适当的动作，诸如决定在通气中的瞬时变化已经过去的某个时间之后执行第二动脉测量，以便确认动脉酸碱状态的正确水平。
9.在最宽泛的意义上，本发明可以有利地应用于帮助评估测量的动脉值是否表示患者在稳态条件下的酸碱状态，或者它们是否已经被瞬时通气的影响所修改。修改的存在可以以两个结果的方式来描述，即
‘
存在’或
‘
不存在’，但是本发明当然也可以以定性和定量两者的方式来输出该风险的更细微的水平。因此，在定量方式中，它可以是数字，诸如计算和测量的动脉值中的co2或ph水平中的差异，或者为了将计算的动脉值转换成测量值而需要添加或去除的co2。如果以定性方式来提供，则它可以是例如三级制度（regime），例如
‘
存在’、
‘
在较小程度上’和
‘
在较大程度上’、四级风险制度等等。因此，在实施例中，指示其中动脉血液样本由于通气中的瞬变的存在而已经被修改的程度的输出度量可以是定量度量，该定量度量随后针对是否已经检测到通气中的瞬变与预定义的极限进行比较。
10.动脉血气由于通气中的瞬时变化而已经被修改到其的程度可以通过声音/警报或其他人机界面以任何种类的合适图形用户界面（gui）来输出并且指示给用户（例如，临床医生），和/或被存储以供稍后使用（例如，以用于由临床医生分析和评估）。
11.可以提到的是，在本发明的情境中，所述指示旨在帮助或指导例如临床医生做出治疗和/或诊断特性的决策。因此，本发明没有被设计成进行实际诊断，而仅仅是提供智能信息，即可以帮助临床医生执行随后的步骤并进行为患者提供诊断和评估动脉酸碱测量的质量的智能练习的指示。如果需要，则诊断之后可以是治疗特性的动作。
12.在一个实施例中，通气障碍模型可以进一步对度量执行最小化过程，以便找到第一度量的最佳值，该最佳值指示受验者或患者的通气中可能的运送变化。技术人员将理解，在数学上，找到度量的最优值的过程可以通过替代的数学方法来执行，诸如重新公式化为最大化过程等。有益地，尤其是考虑到表述通气障碍模型的通常复杂的数学公式，可以通过
使用所述度量的迭代过程来执行度量的最小化过程。
13.在一个实施例中，通气障碍模型的迭代可以在数学上修改总二氧化碳含量，以便将第一估计动脉血液值近似为第二参考动脉血液的值。在替代实施例中，其可以是相反的，即通气障碍模型的迭代可以在数学上修改总二氧化碳含量，以便将第二参考动脉血液的值近似为第一估计动脉血液值。设想的是，如果时间和/或处理资源允许，执行两次迭代来执行迭代的一致性或稳定性检查是可能的。
14.在另一个实施例中，分别从所述第一估计动脉血液值和所述第二参考动脉血液的值导出的指示ph和pco2之间的差异的两个参数可以被用于最小化过程。这两个参数也可以被组合成用于最小化的公共误差函数。如下面更详细解释的，这允许找到指示通气中的瞬时变化对受验者的动脉血液值有影响的度量的高效方式。
15.在第二方面中，本发明涉及一种数据处理系统，用于确定其中动脉血液样本由于通气中的瞬时增加或减少的存在而已经被修改的程度，所述数据处理系统包括：a）用于测量和/或估计血液样本中的血液酸碱状态的值的装置，所述血液样本从所述受验者的静脉血液获得，b）用于接收或提供来自所述受验者的所测量的和/或估计的动脉氧合的值的装置，c）用于通过应用静脉到动脉转换模型来转换静脉血液值的装置，所述静脉到动脉转换模型用于将血液酸碱状态和氧合状态导出为第一估计动脉血液值，d）用于接收或提供来自所述受验者的第二参考动脉血液的酸碱状态和氧合值的装置，e）用于使用动脉血液中的总二氧化碳含量的度量来实现通气障碍模型的装置，所述模型至少具有所述第一估计动脉血液值和所述第二参考动脉血液的值作为输入，f）其中通气障碍模型计算指示所述第一估计动脉血液值和所述第二参考动脉血液的值之间的总二氧化碳含量中的差异的度量，以及g）所述通气障碍模型被布置成输出度量，所述度量指示动脉血液样本由于使用所述度量的通气中的瞬时变化的存在而已经被修改到其的程度。
16.在第三方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其适于使得包括至少一台计算机的系统能够控制根据本发明的第二方面的数据处理系统，所述计算机具有与其连接的数据存储的装置。
17.本发明的该方面是特别但不排他地有利的，因为本发明可以通过一种使得计算机系统能够在下载或上传到计算机系统中时执行本发明的第二方面的数据处理系统的操作的计算机程序产品来实现。这样的计算机程序产品可以在任何种类的计算机可读介质上提供，或者通过网络提供。
18.在第四方面中，本发明涉及一种用于确定其中动脉血液样本由于通气中的瞬时增加或减少的存在而已经修改的程度的设备，所述设备包括：a）用于测量和/或估计血液样本中的血液酸碱状态的值（vbg）的装置，所述血液样本从所述受验者的静脉血液获得，b）用于接收或提供来自所述受验者的所测量的和/或估计的动脉氧合的值（so
2am
，so
2ae
，spo2）的装置，
c）用于通过应用静脉到动脉转换模型来转换静脉血液值的装置，所述静脉到动脉转换模型用于将血液酸碱状态和氧合状态导出为第一估计动脉血液值（1_abg
c
），d）用于接收或提供来自所述受验者的第二参考动脉血液的酸碱状态和氧合值（2_abg）的装置，e）用于使用动脉血液中的总二氧化碳含量（tco2）的度量来实现通气障碍模型的装置，所述模型至少具有所述第一估计动脉血液值（1_abg
c
）和所述第二参考动脉血液的值（2_abg）作为输入，f）其中通气障碍模型计算指示所述第一估计动脉血液值（1_abg
c
）和所述第二参考动脉血液的值（2_abg）之间的总二氧化碳含量（δtco
2,v
）中的差异的度量，以及所述通气障碍模型被布置成输出度量，所述度量指示动脉血液样本由于使用所述度量的通气中的瞬时变化的存在而已经被修改到其的程度。
19.本发明的该方面是特别但不排他地有利的，因为本发明可以通过一种包括根据本发明的第三方面的使得计算机系统能够在下载或上传到设备中时执行本发明的第二方面的数据处理系统的操作的计算机程序产品的设备来实现。
20.在第五方面中，本发明涉及根据本发明的第四方面的用于确定其中动脉血液样本由于通气中的瞬时增加或减少的存在而已经被修改的程度的设备的用途。
21.本发明的该方面是有利的，因为根据第四方面的设备的用途可以向操作者提供关于瞬时通气的程度的指示，该瞬时通气的程度负责动脉酸碱状态的测量的修改，这可以允许临床医生采取适当的动作，诸如决定在通气中的瞬时变化已经过去的某个时间之后执行第二动脉测量，以便确认动脉酸碱状态的正确水平。
22.本发明的各个方面可以各自与其他方面中的任何方面相组合。参考所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将从以下描述中变得明显。
附图说明
23.现在将关于附图来更详细地描述本发明。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应被解释为限于落入所附权利要求集的范围内的其他可能的实施例。
24.图1：图1示出了过度通气和通气不足如何影响动脉血液并在组织和血液之间产生co2的整体移动。
25.图2图2是根据本发明的方法的流程图。
26.图3图3图示了使用血液的酸碱化学的（一个或多个）数学模型来确定考虑通气中的瞬时变化的影响所必需的co2的添加/去除的方法的实施例。
27.图4/4a图4图示了模拟患者病例，其说明了可以通过从计算的动脉值中数学去除co2以考虑瞬时过度通气来描述通气中瞬时增加到其的程度的计算。
28.图5/5a图5图示了模拟的患者病例，其说明了可以通过从计算的动脉值中数学添加co2以
考虑瞬时通气不足来描述通气中瞬时下降到其的程度的计算。
29.图6图6图示了根据先前出版物（7）所修改的酸碱化学的数学模型的示例。
具体实施方式
30.本发明是一种方法和对应的计算机系统，用于标识通气中的瞬时变化已经将动脉酸碱状态的度量修改到其的程度。本发明的元素是动脉酸碱状态的计算值和测量值的比较。
31.一般地，已知存在关于来自通气等对动脉血液影响的假象，然而，程度和量化却知之甚少。
32.特别是，在其中患者具有通气中的突然瞬时增加或减少的状况下，可能违反o2消耗和co2产生的固定比率的假设，参见图1。通气中的突然增加将导致co2的快速呼出。由于动脉血液容量是相对小的，因此动脉血液中co2的快速呼出将被迅速地视为动脉pco2的降低，但动脉氧水平中没有实质性变化。当具有降低的pco2的动脉血液通过组织时，则co2从组织到血液的运输将不仅仅是由于o2消耗和co2产生而导致，并且在有氧代谢的运输之上将发生过量运输，如图1中由co2流入所图示的。组织，并且特别是组织液，含有大量的co2。因此，由于瞬时减少的动脉pco2，组织和血液之间将存在pco2梯度，并且相对于有氧代谢中氧气的使用，从组织到血液的co2的运输将增加，如图1中由co2流入所图示的。
33.对于通气中的突然减少，可能出现类似但相反的效果，其中动脉co2中的增加可能产生从血液到组织的pco2梯度，并且由于有氧代谢，相对于o2的使用，从组织到血液的co2的运输将减少，并且co2运输的不足将出现，如图1中由co2流出所图示的。
34.对于这两种情况，即通气中的增加和减少，应用先前公布的方法将不会导致动脉血液中的pco2和ph的计算值与测量值相匹配，这是由于在组织到血液之间的co2运输的过量或不足。这意味着数学模拟，从计算的动脉值添加或去除co2，直到达到测量值，将指示动脉血液已经被通气中的瞬时变化修改到其的程度。
35.如果通气中的增加或减少持续，那么身体将达到co2的稳定状态。因此，由于通气中的瞬时变化导致的组织和血液之间的pco2梯度中的变化将消失。因此，这里描述的方法仅指代数秒或数分钟左右内呼吸中的瞬时变化。这些变化可能是由于呼吸的深度或容量或频率而导致。例如，如果患者由于压力而增加呼吸，或者如果患者由于例如对与动脉穿刺相关联的疼痛的恐惧而屏住其呼吸，则可能发生所述变化。这些瞬时变化的影响预计仅作用于co2，而没有对血液的缓冲或其他特性的改变。因此，它们可以通过单独添加或去除co2来考虑，如将根据本发明的教导和原理理解它的那样。
36.图2是本发明的方法的示意图。在图上所图示的方法包括来自如本发明的第一方面的步骤a、b和c中定义的从静脉血液计算动脉酸碱和氧合状态的先前方法（1，2）的输入。使用其作为输入，连同测量的动脉值，使得能够根据计算的和测量的动脉血液值之间的差异来计算通气中的瞬时变化对动脉酸碱状态的影响。描述酸碱状态的计算的动脉值和测量的动脉值中的差异可以通过该方法的若干个不同实施例来理解。通常，在本发明的第一、第二和第三方面中，所计算的动脉值被定义为第一估计动脉血液值的实施例，并且所测量的动脉值被定义为第二参考动脉血液的酸碱状态和氧合值的实施例。
37.图3图示了优选实施例。这里，根据先前方法（1，2）计算的动脉通过需要添加到计算的动脉酸碱状态或从计算的动脉酸碱状态去除的co2的浓度（δtco
2,v
）修改，使得ph和pco2与测量的动脉值紧密匹配。允许该匹配的δtco
2,v
的值然后归因于跨组织的co2的浓度中的变化，其不是由于有氧代谢而是由于通气中的瞬时变化而导致，如由下标中的
‘
v’项所指示。如图中所图示，δtco
2,v
的值可以通过以下方式来计算：迭代搜索可能的值，直到找到其中使ph和pco2的计算的动脉值和测量的动脉值之间的差异被最小化的值。计算该误差的一种方式在图3上图示。
38.图4图示了在其中已经发生瞬时过度通气的情况下该方法的模拟示例。计算的动脉血液中的ph和pco2的值与测量的动脉样本中的那些值不同，并且需要去除co2使得修改的计算的ph和pco2的动脉值与测量的动脉值相匹配。图中所图示的是在搜索δtco
2,v
的正确值时的第一步骤，其中已经使用
‑
0.5mmol/l的值，并且修改的动脉值变得更接近测量的动脉值。
‑
0.5mmol/l的值δtco
2,v
将意味着在血液从动脉运送到静脉期间，至少0.5mmol/l的co2已经被添加到血液，这无法通过有氧代谢来考虑。该变化是由于由动脉血液的瞬时过度通气引起的更大的组织到血液pco2梯度所导致，其降低了动脉pco2。描述co2修改的常见方式是通过缓冲线来说明血液中ph和pco2之间的关系。这些中的一个在图4a中图示，其图示了这种情况。静脉血液（示出为点[a]）比动脉具有更高的pco2和更低的ph。如果co2在组织上的所有运输都是由于有氧代谢导致，那么计算的动脉值（如由点[b]所示）将与测量值（如由点[c]所示）相匹配。从[b]到点[c]的移动通过对进一步去除co2（即负的δtco
2,v
）的需要来描述，如这里所述。
[0039]
图5图示了在其中已经发生瞬时通气不足的情况下该方法的模拟示例。计算的动脉血液中的ph和pco2的值与测量的动脉样本中的那些值不同，并且需要添加co2，使得修改的计算的ph和pco2的动脉值与测量的动脉值相匹配。图中所图示的是在搜索δtco
2,v
的正确值时的第一步骤，其中已经使用0.5mmol/l的值，并且修改的动脉值变得更接近测量的动脉值。0.5mmol/l的值δtco
2,v
将意味着在血液从动脉运送到静脉时，至少0.5mmol/l的co2已经从血液去除，这无法通过有氧代谢来考虑。该变化是由于由动脉血液的瞬时通气不足引起的降低的组织到血液pco2梯度所导致，其增加了动脉pco2。描述co2修改的常见方式是通过缓冲线来说明血液中ph和pco2之间的关系。这些中的一个在图5a中图示，其图示了这种情况。静脉血液（示出为点[a]）比动脉具有更高的pco2和更低的ph。如果co2在组织上的所有运输都是由于有氧代谢导致，那么计算的值（如由点[b]所示）将与测量值（如由点[c]所示）相匹配。从[b]到点[c]的移动通过对进一步添加co2（即正的δtco
2,v
）的需要来描述，如这里所述。
[0040]
图6图示了先前公布的血液的酸碱化学的数学模型（7）。需要该模型或类似模型来执行对血液中的酸碱化学的修改的模拟，如它在图2
‑
5中陈述了“根据模型计算”的地方所图示的那样。这些模型是可容易获得的，其中这里包括的该特定模型仅作为示例，因此，技术人员将理解，一旦理解了本发明的原理和教导，在本发明的情境中可以实现其他模型。
[0041]
术语表1_abg
c
第一估计或计算动脉值2_abg第二参考动脉值bb缓冲碱
be碱过量dpg2，3
‑
二磷酸甘油酯fcohb碳氧血红蛋白分数fmethb高铁血红蛋白分数gui图形用户界面hb血红蛋白hco3‑
碳酸氢根离子pco2血液中的二氧化碳的分压po2血液中的氧气的分压rq呼吸商so
2ae
所估计的动脉血液中的氧饱和度so
2am
所测量的动脉血液中的氧饱和度spo2通过脉搏血氧仪测量的氧饱和度δtco
2,v
由于通风导致的总二氧化碳含量变化tco2总二氧化碳含量to2总氧含量vbg
e
估计的静脉血气vbg
m
测量的静脉血气参考文献1.reesse、toftegaardm、andreassens，amethodforcalculationofarterialacid
‑
baseandbloodgasstatusfrommeasurementsintheperipheralvenousblood，computermethodsandprogramsinbiomedicine，2006年1月；81（1）：18
‑
25。
[0042]
2.wo2004/010861（属于obimedicalaps，丹麦）3.toftegaard、reesse、andreassens，evaluationofamethodforconvertingvenousvaluesofacid
‑
baseandoxygenationstatustoarterialvalues，emergencymedicinejournal，2009年4月；26（4）：268
‑
72。
[0043]
4.reesse、hansena、toftegaardm、pedersenj、kristensensr、harvingh，convertingvenousacid
‑
baseandoxygenstatustoarterialinpatientswithlungdisease，europeanrespiratoryjournal，2009年，5月；33（5）：1141
‑
7。
[0044]
5.tygeseng、matzenh、gr
ø
nkj
æ
rj、uhrenfeldtl、andreassens、gaardboeo、reesse，mathematicalarterialisationofvenousbloodinemergencymedicinepatients，europeanjournalofemergencymedicine，2012年12月；19（6）：363
‑
726.reesse、rychwicka
‑
kielekba、andersenbf、bibir、pedersenjf、weinreichum、birket
‑
smithlb、kristensensr，calculatingacid
‑
baseandoxygenationstatusduringcopdexacerbationusingmathematicallyarterialisedvenousblood，clinchemlabmed，2012年12月；50（12）：2149
‑
54。
[0045]
7.reesse、kl
æ
strupe、handyj、andreassens、kristensensr，mathematicalmodellingoftheacid
‑
basechemistryandoxygenationofblood
–
a mass balance, mass action approach including plasma and red blood cells，european journal of applied physiology，2010年2月；108（3）：483
‑
94。
[0046]
所有的上述专利和非专利文献通过引用被整体地并入于此。
[0047]
本发明可以借助于硬件、软件、固件或这些的任何组合来实现。本发明或其特征中的一些还可以被实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行、即在一个或多个计算机上数据处理的软件。
[0048]
本发明的实施例的各个元件可以以任何合适的方式（诸如在单个单元中、在多个单元中或作为分离功能单元的部分）在物理上、功能上和逻辑上实现。本发明可以在单个单元中实现，或者在物理上和功能上两者分布在不同的单元和处理器之间。
[0049]
尽管已经结合特定的实施例描述了本发明，但是不应当将其解释为以任何方式限于所呈现的示例。本发明的范围要根据所附权利要求集来解释。在权利要求的情境中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。而且，提及诸如“一”或“一个”等的引用不应当被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所指示的元件的参考符号的使用也不应被解释为限制本发明的范围。
[0050]
此外，不同权利要求中提及的各个特征也许可能被有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。