升高PaCO2的采集装置及监护系统

摘要

本发明涉及医疗设备领域，公开了一种升高PaCO2的方法、采集装置、监护系统及医疗用途，所述系统包括自体CO2吸入升高PaCO2装置，及依次连接的呼出气体采集装置、信号采集装置、通讯接口模块、信号处理装置、显示装置。采用本发明后，实现了脑血管储备功能的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强。并有优点如下：减轻病人经济负担；避免交叉感染的风险；避免CO2麻醉的风险；有利于PaCO2的准确监控：面罩内口鼻处的气体均为病人呼出的气体，在此采集的气体不受外界影响，可真实反映ETCO2的变化，从而可准确监控PaCO2的变化。

权利要求

1.一种脑血管储备功能监护系统，其特征在于，包括：

自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2；

呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号；

信号采集装置，用于对脑血流信号和ETCO2信号进行同步采样，并将脑血流信号和ETCO2信号转换成对应的数字信号；

信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号和ETCO2信号进行处理，得到系列CVR指数；

显示装置，用于显示CVR指数；

其中，呼出气体采集装置、信号采集装置、通讯接口模块、信号处理装置、显示装置依次连接；

所述信号采集装置包括：至少一个用于采集脑血流信号的经颅多普勒模块；至少一个用于采集ETCO2信号的CO2气体分析模块；

每个经颅多普勒模块和CO2气体分析模块各包括至少一个信号采集通路和采样保持通路；

每个信号采集通路的输出端连接一个采样保持电路，采样保持电路在一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对各信号采集通路输出的信号进行同步采样，采样控制信号由控制模块产生；

采样保持电路的输出端与多通道A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号；

A/D转换器的输出端与控制模块连接；

控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。

2.根据权利要求1所述的脑血管储备功能监护系统，其特征在于，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成。

3.根据权利要求2所述的脑血管储备功能监护系统，其特征在于，采用紧闭面罩代替无创通气面罩。

4.一种ETCO2信号采集装置，其特征在于，包括：

自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2；

设置在自体CO2吸入升高PaCO2装置上的呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号；

所述呼出气体采集装置包括CO2气体采集管及一CO2气体分析模块，CO2气体采集管的一端设置在无创通气面罩内，CO2气体采集管的另一端与所述CO2气体分析模块连接，通过CO2气体采集管连续采集被检者的呼出气体，导入到CO2气体分析模块，获得ETCO2信号。

5.根据权利要求4所述的ETCO2信号采集装置，其特征在于，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成。

6.根据权利要求4所述的ETCO2信号采集装置，其特征在于，采用紧闭面罩代替无创通气面罩。

说明书

升高PaCO2的采集装置及监护系统

技术领域

[0001] 本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种升高被检者PaCO2的方法、ETCO2信号采集装置、脑血管储备功能监护系统及其医疗用途。

背景技术

[0002] 脑血管储备（cerebrovascular reserve，CVR）又称脑血流储备、脑循环储备等，是指在生理或病理因素刺激下，脑小动脉和毛细血管扩张或收缩，维持脑血流稳定或调控脑血流量以适应脑功能的需要。其功能受损在缺血性脑血管病发病中有重要作用，是缺血性卒中的独立危险因素。因此，正确检测和评价CVR，可为缺血性脑血管病的诊断治疗提供有用的参考指标。

[0003] 最常用的CVR测定方法为利用TCD检测动脉血中的CO2分压（PaCO2）改变前、后脑底动脉的血流速度，计算脑血流速度变化的百分率，从而反映脑微动脉等阻力血管对PaCO2改变的储备能力。PaCO2的改变是脑血流变化的原因，脑血流的变化是PaCO2改变的结果。在这一过程中除准确测定脑血流以外，还必须准确有效地人工干预PaCO2。也就是说有效地升高（或降低）PaCO2，是正确检测和评价CVR的必备条件之一。此外，单纯测定脑血流的速度变化只能提供中间结果，还必须监测PaCO2的升高（或降低）程度。因为除因果关系外， PaCO2和脑血流变化在程度上还存在量效的关系，即PaCO2改变越明显脑血流变化就越显著。TCD测定的脑血流速度变化，只有用PaCO2的改变程度加权以后，才能正确地检测和评价CVR。 [0004] 现有技术中升高PaCO2的方法则有多种：

[0005] 1、静脉注射乙酰唑胺。该法行之有效，但国内没有注射用的乙酰唑胺出售。

[0006] 2、屏气试验。让患者主动屏气不呼吸，坚持尽可能长的时间。这一方法虽然简单，但效果不可靠，并且由于屏气无法监测呼气终末呼出气体CO2分压(ETCO2)，无法监控PaCO2改变的程度。

[0007] 3、吸入不同浓度的CO2混合气体（如2％、3％、4％、5％、7％等不同浓度的CO2混合气体）。可以有效改变PaCO2，但不同浓度的CO2气体要到氧气厂专门定制，较高CO2浓度的气体有CO2麻醉的风险。并且CO2气体的吸入和ETCO2监测采集的气体均是在病人的口鼻处，导致ETCO2监测数值受较大影响。

[0008] 鉴于以上现有技术的升高PaCO2方法的不足，致使目前的脑血管储备功能检测方法无法满足临床需要。

发明内容

[0009] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种升高被检者PaCO2的方法、ETCO2信号采集装置、脑血管储备功能监护系统及其医疗用途，其具有结构简单、使用方便的优点。

[0010] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

[0011] 一种脑血管储备功能监护系统，其中，包括：

[0012] 自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2；

[0013] 呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号；

[0014] 信号采集装置，用于对脑血流信号和ETCO2信号进行同步采样，并将脑血流信号和ETCO2信号转换成对应的数字信号；

[0015] 信号处理装置，用于对同步获取的脑血流信号和ETCO2信号进行处理，得到系列CVR指数；

[0016] 显示装置，用于显示CVR指数；

[0017] 其中，呼出气体采集装置、信号采集装置、通讯接口模块、信号处理装置、显示装置依次连接。

[0018] 所述的脑血管储备功能监护系统，其中，信号采集装置包括：至少一个用于采集脑血流信号的经颅多普勒模块；至少一个用于采集ETCO2信号的CO2气体分析模块； [0019] 每个经颅多普勒模块和CO2气体分析模块各包括至少一个信号采集通路和采样保持通路；

[0020] 每个信号采集通路的输出端连接一个采样保持电路，采样保持电路在一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对各信号采集通路输出的信号进行同步采样，采样控制信号由控制模块产生；

[0021] 采样保持电路的输出端与多通道A/D转换器的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号；A/D转换器的输出端与控制模块连接；

[0022] 控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。

[0023] 所述的脑血管储备功能监护系统，其中，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成。

[0024] 所述的脑血管储备功能监护系统，其中，采用紧闭面罩代替无创通气面罩。 [0025] 一种ETCO2信号采集装置，其中，包括：

[0026] 自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2；

[0027] 呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号。

[0028] 所述的ETCO2信号采集装置，其中，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成。

[0029] 所述的ETCO2信号采集装置，其中，采用紧闭面罩代替无创通气面罩。 [0030] 所述的ETCO2信号采集装置，其中，呼出气体采集装置包括CO2气体采集管及一CO2气体分析模块，CO2气体采集管的一端设置在无创通气面罩内，CO2气体采集管的另一端与所述CO2气体分析模块连接，通过CO2气体采集管连续采集被检者的呼出气体，导入到CO2气体分析模块，获得ETCO2信号。

[0031] 所述的ETCO2信号采集装置升高被检者PaCO2的方法，其中，包括步骤： [0032] a、在被检者的口鼻处佩戴自体CO2吸入升高PaCO2装置的无创通气面罩；

[0033] b、在面罩的顶端连接呼吸机回路通气管，或者连接其它管道，或者直接增加面罩容积，以增加呼吸生理死腔；

[0034] c、自体CO2吸入升高PaCO2装置安装好后，在面罩内采集3－5分钟被检者的ETCO2信号，并保持1－2分钟后结束操作，即完成升高被检者PaCO2。

[0035] 所述的脑血管储备功能监护系统的医疗用途，其中，包括：

[0036] 在正常呼吸的基线状态下同步采集被检者的脑血流和ETCO2信号10分钟，并标记为基线状态；

[0037] 安装好自体CO2吸入升高PaCO2装置，同步采集被检者的脑血流和ETCO2信号3-5分钟，并标志为表示升高PaCO2状态；

[0038] 待脑血流信号恢复基线状态时，过度通气降低PaCO2，同步采集被检者的脑血流和ETCO2信号3-5分钟，并标志为降低PaCO2状态；

[0039] 获得三段脑血流和ETCO2信号后，采用以下公式计算脑血管储备功能：

[0040]

[0041]

[0042] 其中，CVRI扩张表示脑血管扩张储备功能；CVRI收缩表示脑血管收缩储备功能；CVRI整体表示脑血管总体储备功能；V基线和ET CO2基线表示在基线状态下的平均血流速度和ETCO2；V高CO2和ETCO2高CO2表示升高PaCO2后的平均血流速度和ETCO2；V低CO2和ETCO2低CO2：降低PaCO2后的平均血流速度和ETCO2。

[0043] 本发明的有益效果为：采用本发明后，实现了脑血管储备功能的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强。具体优点如下：

[0044] ①、减轻病人经济负担：无需定制和购买乙酰唑胺和不同浓度的CO2气体，免去了患者的这一部分经济负担。

[0045] ②、避免交叉感染的风险：面罩和机械通气管均为一次性的，避免了交叉感染的可能。

[0046] ③、避免CO2麻醉的风险：因为吸入的是患者呼出的CO2气体，浓度不可能瞬间明显升高，避免了吸入过高浓度CO2气体导致CO2麻醉的风险。

[0047] ④、有利于PaCO2的准确监控：面罩内口鼻处的气体均为病人呼出的气体，在此采集的气体不受外界影响，可真实反映ETCO2的变化，从而可准确监控PaCO2的变化。 附图说明

[0048] 图1是脑血管储备功能监护系统的示意图。

[0049] 图2是图1中的信号采集装置的示意图。

[0050] 图3是自体CO2吸入升高PaCO2装置第一种使用方式的示意图。

[0051] 图4是自体CO2吸入升高PaCO2装置第二种使用方式的示意图。

[0052] 图5是本发明实施例的ETCO2信号采集装置结构示意图。

具体实施方式

[0053] 本发明提供了一种升高被检者PaCO2的方法、ETCO2信号采集装置、脑血管储备功能监护系统及其医疗用途，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0054] 其中，提供一种脑血管储备功能监护系统，该系统同步采集经颅多普勒（TCD）脑血流信号和CO2气体分析仪的呼气终末呼出气体的CO2分压（ETCO2）信号。分别在正常呼吸的基线、自体CO2吸入升高动脉血二氧化碳分压（PaCO2）和过度通气降低PaCO2三种状态下各同步采集脑血流和ETCO2信号，计算CVR指数，实现检测和监护脑血管储备功能。 [0055] 请参阅图1，脑血管储备功能监护系统包括信号采集装置、通讯接口模块、信号处理装置、显示装置、自体CO2吸入升高PaCO2装置、呼出气体采集装置。

[0056] 其中，自体CO2吸入升高PaCO2装置主要是能收集人体呼出气体，并集中在人体口鼻处，从而重新循环吸入返回人体的容器。该容器上设有与外界气体交流的开孔，在不导致缺氧的前提下有效增加呼吸死腔，能保证人体呼出的二氧化碳等气体不外流从而重新循环吸入返回人体。如图3所示，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩（紧闭面罩）和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成，或者连接其它管道，或者直接增加面罩容积构成，其目的是有效增加呼吸死腔，进而通过适当操作有效升高被检者的PaCO2。

[0057] 其中，呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号。所述的ETCO2信号采集装置可以设置在所述自体CO2吸入升高PaCO2装置上，如图3所示，呼出气体采集装置包括CO2气体采集管及一CO2气体分析模块，CO2气体采集管的一端置于被检者口鼻处，CO2气体采集管的另一端与所述CO2气体分析模块连接，通过CO2气体采集管连续采集被检者的呼出气体，导入到CO2气体分析模块，获得ETCO2信号。或者省去CO2气体采集管，直接将CO2气体分析模块置于被检者口鼻处，连续测定ETCO2信号，并将信号送入信号采集装置。当然也可以采用呼出气体采集装置只包括一CO2气体分析模块，如图4所示，将CO2气体分析模块直接置入无创通气面罩内，获得ETCO2信号。

[0058] 信号采集装置用于同步采样获取经颅多普勒（TCD）监测的脑血流信号和CO2气体分析模块获取的ETCO2信号，并将这些信号转换成对应的数字信号。

[0059] 请参阅图2，信号采集装置具体包括：至少一个用于采集脑血流信号的经颅多普勒模块；至少一个用于采集ETCO2信号的CO2气体分析模块。

[0060] 每个经颅多普勒模块和CO2气体分析模块各包括至少一个信号采集通路和采样保持通路。

[0061] 每个信号采集通路的输出端连接一个采样保持电路，采样保持电路在一个与时钟脉冲同步的采样控制信号的控制下，对各信号采集通路输出的信号进行同步采样。采样控制信号由控制模块产生。

[0062] 采样保持电路的输出端与多通道A/D转换器（或者是多片A/D转换器）的输入端连接，A/D转换器用于将采样输出的模拟信号进行A/D转换和输出数据，并产生告知A/D转换已完成的A/D转换结束信号。

[0063] A/D转换器的输出端与控制模块连接，A/D转换器输出的数字信号经控制模块缓存后输出至信号处理装置。

[0064] 控制模块与通讯接口模块连接，控制模块利用主时钟脉冲产生A/D转换开始信号以及A/D读取控制信号，A/D转换开始信号用于控制A/D转换器开始进行A/D转换，当A/D转换完成且控制模块收到A/D转换完成信号后，控制模块发出A/D读取控制信号控制A/D转换器输出数据。

[0065] 控制模块可采用复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）实现。

[0066] 信号处理装置通过通讯接口模块与信号采集装置连接。信号处理装置用于对同步获取的脑血流信号及ETCO2信号进行处理，得到系列CVR指数。

[0067] 显示装置用于将CVR指数显示出来。

[0068] 信号处理装置和显示装置可采用PC系统来实现。

[0069] 本发明脑血管储备功能监护系统的医疗用途包括：

[0070] A、让被检者仰卧于检查床上，让被检者闭口用鼻子呼吸。在正常呼吸的基线状态下同步采集脑血流和ETCO2信号10分钟，并标记为基线状态。休息5分钟。

[0071] 基线状态是指不对病人呼吸进行干预、病人处于正常呼吸的基础状态。 [0072] B、在被检者的口鼻处佩戴无创通气面罩（紧闭面罩），适当加压使面罩的气垫和被检者的面部皮肤接触良好，面罩内气体不外漏。也可以使用其它形式的面罩，只要保证面罩内气体与面罩外气体分开即可。在面罩的顶端连接呼吸机回路通气管，或者连接其它管道，或者直接增加面罩容积，其目的是有效增加呼吸死腔，进而通过适当操作有效升高被检者的PaCO2。

[0073] 由于面罩连接了通气管，患者呼吸过程中呼气相呼出的CO2气体不能及时全部消散，借以升高吸气相吸入气体的CO2浓度，也就是将自己呼出的部分CO2气体重新吸入，从而有效升高PaCO2。

[0074] 图3是自体CO2吸入升高PaCO2装置第一种使用方式的示意图，将双腔吸氧管、或类似管道置于被检者口鼻处，利用负压连续采集被检者的呼出气体，导入CO2气体分析模块，测定ETCO2信号，并将信号送入信号采集装置。

[0075] 图4是自体CO2吸入升高PaCO2装置第二种使用方式的示意图，将CO2气体分析模块直接植入面罩内，或者直接置于被检者口鼻处，连续测定面罩内气体或被检者口鼻处气体的ETCO2信号，并将信号送入信号采集装置。

[0076] C、自体CO2吸入升高PaCO2装置连接好后，被检者的ETCO2数值开始升高。指导被检者以尽可能快和深的方式大力呼吸，持续3－5分钟，ETCO2即可达到脑血管储备功能检测所需的理想浓度。同步采集脑血流和ETCO2信号3-5分钟，并标志为表示升高PaCO2状态。休息10分钟，或脑血流信号恢复基线状态。

[0077] D、过度通气降低PaCO2，同步采集脑血流和ETCO2信号3-5分钟，并标志为降低PaCO2状态。休息10分钟，或脑血流信号恢复基线状态。

[0078] E、获得三段脑血流和ETCO2信号后，用以下公式计算脑血管储备功能。 [0079]

[0080] 其中，CVRI扩张表示脑血管扩张储备功能；CVRI收缩表示脑血管收缩储备功能；CVRI整体表示脑血管总体储备功能；V基线和ETCO2基线表示在基线状态下的平均血流速度和ETCO2；V高CO2和ETCO2高CO2表示升高PaCO2后的平均血流速度和ETCO2；V低CO2和ETCO2低CO2：降低PaCO2后的平均血流速度和ETCO2。

[0081] 基于上述实施例的脑血管储备功能监护系统及其医疗用途，本发明实施例还提供了一种ETCO2信号采集装置，如图5所示，包括：

[0082] 自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2；

[0083] 呼出气体采集装置，用于采集被检者的ETCO2信号。

[0084] 其中，自体CO2吸入升高PaCO2装置主要是能收集人体呼出气体，并集中在人体口鼻处，从而重新循环吸入返回人体的容器。该容器上设有与外界气体交流的开孔，在不导致缺氧的前提下有效增加呼吸死腔，能保证人体呼出的二氧化碳等气体不外流从而重新循环吸入返回人体。如图3所示，自体CO2吸入升高PaCO2装置由无创通气面罩（紧闭面罩）和连接于面罩顶端的呼吸机回路通气管组成，或者连接其它管道，或者直接增加面罩容积构成，其目的是有效增加呼吸死腔，进而通过适当操作有效升高被检者的PaCO2。

[0085] 由于面罩连接了通气管，患者呼吸过程中呼气相呼出的CO2气体不能及时全部消散，借以升高吸气相吸入气体的CO2浓度，也就是将自己呼出的部分CO2气体重新吸入，从而有效升高PaCO2。

[0086] 呼出气体采集装置可以设置在所述自体CO2吸入升高PaCO2装置上，如图3所示，呼出气体采集装置包括CO2气体采集管及一CO2气体分析模块，CO2气体采集管的一端设置在无创通气面罩内，CO2气体采集管的另一端与所述CO2气体分析模块连接，通过CO2气体采集管连续采集被检者的呼出气体，导入到CO2气体分析模块，获得ETCO2信号，进而输送该信号到信号处理装置。当然也可以采用呼出气体采集装置只包括一CO2气体分析模块，如图4所示，将CO2气体分析模块直接置入无创通气面罩内，获得ETCO2信号。

[0087] 图3是自体CO2吸入升高PaCO2装置第一种使用方式的示意图，将双腔吸氧管、或类似管道置于被检者口鼻处，利用负压连续采集被检者的呼出气体，导入CO2气体分析模块，测定ETCO2信号。

[0088] 图4是自体CO2吸入升高PaCO2装置第二种使用方式的示意图，将CO2气体分析模块直接植入面罩内，或者直接置于被检者口鼻处，直接测定ETCO2信号。

[0089] 基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种基于自体CO2吸入升高PaCO2装置升高被检者PaCO2的方法，包括如下步骤：

[0090] 第一步、被检者仰卧于检查床上，在被检者的口鼻处佩戴自体CO2吸入升高PaCO2装置无创通气面罩（紧闭面罩），如图3和图4所示，适当加压使面罩的气垫和被捡者面部皮肤接触良好，面罩内气体不外漏。或使用其它形式面罩，保证面罩内气体与面罩外气体分开。

[0091] 第二步、在面罩的顶端连接呼吸机回路通气管，如图3和图4所示。或者连接其它管道，或者直接增加面罩容积，增加呼吸生理死腔。

[0092] 第三步、装置连接好后，被检者的ETCO2数值开始升高。3－5分钟后，ETCO2即可达脑血管储备检测所需的理想浓度，稳定1－2分钟后结束操作。

[0093] 第四步、生理基础：增加呼吸生理死腔。由于经面罩连接了机械通气管，患者呼吸过程中呼气相呼出的CO2气体不能及时全部消散，借以升高吸气相吸入气体的CO2浓度，也就是将自己呼出的部分CO2气体重新吸入，从而有效升高PaCO2。

[0094] 本发明实施例提供的基于自体CO2吸入升高PaCO2装置升高被检者PaCO2的方法，可以有效地提高被检者PaCO2。而通过有效地升高（或降低）被检测者的PaCO2这一中间步骤，再通过呼出气体采集装置监测升高效果，可以获得ETCO2信号，做为正确检测和评价CVR的两条件之一，即只单纯测定脑血流速度不能直接得出CVR，只是提供了一个中间结果，还需有效升高（或降低）PaCO2，并将改变效果用于最终结果的加权。反过来说，单独升高（或降低）PaCO2这一中间步骤，也不能直接得出CVR。

[0095] 综上所述，采用本发明后，实现了脑血管储备功能的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强。具体优点如下：

[0096] ①、减轻病人经济负担：无需定制和购买乙酰唑胺和不同浓度的CO2气体，免去了患者的这一部分经济负担。

[0097] ②、避免交叉感染的风险：面罩和机械通气管均为一次性的，避免了交叉感染的可能。

[0098] ③、避免CO2麻醉的风险：因为吸入的是患者呼出的CO2气体，浓度不可能瞬间明显升高，避免了吸入过高浓度CO2气体导致CO2麻醉的风险。

[0099] ④、有利于PaCO2的准确监控：面罩内口鼻处的气体均为病人呼出的气体，在此采集的气体不受外界影响，可真实反映ETCO2的变化，从而可准确监控PaCO2的变化。 [0100] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。