устройство для измерения и способ определения регионарного потребления/перфузии кислорода

Формула изобретения

1. Способ оценки регионарного потребления кислорода у пациента, который включает стадии:

определение объема вдыхаемого пациентом воздуха;

измерение в соответствии со способом электрической импедансной томографии первого регионарного легочного объема в первый момент времени процедуры задержки дыхания при задержании дыхания пациентом; и

сравнение первого регионарного легочного объема со вторым регионарным легочным объемом во второй момент времени процедуры задержки дыхания при продолжающемся задержании дыхания пациентом для определения изменения регионарного объема воздуха, и определения значения регионарного потребления кислорода на основании изменения в регионарном объеме воздуха.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий стадии:

изменение положения пациента из первого положения во второе положение;

определение регионарного легочного объема во втором положении; и

сравнение регионарного легочного объема во втором положении с регионарным легочным объемом в первом положении.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию количественного определения потребления кислорода.

4. Способ по п.3, дополнительно включающий стадию выполнения спирометрии для количественного определения потребления кислорода.

5. Способ по п.3, дополнительно включающий стадию подачи предварительно определенного объема воздуха пациенту.

6. Способ по п.3, дополнительно включающий стадию вычисления количества кислорода на миллилитр (мл) крови.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию расположения набора сенсоров вокруг верхней части торса пациента.

8. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию калибровки легочного объема с учетом жизненной емкости легких.

9. Способ оценки регионарной перфузии кислорода у пациента, который включает стадии:

определение объема вдыхаемого воздуха пациентом;

измерение в соответствии со способом электрической импедансной томографии первого регионарного легочного объема в первый момент времени дыхательной процедуры при удержании пациентом дыхания; и

сравнение первого регионарного легочного объема со вторым регионарным легочным объемом во второй момент времени процедуры задержки дыхания при продолжающемся задержании дыхания пациентом, для определения изменения регионарного объема воздуха, и определения значения регионарной перфузии на основании изменения в регионарном объеме воздуха.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий стадии:

изменение положения пациента из первого положения во второе положение;

определение регионарного легочного объема во втором положении; и

сравнение регионарного легочного объема во втором положении с регионарным легочным объемом в первом положении.

11. Способ по п.9, дополнительно включающий стадию количественного определения потребления кислорода.

12. Способ по п.11, дополнительно включающий стадию выполнения спирометрии для количественного определения потребления кислорода.

13. Способ по п.11, дополнительно включающий стадию подачи предварительно определенного объема воздуха пациенту.

14. Способ по п.11, дополнительно включающий стадию

вычисления количества кислорода на миллилитр (мл) крови.

15. Способ по п.9, дополнительно включающий стадию

расположения набора сенсоров вокруг верхней части торса пациента.

16. Способ по п.9, дополнительно включающий стадию

калибровки легочного объема с учетом жизненной емкости легких.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к измерению потребления кислорода и/или перфузии в легких больного. А именно, настоящее изобретение касается определения количества потребления кислорода и/или перфузии в области легких с помощью электрического импедансного томографа и способа осуществления.

Предшествующий уровень техники

Электрическая импедансная томография (ЭИТ) представляет собой известную технику диагностической визуализации, при которой изображение проводимости и проницаемости части органа пациента определяют по электрическим показателям, измеренным на поверхности тела пациента. Обычно, проводящие электроды прикрепляют к коже пациента таким образом, чтобы охватить представляющий интерес участок. Слабый переменный ток порядка от нескольких наноампер (нА) до нескольких миллиампер (мА) прилагают к некоторым или ко всем электродам при частоте, которая обычно находится в диапазоне килогерц (кГц). Измеряют получаемые электрические потенциалы и процесс повторяют для ряда других конфигураций наложенного тока.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает, в некоторых воплощениях, устройство и способ определения регионарного потребления кислорода в легких пациента. Дополнительно, регионарное потребление кислорода и/или перфузию, в зависимости от положения больного, можно определить с помощью различных воплощений изобретения.

Воплощение настоящего изобретения касается способа оценки регионарного потребления кислорода и/или перфузии у пациента. При этом определяют объем воздуха, вдыхаемого пациентом, и, в соответствии со способом электроимпедансной томографии, измеряют первый регионарный легочный объем в первый момент времени дыхательной процедуры. Первый регионарный легочный объем сравнивают со вторым регионарным легочным объемом во второй момент времени дыхательной процедуры.

Другое воплощение настоящего изобретения относится к устройству для оценки регионарного потребления кислорода и/или перфузии у пациента. Устройство включает электрический импедансный томограф, сконфигурированный для измерения первого регионарного легочного объема в первый момент времени дыхательной процедуры. Дополнительно, электрический импедансный томограф конфигурируют для сравнения первого регионарного легочного объема со вторым регионарным легочным объемом во второй момент времени дыхательной процедуры.

Еще другое воплощение настоящего изобретения касается системы для оценки регионарного потребления кислорода и/или перфузии у пациента, причем система включает электрический импедансный томограф, процессор для обработки сигналов и дисплей. Электрический импедансный томограф конфигурируют для восприятия пациента и прямых сигналов в ответ на восприятие пациента. Процессор для обработки сигналов имеет конфигурацию для получения сигналов. Процессор для обработки сигналов включает алгоритм, настроенный для определения первого регионарного легочного объема в первый момент времени дыхательной процедуры по сигналам и для сравнения первого регионарного легочного объема со вторым регионарным легочным объемом во второй момент времени дыхательной процедуры. Алгоритм настраивают для определения регионарного потребления кислорода и/или перфузии по сравнению. Дисплей показывает регионарное потребление кислорода и/или перфузию.

Таким образом, здесь изложены, довольно широко, некоторые воплощения изобретения для того, чтобы можно было лучше понять подробное описание, приведенное здесь, и для того, чтобы было лучше понято усовершенствование существующего уровня техники посредством настоящего изобретения. Здесь указаны дополнительные воплощения изобретения, которые будут описаны ниже и которые раскрывают сущность прилагаемой формулы изобретения.

В соответствии с этим, перед подробным пояснением, по меньшей мере, одного воплощения изобретения необходимо понимать, что изобретение не ограничено в применении особенностями конструкции и расположением ее компонентов, указанных в последующем описании или показанных в чертежах. Изобретение обеспечивает воплощения в дополнении к описанным и примененным здесь и осуществляется различными способами. Также, следует понимать, что выражения и терминология, применяемые здесь, а также реферат приведены для описания изобретения и не должны восприниматься как ограничения.

В связи с чем специалист в данной области будет понимать, что замысел, на котором основывается данное описание, может быть без труда выполнен в качестве основы для создания других структур, способов и систем для осуществления некоторых назначений заявленного изобретения. Таким образом, важным является то, что формула изобретения включает такие эквивалентные конструкции, которые не выходят за рамки сущности и объема настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет перспективное изображение пациента, которого просканировали подходящим электрическим импедансным томографом (ЭИТ) в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.2 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) общего легочного потребления кислорода для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.3 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода правым легким для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.4 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода левым легким для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.5 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в обоих легких для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.6 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в правом легком для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения.

Фиг.7 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в левом легком для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения.

Подробное описание изобретения

В различных воплощениях изобретения применяют технику электрической импедансной томографии (ЭИТ), позволяющую измерить и проанализировать регионарное содержание газа в легких. На основании этого анализа рассчитывают регионарное потребление кислорода и определяют регионарную перфузию легких. Преимущество, по меньшей мере, одного воплощения состоит в том, что для разных отделов легких пациента осуществляют неинвазивное, в режиме реального времени, определение перфузии легких.

Также преимущество заключается в том, что воплощения изобретения можно применять для оценки регионарного распределения вентиляции и, к тому же, для оценки регионарной перфузии в легких пациента. Кроме того, преимущество заключается в том, что воплощения изобретения можно применять для сравнения распределения вентиляции и перфузии. Иными словами, можно оценить регионарную перфузию пациента. В соответствии с конкретным примером, можно оценить или определить объем регионарной перфузии или регионарный потенциал легких пациента и для оптимальной вентиляции можно скорректировать положение пациента.

Потребление кислорода в легких зависит от вентиляции и перфузии. Известно, что при синдроме острого повреждения легких, патологический процесс в легких распространяется, как правило, неравномерно. При этом наиболее тяжелым осложнением у таких пациентов является гипоксия, обусловленная нарушенным соотношением вентиляция-перфузия. Лечение зависит, в первую очередь, от стратегии вентиляционной поддержки (давление при выходе (PEEP), соотношение между вдохом и выдохом (I:Е-ratio), вспомогательная вентиляция, позволяющая больному дышать самостоятельно, и др.) для урегулирования соотношения вентиляция-перфузия без вреда для легких. На сегодняшний день невозможно оценить результаты этих стратегий в отношении регионарной вентиляции и перфузии непосредственно у постели больного.

Воплощения настоящего изобретения обеспечивают систему, устройство и способ оценки результатов вентиляционных стратегий относительно регионарной вентиляции и перфузии в режиме реального времени у постели больного. Главная идея оценки регионарной перфузии состоит в использовании локального потребления кислорода в качестве индикатора локальной перфузии (т.е., как только кровь проходит альвеолы, из них экстрагируется кислород). Следовательно, если потребление кислорода снижено или прекращено, то это состояние может объясняться сниженным или прекращенным током крови. Как показано и описано здесь выше, потребление кислорода может быть измерено во время фазы дыхания в качестве регионарного изменения объема. Для количественного определения потребления кислорода изменение относительного импеданса может быть измерено любым методом, таким, например, как спирометрия, вдыхание и выдыхание известного объема газа. В конкретном примере, для подачи воздуха пациенту может применяться известное из уровня техники устройство искусственной вентиляции легких или объем дыхания пациента может быть измерен с помощью любых подходящих датчиков потока воздуха. Зная регионарное потребление кислорода, можно измерить локальный ток крови, при этом учитывают степень насыщения кислородом гемоглобина в смешанной венозной крови и концентрацию гемоглобина. Альтернативно, эти показатели могут приниматься за относительные оценки. С учетом этих двух показателей можно рассчитать количество кислорода на мл крови с точностью насыщения 100%. Можно предположить, что при более высокой концентрации вдыхаемого кислорода (в предпочтительном воплощении применяют 100% кислород) кровь, проходящая вентилируемый отдел легкого, полностью насыщается, покидая легкое.

В качестве примера вычисления тока крови для целого легкого можно привести следующий: рассчитанное насыщение смешанной венозной крови 70%, концентрация Hb 12 г/дл, потребление кислорода 200 мл/мин О ₂-потребление мл/мин; 0,12 г/мл (Hb-концентрация) ×1,39 мл/г (фактор связывания гемоглобина) ×(1-0,7) (разница насыщения). В этом примере ток крови составляет 4000 мл/мин. Для оценки показателя вентиляции/перфузии пациента подвергают вентилированию при 100% содержании кислорода в течение нескольких минут. Общая ЭИТ-вентиляция может быть пересчитана или откалибрована на основании общего объема, измеренного с помощью датчика тока или вентилятора. С учетом пересчитанной общей ЭИТ-вентиляпии, можно рассчитать величину регионарной вентиляции, выраженной в мл/мин. В примере может выполняться дополнительный вдох. В других примерах, может быть подходящим выполнение вдоха в практически любое время. По этому вдоху мы измеряем потребление кислорода в одном отделе, учитывая снижение легочного объема, что определяется по снижению импеданса. Преимущество воплощения изобретения состоит в том, что величина регионарной вентиляции/перфузии может рассчитываться с учетом соответствующего показателя импеданса конкретных отделов. Исследования, осуществленные на легких здоровых самостоятельно дышащих субъектов, наглядно демонстрируют влияние положения (позы) на регионарное потребление кислорода и, следовательно, перфузию.

Воплощение изобретения далее описывается со ссылкой на графические фигуры, в которых похожие номера позиций относятся к сходным частям везде. Как показано на фиг.1, ЭИТ-устройство 10 включает ряд датчиков 12A-12N и вычислительный/отображающий блок 14. Датчики 12A-12N могут быть располагаться вокруг пациента и регулироваться для определения импеданса пациента на датчиках 12A-12N. В частном примере, ЭИТ-устройство 10 включает 16 датчиков 12A-12N и сконфигурировано для генерирования и анализа многочастотных сигналов. Однако, в других примерах, подходящие ЭИТ-устройства могут включать менее или более датчиков 12A-12N и могут или не могут генерировать и анализировать многочастотные сигналы. Как общеизвестно, в процессе ЭИТ-процедуры один или более датчиков 12A-12N генерируют сигнал и остаток восприятия датчиков 12A-12nN имнеданса сигнала. Жидкости и ткани организма создают различные уровни импеданса на эти сигналы и воздух создает высокий импеданс на сигналы. Обычно, множество таких сигналов применяется для создания достаточной базы данных для визуализации пациента. Таким образом, можно определить объем воздуха пациента.

Согласно воплощению изобретения, ЭИТ-устройство 10 включает алгоритм 16 для определения ЭИТ-базы данных для расчета регионарного потребления кислорода. Алгоритм 16 сконфигурирован для применения измеренного вдыхаемого объема с сопоставлением ЭИТ-сигналов для изменения объема. Алгоритм 16 дополнительно сконфигурирован для применения ЭИТ-измеренного снижения объема во время вдоха для вычисления потребления кислорода и перфузии в отделе легкого. А именно, дыхание пациента останавливают или пациента просят остановить или задержать дыхание в течение подходящего отрезка времени. Примеры подходящей продолжительности вдоха включают 60 секунд, 100 секунд, 120 секунд и т.п. Точный отрезок времени несущественен. Во время дыхательной процедуры, любое снижение легочного объема может считаться за потребление кислорода. Преимуществом воплощения изобретения является то, что можно определить потребление кислорода для конкретных отделов легких, а также общее потребление кислорода. В зависимости от расположения датчиков 12A-12N отделы могут включать правое/левое легкое, верхний/средний/нижний отдел легкого и т.п. В конкретном примере, ЭИТ-устройство 10, показанное на фиг.1, может применяться для определения потребления кислорода для правого и левого легких.

Фиг.2 является примером графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) общего легочного потребления кислорода для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на фиг.2, график начинается с фазы спонтанного или спокойного вдоха 20A. В частности, показаны четыре вдоха (4) при спокойном дыхании 20A, сопровождаемые вдохами 22 и выдохами 24. График продолжается, показывая маневр жизненной емкости (ЖЕ) легких 30A, который начинается при полном выдохе 32, продолжается во время полного вдоха 34 и заканчивается при полном выдохе 34. После спокойного дыхания 20B, ЖЕ-маневра 30B и спокойного дыхания 20C, начинается фаза апноэ 40с последующим полным выдохом 42 и последующим полным вдохом 44. Фаза апноэ 40 включает вдох, который выполняется в течение подходящего периода времени. Необходимо отметить, что фаза апноэ 40 характеризуется маневром вдоха, который продолжается от точки 44 до точки 46 на графике. Длительность этого процесса составляет приблизительно 100 секунд. В течение этого времени импеданс и, соответственно, легочный объем снижены. Это снижение объема объясняется потреблением кислорода в легких. Потребление кислорода само по себе является индикатором легочной перфузии и, следовательно, тока крови.

Алгоритм 16 определяет изменение объема легких от точки 44 до точки 46 на графике и рассчитывает потребление кислорода исходя из изменения в объеме. В конкретном примере, показанном на фиг.2, жизненная емкость для пациента составляет 5,3 литров (л), потребление кислорода составляет 393 миллилитров (мл) в минуту (мл/мин) и перфузия составляет (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) 7,8 л в минуту (л/мин).

Фиг.3 представляет собой пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в правом легком для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на фиг.3, график повторяет похожую конфигурацию по сравнению с графиком фиг.2. В частности, график, показанный на фиг.3, включает фазы спокойного дыхания 20A-20C, ЖЕ-маневр 30A и 30B и фазу апноэ 40. Необходимо указать, что график показывает, что значения для правого легкого немного более 50% от общего потребления кислорода легкими. А именно, потребление кислорода составляет 226 мл/мин и перфузия (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) составляет 4,5 л/мин.

Фиг.4 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в левом легком для здорового пациента в положении лежа на спине в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на фиг.4, график повторяет похожую конфигурацию по сравнению с графиком фиг.2 и 3. Аналогично, график, показанный на фиг.4, включает фазы спокойного дыхания 20A-20C, ЖЕ-маневр 30A и 30B и фазу апноэ 40. Необходимо указать, что график показывает, что значения для левого легкого немного более 50% от общего потребления кислорода легкими. А именно, потребление кислорода составляет 167 мл/мин и перфузия (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) составляет 3,3 л/мин. Это слабое снижение потребления кислорода для левого легкого по сравнению с правым связано с различием размера правого и левого легких.

Графики, показанные на фиг.2, 3 и 4, в целом иллюстрируют здоровое или контрольное состояние легких. Сравнивая этот график с другими, любые указанные различия могут применяться при диагностике потенциальных проблем или заболевания у пациента. Дополнительно, выполняя эти измерения в разных положениях пациента, можно определить потребление кислорода и/или легочную перфузию в зависимости от положения. В следующих фигурах 5, 6 и 7 исследовали здорового субъекта мужского пола в левом латеральном положении.

Фиг.5 представляет пример графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в обоих легких для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на Фиг.5, график повторяет похожую конфигурацию по сравнению с графиком фиг.2. Аналогично, график, показанный на фиг.5, включает фазы спокойного дыхания 20A-20C, ЖЕ-маневр 30A и 30B и фазу апноэ 40. Дополнительно, фиг.5 включает калибровку объемов 36, откалиброванных в процессе ЖЕ-маневра 30B. В соответствии с различными воплощениями, калибровку объема 36 выполняли любыми методами, такими как, например, посредством спирометрии или другими процедурами, определяющими функцию легких. Калибровка объема может осуществляться в практически любое время в течение процедуры и, необязательно, во время ЖЕ-маневра.

В другом примере, калибровка объема может осуществляться непосредственно перед фазой апноэ 40, начиная с полного выдоха 42 и заканчивая полным вдохом 44. Дополнительно, тест можно выполнять практически в любой момент дыхания. А именно, фаза апноэ 40 может осуществляться в любой момент дыхания между полным выдохом 42 и полным вдохом 44. В этой связи, тест можно выполнять у пациента, который не способен или которому не разрешено осуществлять маневр полного вдоха.

Также, как показано на фиг.5, график включает линию 48, обозначаемую наклон графика во время фазы апноэ 40. Линия 48 наносится вдоль рассчитанного "best fit", как определено с помощью алгоритма 16. Дополнительно, другие математические модели для определения уровня изменения объема могут применяться посредством алгоритма. Эта линия 48 обычно показывает среднее снижение объема в легких или отделах легких во время фазы апноэ 40 и может применяться для расчета потребления кислорода. Объемы, определенные с учетом калибровки объема 36, и график представляют следующие значения: калибровка объема составляет 5,41; потребление кислорода составляет 421 мл/мин и перфузия (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) составляет 8,4 л/мин. По сравнению с общими объемами для нормального мужчины в положении лежа на спине, показанными на фиг.2, эти объемы для фиг.4 являются очень сходными. Однако, как показано на фиг.6 и 7, регионарные или индивидуальные объемы для правого и левого легких значимо отличаются в зависимости от положения пациента.

Фиг.6 является примером графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в правом легком для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на фиг.6, график повторяет конфигурацию, в чем-то схожую с графиком фиг.5. Например, график, показанный на фиг.6, включает фазы спокойного дыхания 20A-20C, ЖЕ-маневр 30A и 30B и фазу апноэ 40. График фиг.6 также отличается значительно от фиг.5 относительно наклона линии 48. Практически горизонтальная линия 48 показывает относительно низкое потребление кислорода. А именно, потребление кислорода составляет 39 мл/мин и перфузия (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) составляет 0,8 л/мин. Такое сильно сниженное потребление кислорода компенсируется сильно повышенным потреблением кислорода, показанным на фиг.7. Этот феномен может быть связан в некоторой степени с вызванным гравитацией током крови в нижнем (левом) легком.

Фиг.7 является примером графика зависимости времени в секундах (абсцисса) от переходного импеданса в омах (ордината) потребления кислорода в левом легком для здорового пациента в левом латеральном положении в соответствии с воплощением изобретения. Как показано на фиг.7, график повторяет конфигурацию, в чем-то схожую с графиком фиг.5. Например, график, показанный на фиг.7, включает фазы спокойного дыхания 20A-20C, ЖЕ-маневр 30A и 30B и фазу апноэ 40. Необходимо отметить, что график фиг.7 отличается значительно от графика фиг.6 относительно наклона линии 48. Практически горизонтальная линия 48 фиг.6 представляет сильный контраст с сильно наклоненной линией 48, показанной на фиг.7. Линия 48 на фиг.7 показывает относительно большое потребление кислорода. А именно, рассчитанное потребление кислорода составляет 382 мл/мин и перфузия (Sv: 70%, Hb: 12 г/дл) составляет 7,6 л/мин. Аналогично, этот феномен может быть связан в некоторой степени с вызванным гравитацией током крови в нижнем (левом) легком.

Многие признаки и преимущества изобретения следуют с очевидностью из подробного описания и, следовательно, предназначаются для прилагаемой формулы изобретения для перекрытия всех таких признаков и преимуществ изобретения, которые попадают в объем и сущность изобретения. Дополнительно, поскольку ряд модификаций и вариантов будут явно следовать для специалиста в данном уровне техники, то изобретение не ограничивается конкретной конструкцией и операцией, проиллюстрированной и описанной, и, соответственно, все подходящие модификации и эквиваленты могут быть применены, попадая в объем изобретения.