專利名稱：評價心血管功能的方法
技術領域：
本發明涉及一種評價心血管狀態的方法，這種方法是通過分析相應于預定的在呼吸量上的變化的血流動力學參數的改變來評價機械呼吸的病人的心血管狀態。
對于那些在麻醉和外科手術時或由于某些疾病引起機械呼吸的病人，必須經常地對其心血管功能進行監測。這種監測的目的主要是評價病人的血容量狀態是否正常和評價病人心功能的好壞。心血管功能的評價一般采用簡單地測量血壓和心率的方法，然而，用這些參數評價和跟蹤病人心血管變化太不敏感，且太不具有特異性，因而只用這些參數是不行的。
有很多測量機械呼吸病人的心血管功能的較為先進的方法。方法之一就是把心導管通過靜脈引入右心房或它的附近來測量中心靜脈壓(CVP)[1]，然而，右心房的壓力(CVP)總是不能反映心臟左側部份的壓力，亦即，不能反映作為主要泵血機構的左心室的充盈壓力。此外，由于右心的獨立性病變或某些肺部病變，中心靜脈壓可能升高，而左心房的壓力實際上是較低的。最后，用測量壓力的方法估算心腔的充盈容量會受到心腔頁應性的影響。
另一種經常用于危重病人或經受大手術的病人的方法是使用一種裝在肺動脈(SwanGanz)導管頂端的氣囊，通過它可測量出用于估計左心房壓力的肺毛細血管楔壓。(PCWP)[2]然而，和中心靜脈壓(CVP)一樣，肺毛細血管楔壓(PCWP)也會受到左心室順應性的影響。此外，由于肺循環處于導管頭和左心房之間，所以在病人機械呼吸時所形成的高氣道壓力可能人為地造成肺毛細血管楔壓(PCWP)的升高。
這些問題和其它一些眾所周知的在測量充盈壓時的缺陷，使得當這種方法應用于患循環性疾病的病人時，和應用于那些患循環疾病需立即進行病理機制診斷以便進行進一步治療的病人時，必須給病人加分級液體載荷[3]。這樣的過程耗時很多并不能經常進行。
眾所周知，除測量CVP值和PCWP值時缺陷之外，CVP檢查的插入物，特別是肺動脈導管的價格昂貴，醫生還需要經過必要的培訓，并且還要考慮它還有許多已經發現的并發癥[2]。
另一種用于心血管評價的新技術叫做經食道超聲心動圖，這是一種圖像技術，主要用于估算心臟腔體的大小和心肌收縮性的狀態[4]。然而，這種方法也非常昂貴，醫生進行操作需要經過大量的訓練，并且這種方法每次只能對一個病人進行檢查，不能進行長時間連續監護，并且很難進行實時檢查。
最近又出現了一種叫做壓力波形分析法。根據這種方法，臨床測量一個機械呼吸周期內收縮壓的變化，以用于心血管評價。通常情況下，動脈壓按雙相方向相應于機械呼吸。收縮壓最初的升高(delta up，dUp)是由于心搏量的暫時升高引起的，在delta up之后繼之有一個在收縮壓上的下降(delta down，dDown)，這是由于流回右心的血量(靜脈回流)下降引起的，也間接地是因為在機械呼吸過程中胸內壓的升高引起的。在一個機械呼吸周期內收縮壓的最大值和最小值之差定義為“收縮壓變化”(SPV)，眾所周知，SPV和dDown是檢測心臟充盈狀態的一個十分敏感的指標，且與PCWP和CVP相比它們能更好地反映心臟充盈狀態[5、6、7]，然而，壓力波形分析法至今仍沒有投入商業使用。
本發明的目的是提供一種沒有上述已有技術的方法缺陷的，能用于評價機械呼吸病人的心血管功能的新方法。
這種新方法是通過對病人靜脈液體給藥來評價病人的反應性，而避免現行使用的這種評價方法所需要的實際容量加載進和進行的創傷性測量。
上述目的可以通過權利要求書中所界定的方法和裝置實現。
本發明的呼吸動作由幾個預定的可變量值大小的連續潮氣量序列組成，優選的是2到10個，更為優選的是2，3或4個，該潮氣量序列可以分級方式對灌注的心臟起作用。通常，這種氣道壓力的增長變化是作為對心血管系統的一種負荷，是與機械呼吸相應的氣道壓力增高將引起一系列的心腔灌注和性能上的變化。
這種呼吸動作的最重要的血流動力學作用通常包括(a)隨著與右心房和右心室的相對排空，靜脈回流減少可最終導致左心室心搏量的暫時下降和引起收縮壓的暫時下降。
(b)左心房和左心室充盈的早期增高是由于從肺血管流回的血液的擠壓所引起的。在機械呼吸期間，這種前負荷的增大可導致左心室心搏量的早期暫時升高。
(c)特別是在有充血性心臟病時，左心室后負荷的下降也可以導致左心室心搏量的增長。這種現象的主要機制是，氣道壓力的升高部份地傳導到左心室和與膈下主動脈相關聯的胸主動脈上。
因而，右心室心搏輸出量對機械呼吸的正常反應是雙相的，在早期的升高之后繼之有一個后下降。
更具體地講，由于機械呼吸的主要心血管作用是使靜脈回流降低，因此一系列逐漸升高的潮氣量將導致靜脈回流的逐步的下降。這種靜脈回流的逐漸下降對心輸出量的作用通常通過左心室的心搏輸出量的逐漸降低反應出來，并可在受其影響的生理學參數通過如動脈壓，體積描記信號，多普勒信號等反應出來。
此外，呼吸動作還可導致血流動力學參數(dUp)的相應提高，它表明以加氣道壓力的正向的心血管效果，這些變化顯示出有心臟病或無心臟病時心臟液體超負荷的特性[5，8]。
根據本發明，可以測量相應于一系列的呼吸動作的上述參數的變化。這種參數的變化可用心血管參數的絕對計量值單位表示，優選的是用相應于每單位氣道壓力變化和潮氣量變化(預設值或實測值)的心血管參數的百分數變化值表示。
本發明的方法也叫做“呼吸收縮壓變化測試”(RSVT)。
在進行以上描述的呼吸動作之前，最好還應有一個暫短的呼吸暫停。
本發明還提供一種實現上述呼吸動作的裝置，也就是說提供幾種可變量值的連續的潮氣量，最好在暫短的呼吸暫停之后，并監測相應于這些可變量值的潮氣量的血液動力學的變化。本發明的裝置主要由一個呼吸機組成，優選的是該呼吸機連接到一個監視器上，所述的呼吸機和監視器最好配有專用軟件。呼吸器根據預置特征和供氣率自動地或根據需要提供一系列具有可變量值的潮氣量，優選的是在暫短的呼吸暫停之后。本發明對潮氣量值的要求并不嚴格，可以根據病人的體重(如5，10，15，20毫升/公斤體重)或根據壓力預設值進行預設和設置，即呼吸器可根據可變的壓力預設值按程度提供潮氣量，最好是使用壓力控制供氣模式。預設值，實測量或壓力值都可以用于結果的計算。
兩個潮氣量之間的時間差和相應的整個潮氣量序列的時間長度要求都不嚴格，可根據實際情況由本專業的技術人員預設和選擇。例如，兩個潮氣量間的時間差在4至10秒范圍內，與之相應的呼吸序列(假設包括4個不同量級的連續潮氣量)的總時間長度可以在16秒至40秒范圍之內。
所述的監視器最好配有專用軟件，以便在氣道壓力變化過程中及變化之后測量血流動力學參數(如血壓、體積描記信號、多普勒回聲等)的變化。在每一步氣道動作之后，記錄所選擇的血流動力學參數信號的最小收縮壓值，并給出一條最佳擬合的直線。然后計算出代表著血流動力學參數相應于氣道壓力或氣道量值變化的這條直線的斜率，并根據所測量的參數用適當的單位表示它們，如，毫米汞柱血壓/毫升潮氣量，毫米汞柱血壓/厘米水柱氣道壓，收縮壓變化百分數/厘米水柱氣道壓，體積描記振幅變化百分數/每毫升潮氣量，等。最好還對病人實際呼吸的潮氣量或氣道壓力進行測量并繪成曲線。除此之外，也可用預設的潮氣量或壓力繪制曲線。
除以上所述的最小值之外，在氣道壓每次變化之后，最好還應測量每次呼吸后的血流動力學信號的最大值，如記錄收縮壓的最大值。同樣，最好繪出這些參數相應于潮氣量變化和/或相應于氣道壓力變化的最佳擬合曲線，并計算其斜率，這一斜率可能是一個評價心輸出量隨氣道壓力增長而增高程度的參數。
因而，通過本發明的呼吸動作產生的兩條與最小值和最大值相關的最佳擬合直線，它們與水平參考軸線形成了兩個角度。這兩個角度間的比值為反映血管的灌注狀態和心臟功能狀態提供了另一個參數。
氣道壓力動作，即幾種增長的供氣量/供氣壓的提供，最好與那些用微處理器控制或電子控制的已有的呼吸機相結合，或可以用一種獨立供氣設備來提供。用于呼吸收縮壓變化測試(RSVT)監測的主要軟件可安裝在監視器中，也可安裝在呼吸機上或安裝在一個單獨設備上。軟件和監視器接收來自呼吸機的信號，如每次呼吸開始的精確時間、呼吸量、氣道壓力峰值等。在每次機械呼吸開始后及在其每個周期過程中，都將跟蹤其血流動力學信號，并記錄測試過程中參數的最大值和最小值。在完成呼吸動作之后，監視器可計算并顯示血流動力學參數最大值和最小值的斜率，及最大值(上斜率)和最小值(下斜率)變化斜率的角度以及它們的比值。也可以確定其它一些參數，如曲線下的面積，dp/dtmax(用該指標可測量心臟收縮性)等。
監視器最好還應有計算收縮壓變化(SPV)的功能，該指標是一個機械呼吸周期內血流動力學生理參數(如血壓)最大值與最小值之差。監視器最好還能顯示delta up和delta down值，亦即，它們分別反映在吸氣前期血流動力學生理參數隨著氣道操作而相對于其基線升高和下降的程度。
本發明所述的方法可應用于所有機械呼吸的病人，它能連續測量反映該病人左心室心搏量的生理學參數。它可作為確定心臟容積反應性的一種基本診斷測試手段，該容量在弗蘭克循環血容量減少時心臟容積反應性很高，而在有充血性心臟病和/或有容積過載時，心臟的容積反應性很低或出現負值。本發明的方法也可以用于被麻醉的病人和其他在任何供氣模式下進行機械呼吸的所有病人。用本發明的方法，可利用在任何機械呼吸病人上通常使用的醫學設備很容易地測量心血管狀態，而無需另外的復雜、昂貴而又不易操作的設備。


圖1是本發明的原理示意圖。
圖2是一種可能的呼吸動作的例子。
圖3a至3d展示了在RSVT測試過程中分析收縮壓變化的步驟。
圖4是在呼吸動作時氣道壓的軌跡(圖4a)，它伴有一條容積反應狀態下的動脈血壓軌跡(圖4b)。
圖5是對一個血容量減少病人進行本發明的呼吸收縮變化測試(RSVT)結果。
圖6是#1號狗(圖6a)和#2號狗(圖6b)在放血、再輸液和容積過載時RSVT的角度。
圖7a和圖7b是在主動脈手術時RSVT的下斜率和上斜率變化的圖形顯示。
圖8示出了在上述主動脈手術過程中，RSVT的下斜率與CVP值的關系。
圖9示出了在不同CVP同時，上斜率(y)和下斜率(x)的角度比值上的變化。
圖10示出了11名病人的下斜率對容積載荷的反應。
下面結合圖1至圖10對本發明作詳細的說明。
圖1是闡述本發明原理的示意圖。圖的下半部分示出了由呼吸機所提供的氣道壓力，圖的上半部分展示了相應的血流動力學參數，即相應的血壓。
在T0和T1之間進行的是普通的供氣。相應的血壓對于每一呼吸周期(圖中示出了在T0和T1之間的7個呼吸周期)是一致的，圖中只示出了一些統計學差異。在每個呼吸周期中，可見血壓的dUp和dDown。
從T1開始，引入了一個(任意的)暫短的呼吸暫停，到T2為止。顯然，在這個呼吸暫停過程中血壓保持不變，未見有dUp或dDown。
在T2，開始有氣道壓力變化，這種變化在第一個呼吸周期中從某一氣道壓力值(如10厘米水柱)開始。并不斷增長到第四個呼吸周期(如，40厘米水柱)。在圖1的上半部分示出了血壓的響應特征。很明顯，每一呼吸周期中的血壓最大值隨著氣道壓力的升高而升高，而每一呼吸周期中血壓的最小值則隨著氣道壓力的升高不斷下降。換言之，它顯示了dUp和dDown值對氣道壓力變化的依賴性。
在T3，氣道壓力變化停止，并引入第2個暫短的呼吸暫停(任意的)，由此引出一個用于作為參考值的恒定不變的血壓值，該值用于估算氣道壓力變化對血壓的作用。
在T4呼吸暫停結束，之后連續普通供氣。
T0至T1時間間隔的典型值在25至50秒范圍內，亦即，大約每分鐘8至16次呼吸。在普通供氣時，氣道壓力的典型值在15至30厘米水柱范圍內。
在氣道壓力變化時，根據病人情況不同使用不同的最大氣道壓力，但一般不超過40厘米水柱。
圖2示出了一個包括4個連續呼吸的呼吸動作例子。使用的供氣模式為壓力控制供氣模式，供氣率為8/分鐘，I∶E比值為1∶3。在這個例子中，呼吸動作包括5個壓力水平，即0，10，20，30和40厘米水柱。特定的變量，即呼吸次數，和壓力水平，壓力持續期等特征可根據環境和病人的情況進行調整，也可在儀器中固定設置。零壓力水平(或PEEP水平)可用以確定呼吸暫停時的血流動力學參數。
圖3a示出了血流動力學參數(在此圖中為血壓)對圖2所示的呼吸動作的反應。圖3b舉例說明了在每個氣道壓力變化之后，即在機械呼吸4個周期的每一周期過程中對最小收縮值(x)和最大收縮值(y)的識別。
圖3c示出了最小值(x)和最大值(y)的最佳擬合直線。
圖3d舉例說明了每條直線的斜率的計算，其中，下斜率具有特征角a，上斜率具有特征角b，下斜率x是測量容積反應性，而用上斜率y可測量心搏輸出量的增長。
圖4示出了一個呼吸動作和一個容積反應性正常的病人的動脈壓的最終變化。每次呼吸后收縮壓的顯著漸次下降(因為最佳擬合直線是一條陡線)對于病人的容積反應性具有顯著意義。
圖5示出了如果在病人血容量很少時，血流動力學參數(在本例中為血壓)是如何對本發明的呼吸動作進行反應的。技術熟練的操作者通過觀察連接收縮壓最小值(A，B，C，D)的X線的陡峭程度可做出血容量減少癥的診斷。即使是連接最大值(1，2，3，4)的y線的斜率也呈輕度的負值，因而進一步確定診斷結果為血容量減少癥。
圖6說明了對兩條狗血壓曲線隨本發明的呼吸動作變化的分析實例，測試時這兩條狗被放掉估計的血容量(A)的30％，又重新輸入被放掉的血(B)及附加的容積過載(C)。在這個圖中，y軸是相對于4種水平的氣道壓(x軸)的血壓變化的百分數。明顯可以看出，隨著容積狀態的變化，斜率a按方程式y＝ax＋b變化，血容量減少時的斜率最大，而容積過載時的斜率最小。因而，熟練的操作者可通過觀察呼吸動作過程中血流動力學斜率的變化，來決定是否對有循環疾病癥狀的病人進行補液，或判定容積過載是否已經產生，是否還有必要進行其它治療性檢查。
圖7a和7b中說明在主動脈手術過程中如何重復使用本發明的方法。第1至13項代表下列手術中事件1.由于失血，血容量顯著減少(主動脈鉗制之前)；2.主動脈鉗制后的瞬間；3.鉗制之后幾分鐘的血壓下降過程；4.輸液1升后，病人在輕度麻醉之中；5.給病人加一氧化二氮之后；6.由于血液和血漿的輸入使血容量又一次恢復。
7.硬膜外注射25毫克丁哌卡因(麻卡因)之后。
8.解開主動脈鉗制之前；9.在解開主動脈鉗制之前輸入多巴胺；10.解開第一支鉗制后瞬間；11.解開第二支鉗制后瞬間；12.由于病人血壓過低對血容量恢復不反應，所以服用多巴胺丸藥；和13.由于病人血壓過高，給病人加注硝化甘油(0.8毫克/公斤體重/分鐘)和硬膜外注射25毫克丁哌卡因(麻卡因)。
圖7a說明了在手術過程中4個最低收縮壓值的下斜率的變化。在本發明的呼吸動作過程中，很明顯可以看到第1-4項和第13項的容積反應性很大，而第7，8，10，11和12項則以收縮壓沒什么大變化為特征，因而代表一個無容積反應狀態，且說明，對一個熟練的操作來講，如果需要的話，強心劑可增強心臟功能，而可能不需太多使用輸血的方法。
圖7b說明了上斜率的變化，即在手術過程中，RSTV測試中的最大收縮壓的變化。第10至12項的特征為有陡峭的上斜率和平坦的下斜率，由此熟練的操作者可知心臟的充盈壓很高，心臟的收縮性可能明顯下降(可能有心臟病)。
圖8示出了用本發明方法測得的最小收縮壓百分數變化與用前面所描述的已有技術方法測得的同例主動脈手術病人的CVP值之間的關系。γ值為-0.69，如果不考慮其它因素，實際上γ值接近于-1。這表明用已有技術的復雜方法測得的CVP值與用本發明的方法很方便地測得的最小收縮值呈顯著的相關性。
在圖9中，圖7中所解釋的主動脈手術事件第1，2，9和第11項被用于說明在不同的中心靜脈壓(CVP)值下下斜率(x)角度與上斜率(y)角度的比值。低CVP值與α2角增大相關，反映血容量減少，因而為熟練操作者確立這一診斷提供了很有幫助的方法。還應注意到，在CVP升高時，由α2角表示的x斜率下降，而y斜率(由α1角表示)上升。
圖10示出了在11例病人中容積載荷的作用結果。在這個圖中，x軸上的下斜率為兩個呼吸動作(20和5毫升/公斤體重)后最小收縮血壓之差，即下斜率＝SBPmin20-SBPmin5。y軸的下斜率值為11例病人容積加載后下斜率的變化值。從圖中還可以看到，高于基線的下斜率與病人對容積載荷反應顯著有關。因而，本發明的方法還可用于跟蹤容積給藥的效果。
權利要求
1.一種用于通過預置潮氣量和/或預置壓力對機械呼吸的病人的心血管功能的評價方法，包括(a)在至少一個呼吸周期中變化潮氣量值或壓力水平，和(b)測量對步驟(a)中變量有反應的血流動力學參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(a)在暫短的呼吸暫停后施加。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于在步驟(b)中所測量的血流動力學參數為血壓、體積描記信號、多普勒或回波信號，或其它任何由左心室輸出所反映出的或確定的信號。
4.根據權利要求1至3中任一個所述的方法，其特征在于所述的血流動力學參數是連續測量的。
5.根據權利要求1至4中任一個所述的方法，其特征在于在步驟(b)中所測量是所述血流動力學參數的波峰和波谷值。
6.根據權利要求1至5的任一個所述的方法，其特征在于它包括分析所測量的血流動力學參數的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于至少進行下列分析運算中的一種分析運算(i)在一定的區域內計算所述血流動力學參數曲線下的面積，和/或(ii)計算所述的波峰絕對值與波谷絕對值之差，或計算相關值和在短暫的呼吸暫停過程中所測量的參考值間的差值，和/或(iii)分別計算波峰和波谷絕對值最佳擬合直線的斜率或相關值。
8.根據權利要求1至7中任一個所述的方法，其特征在于步驟(a)由外部命令啟動或以預置的時間間隔自動啟動。
9.根據權利要求1至8中任一個所述的方法，其特征在于使用多個呼吸周期，優選為2至10個，更優選為2、3或4個呼吸周期，并具有可變大小的潮氣量值或壓力水平。
10.根據權利要求1至9中的任一個用于評價機械呼吸病人心血管功能的裝置，包括(a)一個至少可以輸送兩種可變大小的潮氣量值或壓力水平供氣的呼吸機，(b)用于測量相應于潮氣量或壓力變化的血流動力學參數的裝置，和可有可無的(c)一個適用于實現相應于所測數據分析計算的計算單元。
11.用于提供數據的根據權利要求1至9中任一個所述的方法或根據權利要求10所述的裝置用于—評價機械呼吸病人的心血管狀態，—預測病人對血管內液體載荷的反應，—確定機械呼吸對心血管作用，或—診斷和區分血容量減少癥，充血性心臟病和/或容積過載。
全文摘要
本發明公開了一種分析連續測量的相應于一系列預置的氣道壓力或潮氣量變化而改變的血流動力學參數變化的方法。所述的方法通常叫做“呼吸收縮壓變化測試”(RSVT)。分析相應于這些氣道壓力動作對血流動力學參數的變化的方法作為一種無創傷的或最小創傷評估心血管狀態，特別是評價病人心搏量反應的方法。
文檔編號A61B5/02GK1140582SQ9511522
公開日1997年1月22日 申請日期1995年7月20日 優先權日1995年7月20日
發明者阿茲里爾·佩雷爾 申請人:阿茲里爾·佩雷爾