脑血管储备功能监护系统及ETCO₂信号采集装置的制作方法

专利名称：脑血管储备功能监护系统及ETCO₂信号采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗设备领域，尤其涉及一种脑血管储备功能监护系统及ETCO2 信号采集装置。
背景技术：
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。最常用的CVR测定方法为利用TCD检测动脉血中的(X)2分压(PaCO2)改变前、后脑 底动脉的血流速度，计算脑血流变化的百分率，从而反映脑微动脉等阻力血管对Pa(X)2改变 的储备能力。在这一过程中，除准确测定脑血流以外，还必须准确有效地升高或降低I^C02。降低Pa(X)2的方法比较简单，多是让患者过度通气，并观察呼气终末呼出气体CO2 分压(ETCO2)的变化，检测Pa(X)2的改变程度。现有技术升高Pa(X)2的方法则有多种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。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ETCO2，无法监控PaCO2改变的程度。3、吸入不同浓度的(X)2混合气体(如2 %、3 %、4%、5 %、7 %等不同浓度的(X)2混合 气体)。可以有效改变I^aCO2,但不同浓度的(X)2气体要到氧气厂专门定制，较高(X)2浓度的 气体有(X)2麻醉的风险。并且(X)2气体的吸入和ET(X)2监测采集的气体均是在病人的口鼻 处，导致ET(X)2监测数值受较大影响。鉴于以上升高I3aCO2方法的不足，致使现有技术的脑血管储备功能监护系统及 ETCO2信号采集装置无法满足临床需要。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种脑血管 储备功能监护系统及ET(X)2信号采集装置，其具有结构简单、使用方便的特点。本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下一种脑血管储备功能监护系统，包括用于升高被检者的Pa(X)2的自体(X)2吸入升 高I5aCO2装置；用于采集被检者的ETCO2信号的呼出气体采集装置；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的信号采集 装置；用于对同步获取的脑血流信号和ET(X)2信号进行处理，得到系列CVR指数的信号处理 装置；用于显示CVR指数的显示装置；所述呼出气体采集装置、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；[0013]其中，自体CO2吸入升高1^0)2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。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ET(X)2信号的(X)2气体分析模块；每个经颅多普勒模块和(X)2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转换器的输出端 与控制模块连接；控制模块与通讯接口模块连接。所述的脑血管储备功能监护系统，其中，采用多片A/D转换器替代多通道A/D转换
ο所述的脑血管储备功能监护系统，其中，控制模块采用复杂可编程逻辑器件实现。所述的脑血管储备功能监护系统，其中，信号处理装置和显示装置采用PC系统来 实现。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。所述的脑血管储备功能监护系统，其中，呼出气体采集装置包括(X)2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(X)2气体分析模块连接。一种ET(X)2信号采集装置，其中，包括自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置，用于升高被检者的Pa(X)2 ；与自体CO2吸入升高I5aCO2装置连接的呼出气体采集装置，用于采集被检者的 ETCO2信号。其中，自体CO2吸入升高1^0)2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。所述的ET(X)2信号采集装置，其中，采用紧闭面罩代替无创通气面罩。所述的ETCO2信号采集装置，其中，呼出气体采集装置包括(X)2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。本实用新型的有益效果为采用本实用新型的系统，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。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。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(X)2气体导致(X)2麻醉的风险。[0034]④、有利于I3a(X)2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ET(X)2的变化，从而可准确监控Pa(X)2的变化。

图1是脑血管储备功能监护系统的示意图。图2是图1中的信号采集装置的示意图。图3是自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置第一种使用方式的示意图。图4是自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置第二种使用方式的示意图。图5是本实用新型实施例的ET(X)2信号采集装置结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种脑血管储备功能监护系统及ET(X)2信号采集装置，为使本 实用新型的目的、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实用新型 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实用新型，并不用于 限定本实用新型。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(X)2气体分析仪的呼气终末呼出气体的(X)2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Pa(X)2三种状态下各 同步采集脑血流和ET(X)2信号，计算CVR指数，实现检测和监护脑血管储备功能。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(X)2吸入升高Pa(X)2装置、呼出气体采集装置。其中，自体(X)2吸入升高Pa(X)2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I5aCO2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 ^ω2。其中，呼出气体采集装置，用于采集被检者的ET(X)2信号。所述的ET(X)2信号采集 装置可以设置在所述自体(X)2吸入升高Pa(X)2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 (X)2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(X)2气体分析模块连接，通过(X)2气体采集管连续采集被检者的呼出 气体，导入到ω2气体分析模块，获得ET(X)2信号。或者省去(X)2气体采集管，直接将(X)2气 体分析模块置于被检者口鼻处，连续测定ETCOdf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 (X)2气体分析模块，如图4所示，将(X)2气体分析模块 直接置入无创通气面罩内，获得ET(X)2信号。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(X)2气体 分析模块获取的ET(X)2信号，并将这些信号转换成对应的数字信号。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ET(X)2信号的(X)2气体分析模块。[0047]每个经颅多普勒模块和(X)2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(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。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。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。控制模块可采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD )实现。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ET(X)2信号进行处理，得到系列CVR指数。显示装置用于将CVR指数显示出来。信号处理装置和显示装置可采用PC系统来实现。本实用新型脑血管储备功能监护系统的医疗用途包括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ET(X)2信号10分钟，并标记为基线状态。休息5分钟。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。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。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(X)2浓度，也就是将自己呼出的部分(X)2气体重新吸入，从而 有效升高I^aCO2。图3是自体(X)2吸入升高I3aCO2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ET(X)2信号，并将信号送入信号采集装置。图4是自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置第二种使用方式的示意图，将(X)2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ET(X)2信号，并将信号送入信号采集装置。C、自体CO2吸入升高Pa(X)2装置连接好后，被检者的ET(X)2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ET(X)2信号3-5分钟，并标志为表示升高Pa(X)2状 态。休息10分钟，或脑血流信号恢复基线状态。D、过度通气降低I3aCO2,同步采集脑血流和ET(X)2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。E、获得三段脑血流和ET(X)2信号后，用以下公式计算脑血管储备功能。
V — V
Γ 1wACO, " CO,(Wcm!— = ^^--etco聊
CT/i J_ =v-lxl 00%. I^TCO2ftc02 — ETCO職
C^rft = ^i-1X100% 今 ETUO2mh-ETUO2mm其中，CVRI 表示脑血管扩张储备功能；CVRIw表示脑血管收缩储备功能；CVRI 表示脑血管总体储备功能；V 纟;l和ETC02 纟; 表示在基线状态下的平均血流速度和ETC02 ；V
髙C02和ETCO2kc02表示升高PaCO2后的平均血流速度和ETCO2 ；Vffic02和ETCO2ffic02 降低I3aCO2 后的平均血流速度和ETCO2。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，本实用新型实施例还 提供了一种ETCO2信号采集装置，如图5所示，包括自体CO2吸入升高PaCO2装置，用于升高被检者的PaCO2 ；与自体CO2吸入升高I5aCO2装置连接的呼出气体采集装置，用于采集被检者的 ETCO2信号。其中，自体CO2吸入升高I3aCO2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I5aCO2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 ^ω2。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I^aCO2。呼出气体采集装置可以设置在所述自体CO2吸入升高I3aCO2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。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。图4是自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置第二种使用方式的示意图，将(X)2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ET(X)2信号。基于上述实施例，本实用新型实施例还提供了 一种基于自体(X)2吸入升高Pa(X)2装 置升高被检者Pa(X)2的方法，包括如下步骤第一步、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I^(X)2 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。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。第三步、装置连接好后，被检者的ET(X)2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 一 2分钟后结束操作。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(X)2气体不能及时全部消散，借以升高吸气相吸入气体的(X)2浓度，也 就是将自己呼出的部分(X)2气体重新吸入，从而有效升高PaC02。综上所述，采用本实用新型后，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(X)2气体，免去了 患者的这一部分经济负担。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。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(X)2气体导致(X)2麻醉的风险。④、有利于I3a(X)2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ET(X)2的变化，从而可准确监控Pa(X)2的变化。应当理解的是，本实用新型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实用新型所附权 利要求的保护范围。
权利要求1.一种脑血管储备功能监护系统，其特征在于，包括用于升高被检者的I3aCO2的自体 CO2吸入升高Pa(X)2装置；用于采集被检者的ET(X)2信号的呼出气体采集装置；用于对脑血 流信号和ET(X)2信号进行同步采样，并将脑血流信号和ET(X)2信号转换成对应的数字信号的 信号采集装置；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指数的 信号处理装置；用于显示CVR指数的显示装置；所述呼出气体采集装置、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；其中，自体CO2吸入升高I5aCO2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。
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，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(X)2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转换器的输出端与控 制模块连接；控制模块与通讯接口模块连接。
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，采用多片A/D转换器 替代多通道A/D转换器。
4.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，控制模块采用复杂 可编程逻辑器件实现。
5.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，信号处理装置和显 示装置采用PC系统来实现。
6.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，采用紧闭面罩代替 无创通气面罩。
7.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，呼出气体采集装置 包括(X)2气体采集管及一 (X)2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(X)2气体分析模块连接。
8.—种ET(X)2信号采集装置，其特征在于，包括用于升高被检者的Pa(X)2自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置；与自体(X)2吸入升高Pa(X)2装置连接的用于采集被检者的ET(X)2信号呼出气体采集装置；其中，自体CO2吸入升高I5aCO2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。
9.根据权利要求8所述的ET(X)2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。
10.根据权利要求8所述的ET(X)2信号采集装置，其特征在于，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(X)2气体分析模块连接。
专利摘要本实用新型涉及医疗设备领域，公开了一种脑血管储备功能监护系统及ETCO2信号采集装置，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。采用本实用新型的系统能实现脑血管储备功能的无创检测，结果准确可靠，临床实用性强。并有如下优点减轻病人经济负担；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。
文档编号A61M16/00GK201905888SQ201020677090
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者高庆春, 黄如训 申请人:高庆春, 黄如训