專利名稱：一種評價血液及其代用品攜氧、釋氧功能的分析方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定血液及其代用品攜氧一釋氧功能的方法及裝置。 具體涉及既可以用作臨床分析、也可作為研究血液及其代用品評價其攜氧 功能的分析方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的測定血氧飽和度的分析方法及其裝置根據(jù)其測試原理，大體可 分為以下幾種類型，如臨床應(yīng)用的血氣分析法及儀器、紅外吸收光譜分析 法及臨床監(jiān)護儀等。
血氣分析法主要依據(jù)電化學(xué)原理，由專門的氣敏電極分別測出o2、co2
和pH三個數(shù)據(jù)，并推算出一系列參數(shù)。雖然在臨床上己廣泛應(yīng)用，但仍存 在不能及時地連續(xù)反應(yīng)瞬間缺氧和氧合情況的難題。紅外吸收光譜法已應(yīng) 用于臨床生理監(jiān)護儀為無創(chuàng)脈搏氧飽和度測量方法，其原理是根據(jù)血液中 氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對紅光和紅外光的吸收光譜不同，計算比值。 該方法測量的前提條件是要有脈動的動脈血流，雖然可以連續(xù)監(jiān)測動脈血 氧飽和度，但由于受到測試對象(病人)體征的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠受 到影響，特別是對于體外實驗、動物實驗等，該方法難以用于分析血氧飽 和度評價攜氧一釋氧功能。
在血液代用品研究，以及臨床監(jiān)護的實踐中，對于血氧飽和的動力學(xué) 分析研究，準(zhǔn)確及時有效地采集不同血氧飽和度等數(shù)據(jù)至關(guān)重要。 發(fā)明的內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種用于測定血液及其代用品溶液氧飽和度 氧分壓的方法；本發(fā)明的另一目的是提供一種用于測定血液及其代用品溶 液氧飽和度氧分壓的裝置。
實現(xiàn)本發(fā)明第一目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種用于測定血液 及其代用品溶液氧飽和度氧分壓的方法，該方法能夠模擬出不同生理條件、 特殊生理環(huán)境，完成在所述環(huán)境下對血液及多種血液代用品攜氧能力的研 究和分析，方法包括以下步驟
1、建立模擬環(huán)境包括設(shè)置氮氣(N2、氧氣(02)和二氧化碳(C02)
的不同氣源、建立壓力平衡倉，通過調(diào)節(jié)各氣源流量按不同的比例由氣體
管路輸送至壓力平衡倉，模擬出不同的氧分壓；通過真空泵及閥件模擬壓 力平衡倉內(nèi)不同大氣壓，調(diào)節(jié)壓力平衡倉內(nèi)混合氣體的總壓；
2、 測量電極的標(biāo)定在不同的氧分壓條件下，測量電化學(xué)氧電極的響 應(yīng)值，壓力平衡倉內(nèi)的氧分壓與氧飽和度之間應(yīng)滿足線性關(guān)系(參見附圖 3);
3、 在大氣壓強不變，模擬氣源的不同配比關(guān)系的條件下，或在氣源的 配比關(guān)系不變，模擬不同的大氣壓強的條件下，向壓力平衡倉內(nèi)注入待測 的樣品，在35 38"C恒溫條件下，通過電化學(xué)氧電極測量注入壓力平衡倉 內(nèi)待測樣品溶液的氧分壓及氧飽和度值；
4、 測試結(jié)果的分析繪制待測樣品在不同氧分壓下氧飽和度與氧分壓 的關(guān)系曲線；在氧分壓不變的條件下，每2 10分鐘測量的氧飽和值，繪 制待測樣品的氧飽和度和給氧時間的關(guān)系曲線；通過氧飽和度與氧分壓的 關(guān)系曲線，及氧飽和度和給氧時間的關(guān)系曲線，以待測樣品在50%氧飽和 度時的氧分壓或/和所需的時間值，作為評價待測樣品攜氧、釋氧功能的參 考指標(biāo)。
在上述步驟1中，通過流量計和閥件調(diào)節(jié)各氣源流量的比例，以獲得 所需的氧分壓；壓力平衡倉可以分成平衡倉和測量倉，在平衡倉內(nèi)完成調(diào) 節(jié)各氣源流量按不同的比例由氣體管路輸送至壓力平衡倉，模擬出不同的 氧分壓；或通過真空泵及閥件模擬壓力平衡倉內(nèi)不同大氣壓，調(diào)節(jié)壓力平 衡倉內(nèi)混合氣體的總壓；測量倉的混合氣體的總壓與平衡倉內(nèi)混合氣體的 總壓相等，若有變化通過與該倉連接的真空泵和閥件進行調(diào)節(jié)。
在上述步驟3中采樣單元吸入血液等待測樣品到平衡倉，通過調(diào)節(jié)流 量計，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增大，血液及其代用品先通過增 大氧分壓提高血液的氧飽和度，然后再通過增大二氧化碳分壓將氧氣置換 出來，完成一次交換過程后，再用氧氣置換，又可使血液的氧達(dá)到飽和。
上述方法通過不同氣源的流量的不同比例，模擬氧分壓的改變，通過 真空泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)總壓模擬出不同生理條件、特殊生理環(huán)境，如高原、航天 及深海，完成在所述環(huán)境下對血液及多種血液代用品攜氧能力的研究和分 析。
與現(xiàn)有的分析方法相比，本發(fā)明由于通過建立模擬不同氧分壓的壓力 倉，設(shè)計出體外氧氣、二氧化碳置換模型，而形象地再現(xiàn)了生物體內(nèi)的氧 氣、二氧化碳置換模式?？梢阅M出不同生理條件、特殊生理環(huán)境下，完 成在所述環(huán)境下對血液及多種血液代用品攜氧能力的研究和分析。 本發(fā)明的另一目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，即一種用于測定血 液及血液代用品溶液氧飽和度或氧分壓的裝置，它包括血氧交換系統(tǒng)和由 氧電極、時間控制器和數(shù)據(jù)處理器組成的血氧測試分析系統(tǒng)，其特征是血 氧交換系統(tǒng)包括
1) 、氣體混合單元包括氣源存儲罐和壓力平衡瓶，其中，存儲罐包 括氧氣罐、氮氣罐和二氧化碳?xì)夤?，所述氣源存儲罐分別通過氣管與壓力 平衡瓶的進氣端連通，在存儲罐與壓力平衡瓶連接氣管上均設(shè)置有開關(guān)、 氣壓表、配比閥、流量計；
2) 、由采樣蠕動泵和管道構(gòu)成采樣單元；
3) 、氧氣壓力倉單元；
所述氣體混合單元中的壓力平衡瓶的調(diào)節(jié)端通過氣管與真空泵連通， 壓力平衡瓶的出氣口通過氣管與氧氣壓力倉單元的采樣端連通，采樣單元 中蠕動泵的出口通過管道與氧氣壓力倉單元的采樣端連通。
本發(fā)明由于建立了能夠模擬不同氧分壓的壓力倉，設(shè)計出體外氧氣、 二氧化碳置換模型，形象地再現(xiàn)了生物體內(nèi)的氧氣、二氧化碳置換模式， 得到的氧氣與二氧化碳置換的相關(guān)曲線。為客觀地測定評價血液及其代用 品的攜氧功能提供了可能；并可即時分析血液氧飽和度，給出攜氧動力學(xué) 曲線，可以有效地評價各種血液代用品的動力學(xué)特性。


本發(fā)明的

如下 圖1本發(fā)明系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)圖2本發(fā)明測出的氧電極在不同氧分壓下的響應(yīng)曲線； 圖3為本發(fā)明測出的氧飽和度對氧分壓的響應(yīng)曲線； 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)裝置氧飽和度對給氧時間的響應(yīng)曲線； 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)裝置氧氣與二氧化碳的置換曲線。
圖6人工紅細(xì)胞及不同血液樣品達(dá)到氧飽和度Sat02^所需的時間。 圖中l(wèi).氧電極；2對間控制器；3教據(jù)處理器；4壓力平衡瓶；5.氧氣
罐；6.氮氣罐；7.二氧化碳?xì)夤蓿?.氣管；9.進氣端；IO.開關(guān)；ll.氣壓表；12. 配比閥；13.流量計；H采樣蠕動泵；15.管道；1S.氧氣壓力倉單元；17.出氣口； 18.采樣端；19.過流出口； ^排樣蠕動泵；21.調(diào)節(jié)端；22.真空泵。
實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明 實施例1
結(jié)合圖1可知，本發(fā)明血氧交換系統(tǒng)包括中
1) 、氣體混合單元包括氣源存儲罐和壓力平衡瓶4，其中，存儲罐包 括氧氣罐5、氮氣罐6和二氧化碳?xì)夤?，三個氣源存儲罐分別通過氣管與 壓力平衡瓶4的進氣端連通，在存儲罐與壓力平衡瓶4連接氣管8上均設(shè) 置有開關(guān)10、氣壓表11、配比閥12、流量計13;
2) 、由采樣蠕動泵14和管道15構(gòu)成采樣單元；
3) 、氧氣壓力倉單元16;
所述氣體混合單元中的壓力平衡瓶4的調(diào)節(jié)端21通過氣管8與真空泵 22連通，壓力平衡瓶4的出氣口 17通過氣管8與氧氣壓力倉單元16的采 樣端18連通，采樣單元中采樣蠕動泵14的出口通過管道15與氧氣壓力倉 單元16的采樣端18連通。
本發(fā)明的原理和功能先將不同的氣源的氣罐，通過氣管8、流量計 13、開關(guān)10、配比閥12和各自的氣壓表11進入到壓力平衡瓶4，壓力平 衡瓶4再按設(shè)計流程構(gòu)建氧氣壓力倉單元16，通過調(diào)整不同氧分壓和系統(tǒng) 總壓，形成特定氧分壓的氧氣壓力倉單元16，采樣單元吸入血液等樣品到 氧氣壓力倉單元16，通過流量計13，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增 大，血液及其代用品先通過增大氧分壓提高血液的氧飽和度，然后再通過 增大二氧化碳分壓將氧氣置換出來，完成一次交換過程后，再用氧氣置換， 又可使血液的氧達(dá)到飽和，通過氧電極1和時間控制器2傳輸氧電流信號 和加氧時間信號到數(shù)據(jù)處理器3，即時測定血液及其代用品的氧分壓及氧飽 和度；數(shù)據(jù)處理器再計算分析給出氧分壓與氧飽和度相關(guān)曲線、氧分壓與 加氧時間的攜氧動力學(xué)曲線。
所述血氧交換系統(tǒng)中的壓力倉單元是核心部分，評價測定血液和各種 血液代用品的攜氧功能，都必須在不同的氧分壓、不同輸氧時間條件下， 測定氧的飽和度；然后得出氧分壓P02與氧飽和度Sat02相關(guān)曲線參見圖 3或圖5、氧飽和度Sat02與供氧時間t02的攜氧動力學(xué)曲線。因此，該 氧氣壓力倉單元的特點就是建立特定體系總壓下的不同氧分壓條件。在系 統(tǒng)總壓保持恒定的條件下，結(jié)合圖3所示，以調(diào)節(jié)各種氣源的流量計13來 調(diào)控各種氣體的百分比，得到各種氣體不同的分壓。該系統(tǒng)的功能是通 過調(diào)節(jié)流量計13，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增大，血液及其代用
品先通過增大氧分壓提高血液的氧飽和度；然后再通過增大二氧化碳分壓 將氧氣置換出來；完成一次交換過程后，再用氧氣置換，又可使血液的氧 達(dá)到飽和，參見圖6的氧氣與二氧化碳置換的曲線。這種血液及其代用品 體外氧氣、二氧化碳置換系統(tǒng)，形象地再現(xiàn)了生物體內(nèi)的氧氣、二氧化碳 置換模式，為客觀地測定評價血液及其代用品的攜氧功能提供了可能。在 恒定的氧分壓條件下，計時給血液及其代用品輸氧，監(jiān)控血液以及血液代 用品中氧飽和度隨供氧時間增大的趨勢，觀測達(dá)到50%氧飽和度時所需的 時間tsat50。/。。即數(shù)據(jù)處理器釆集經(jīng)過高阻抗運算放大器和信號處理單元送 入的氧分壓數(shù)值并記錄與加氧時間的對應(yīng)關(guān)系，利用平滑線散點圖繪制公 式將此對應(yīng)關(guān)系模擬為氧飽和度Sat02與加氧時間t02的攜氧動力學(xué)曲線， 以便直觀地觀察氧飽和度Sat02隨加氧時間t02增加的變化情況。該系統(tǒng) 的真空泵22是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)總壓，以模擬出不同生理條件、特殊生理環(huán)境， 如高原、航天及深海，完成在所述環(huán)境下對血液及多種血液代用品攜氧能 力的研究和分析。
氧電極是所述的血氧測試系統(tǒng)中分析系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它采用現(xiàn)有的 克拉克(clark)電化學(xué)氧電極以鉑金絲為陰極即氧電極，以銀-氧化銀片 為陽極，外罩四氟乙烯塑料套管及塑料薄膜。在電極與套管之間盛有0.5當(dāng) 量的氯化鉀溶液。
在極化電壓作用下，溶解氧分子被還原。
02 + 2H+十2e一_^ H202
并以陰極鉑金絲為中心形成擴散層，這種擴散電流與待測樣品中的氧 分壓成線形關(guān)系，結(jié)合圖3所示，氧電極在不同的氧分壓下達(dá)到不同的氧 飽和度的相關(guān)曲線。
鉑金絲電極上電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧電流信號，經(jīng)過高阻抗運算放大器 放大和信號處理單元，進入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器的功能是利用計算機 程序采集輸入信號并函數(shù)模擬，同時在計算機屏幕上指示數(shù)字、顯示氧分 壓P02與氧飽和度Sat02相關(guān)曲線參見圖5、氧飽和度Sat02與加氧時間
t02的攜氧動力學(xué)曲線參見圖4。計算機程序?qū)Σ杉男盘?，并做記錄與加 氧時間的對應(yīng)關(guān)系，利用平滑線散點圖繪制公式將此對應(yīng)關(guān)系模擬為氧飽 和度Sat02與加氧時間t02的攜氧動力學(xué)曲線，以便直觀地觀察氧飽和度 SatQ2隨加氧時間t02增加的變化情況。 結(jié)合圖1可知，為了便于排樣，氧氣壓力倉單元16的底部設(shè)置有過流
出口 19。
結(jié)合圖1可知，所述過流出口 19通過管道15與排樣蠕動泵20相通。
這樣是為了更方便的將廢液樣品排空，并清洗，以便下次測試。 實施列2
將新制備得到人工紅細(xì)胞血液代用品，通過采樣單元吸入到氧氣壓力 倉單元，通過流量計，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增大，人工紅細(xì) 胞血液代用品先通過增大氧分壓提高血氧飽和度，然后再通過增大二氧化 碳分壓將氧氣置換出來，完成一次交換過程后，再用氧氣置換，又可使人 工紅細(xì)胞血液代用品的氧達(dá)到飽和，通過氧電極和時間控制器傳輸氧電流 信號和加氧時間信號到數(shù)據(jù)處理器，即時測定血液及其代用品的氧分壓及 氧飽和度；數(shù)據(jù)處理器再計算分析給出氧分壓與氧飽和度相關(guān)曲線、氧分 壓與加氧時間的攜氧動力學(xué)曲線。 實施列3
將新采集的人全血，用生理鹽水調(diào)節(jié)血液壓積Hct為20。/Q、 6%;全血
壓積約為45%。通過采樣單元將調(diào)整壓積后的人全血吸入到氧氣壓力倉單 元，通過流量計，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增大，血液樣品先通 過增大氧分壓提高血氧飽和度，然后再通過增大二氧化碳分壓將氧氣置換 出來，完成一次交換過程后，再用氧氣置換，又可使血液樣品的氧達(dá)到飽 和，通過氧電極和時間控制器傳輸氧電流信號和加氧時間信號到數(shù)據(jù)處理
器，即時測定血液及其代用品的氧分壓及氧飽和度；數(shù)據(jù)處理器再計算分
析給出氧分壓與氧飽和度相關(guān)曲線、氧分壓與加氧時間的攜氧動力學(xué)曲線。
實施列4
將新采集的兔全血，用生理鹽水調(diào)節(jié)血液壓積Hct為20。/。、 6%;全血 壓積約為45%。通過采樣單元將調(diào)整壓積后的兔全血吸入到氧氣壓力倉單 元，通過流量計，使氧氣與二氧化碳?xì)怏w的比值逐漸增大，血液樣品先通 過增大氧分壓提高血氧飽和度，然后再通過增大二氧化碳分壓將氧氣置換 出來，完成一次交換過程后，再用氧氣置換，又可使兔血液樣品的氧達(dá)到 飽和，通過氧電極和時間控制器傳輸氧電流信號和加氧時間信號到數(shù)據(jù)處 理器，即時測定血液及其代用品的氧分壓及氧飽和度；數(shù)據(jù)處理器再計算
分析給出氧分壓與氧飽和度相關(guān)曲線、氧分壓與加氧時間的攜氧動力學(xué)曲 線。
通過上述各實施例的實施，可分析各種樣品溶液達(dá)到氧飽和度Sat025C所需要的時間，從而得出各樣品在相同氧分壓條件下，恢復(fù)攜氧能力的差
別，見圖6。
本發(fā)明由于建立了能夠模擬不同氧分壓的壓力倉，設(shè)計出體外氧氣、 二氧化碳置換模型，形象地再現(xiàn)了生物體內(nèi)的氧氣、二氧化碳置換模式， 得到的氧氣與二氧化碳置換的相關(guān)曲線。為客觀地測定評價血液及其代用
品的攜氧功能提供了可能；并可即時分析血液氧飽和度，給出攜氧動力學(xué) 曲線，可以有效地評價各種血液代用品的動力學(xué)特性。
權(quán)利要求
1、一種測定血液及其代用品攜氧、釋氧功能的方法，其特征是方法包括以下步驟1)、建立模擬環(huán)境包括設(shè)置氮氣、氧氣和二氧化碳的不同氣源、建立壓力平衡倉，通過調(diào)節(jié)各氣源流量按不同的比例由氣體管路輸送至壓力平衡倉，模擬出不同的氧分壓；通過真空泵及閥件模擬壓力平衡倉內(nèi)不同大氣壓，用以調(diào)節(jié)壓力平衡倉內(nèi)混合氣體的總壓；2)、測量電極的標(biāo)定在不同的氧分壓條件下，測量電化學(xué)氧電極的響應(yīng)值，測得的壓力平衡倉內(nèi)的氧分壓與氧飽和度之間應(yīng)滿足線性關(guān)系；3)、在大氣壓強不變，模擬氣源的不同配比關(guān)系的條件下，或在氣源的配比關(guān)系不變，模擬不同的大氣壓強的條件下，向壓力平衡倉內(nèi)注入待測的樣品，并35℃～38℃恒溫，通過電化學(xué)氧電極測量注入壓力平衡倉內(nèi)待測樣品溶液的氧分壓及氧飽和度值；4)、測試結(jié)果的分析繪制待測樣品在不同氧分壓下氧飽和度與氧分壓的關(guān)系曲線；在氧分壓不變的條件下，每2～10分鐘測量的氧飽和值，繪制待測樣品的氧飽和度和給氧時間的關(guān)系曲線；通過氧飽和度與氧分壓的關(guān)系曲線，及氧飽和度和給氧時間的關(guān)系曲線，以待測樣品在50％氧飽和度時的氧分壓或/和所需的時間值，作為評價待測樣品攜氧、釋氧功能的參考指標(biāo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定血液及其代用品攜氧、釋氧功能的方法，其特征是所述步驟1)中，通過流量計和閥件調(diào)節(jié) 各氣源流量的比例，以獲得所需的氧分壓；壓力平衡倉分成平衡倉 和測量倉，在平衡倉內(nèi)完成調(diào)節(jié)各氣源流量按不同的比例由氣體管 路輸送至壓力平衡倉，模擬出不同的氧分壓；或通過真空泵及閥件 模擬壓力平衡倉內(nèi)不同大氣壓，調(diào)節(jié)壓力平衡倉內(nèi)混合氣體的總壓； 測量倉的混合氣體的總壓與平衡倉內(nèi)混合氣體的總壓相等，若有變 化通過與該倉連接的真空泵和閥件進行調(diào)節(jié)。
3、 一種測定血液及其代用品攜氧、釋氧功能的裝置，它包括血 氧交換系統(tǒng)和由氧電極、時間控制器和數(shù)據(jù)處理器組成的血氧測試 分析系統(tǒng)，其特征是血氧交換系統(tǒng)包括1) 、氣體混合單元包括氣源存儲罐和壓力平衡瓶，其中，存 儲罐包括氧氣罐、氮氣罐和二氧化碳?xì)夤蓿鰵庠创鎯薹謩e通 過氣管與壓力平衡瓶的進氣端連通，在存儲罐與壓力平衡瓶連接氣 管上均設(shè)置有開關(guān)、氣壓表、配比閥、流量計；2) 、由采樣蠕動泵和管道構(gòu)成采樣單元；3) 、氧氣壓力倉單元；所述氣體混合單元中的壓力平衡瓶的調(diào)節(jié)端通過氣管與真空泵 連通，壓力平衡瓶的出氣口通過氣管與氧氣壓力倉單元的采樣端連 通，采樣單元中蠕動泵的出口通過管道與氧氣壓力倉單元的采樣端 連通。
全文摘要
一種測定血液及其代用品攜氧、釋氧功能的方法，其特征是方法包括以下步驟建立模擬環(huán)境、測量電極的標(biāo)定、測試結(jié)果的分析。本發(fā)明還提供了一種測定血液及其代用品攜氧、釋氧功能的裝置。本發(fā)明由于所述方法及裝置，通過建立模擬不同氧分壓的壓力倉，設(shè)計出體外氧氣、二氧化碳置換模型，而形象地再現(xiàn)了生物體內(nèi)的氧氣、二氧化碳置換模式。可以模擬出不同生理條件、特殊生理環(huán)境下，完成在所述環(huán)境下對血液及多種血液代用品攜氧能力的研究和分析。
文檔編號G01N33/48GK101158676SQ200610095398
公開日2008年4月9日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者彭溦雁, 段建軍, 川 江, 翔 王, 瑋 高 申請人:重慶大學(xué);段建軍