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
技術領域：
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：
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用，但仍存 在不能及時地連續(xù)反應瞬間缺氧和氧合情況的難題。紅外吸收光譜法已應 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)體征的復雜性，數(shù)據(jù)準確可靠受 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 分析研究，準確及時有效地采集不同血氧飽和度等數(shù)據(jù)至關重要。 發(fā)明的內容
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 力平衡倉內不同大氣壓，調節(jié)壓力平衡倉內混合氣體的總壓；
2、 測量電極的標定在不同的氧分壓條件下，測量電化學氧電極的響 應值，壓力平衡倉內的氧分壓與氧飽和度之間應滿足線性關系(參見附圖 3);
3、 在大氣壓強不變，模擬氣源的不同配比關系的條件下，或在氣源的 配比關系不變，模擬不同的大氣壓強的條件下，向壓力平衡倉內注入待測 的樣品，在35 38"C恒溫條件下，通過電化學氧電極測量注入壓力平衡倉 內待測樣品溶液的氧分壓及氧飽和度值；
4、 測試結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系曲線；通過氧飽和度與氧分壓的 關系曲線，及氧飽和度和給氧時間的關系曲線，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。
在上述步驟1中，通過流量計和閥件調節(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，在平衡倉內完成調 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不同大氣壓，調節(jié)壓力平 衡倉內混合氣體的總壓；測量倉的混合氣體的總壓與平衡倉內混合氣體的 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，通過調節(jié)流 量計，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增大，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、氮氣罐和二氧化碳氣罐，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置有開關、 氣壓表、配比閥、流量計；
2) 、由采樣蠕動泵和管道構成采樣單元；
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 曲線，可以有效地評價各種血液代用品的動力學特性。


本發(fā)明的

如下 圖1本發(fā)明系統(tǒng)裝置結構圖2本發(fā)明測出的氧電極在不同氧分壓下的響應曲線； 圖3為本發(fā)明測出的氧飽和度對氧分壓的響應曲線； 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人工紅細胞及不同血液樣品達到氧飽和度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；7.二氧化碳氣罐；8.氣管；9.進氣端；IO.開關；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.調節(jié)端；22.真空泵。
實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明 實施例1
結合圖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和二氧化碳氣罐7，三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 置有開關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再按設計流程構建氧氣壓力倉單元16，通過調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，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增 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曲線、氧分壓與 加氧時間的攜氧動力學曲線。
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，結合圖3所示，以調節(jié)各種氣源的流量計13來 調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 過調節(jié)流量計13，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增大，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，觀測達到50%氧飽和度時所需的 時間tsat50。/。。即數(shù)據(jù)處理器釆集經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關系，利用平滑線散點圖繪制公 式將此對應關系模擬為氧飽和度Sat02與加氧時間t02的攜氧動力學曲線， 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)的關鍵部分，它采用現(xiàn)有的 克拉克(clark)電化學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 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 分壓成線形關系，結合圖3所示，氧電極在不同的氧分壓下達到不同的氧 飽和度的相關曲線。
鉑金絲電極上電化學反應產生的氧電流信號，經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相關曲線參見圖5、氧飽和度Sat02與加氧時間
t02的攜氧動力學曲線參見圖4。計算機程序對采集的信號，并做記錄與加 氧時間的對應關系，利用平滑線散點圖繪制公式將此對應關系模擬為氧飽 和度Sat02與加氧時間t02的攜氧動力學曲線，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。 結合圖1可知，為了便于排樣，氧氣壓力倉單元16的底部設置有過流
出口 19。
結合圖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，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增大，人工紅細 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 工紅細胞血液代用品的氧達到飽和，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曲線、氧分 壓與加氧時間的攜氧動力學曲線。 實施列3
將新采集的人全血，用生理鹽水調節(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，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增大，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曲線、氧分壓與加氧時間的攜氧動力學曲線。
實施列4
將新采集的兔全血，用生理鹽水調節(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，使氧氣與二氧化碳氣體的比值逐漸增大，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曲線、氧分壓與加氧時間的攜氧動力學曲 線。
通過上述各實施例的實施，可分析各種樣品溶液達到氧飽和度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 曲線，可以有效地評價各種血液代用品的動力學特性。
權利要求
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不同大氣壓，用以調節(jié)壓力平衡倉內混合氣體的總壓；2)、測量電極的標定在不同的氧分壓條件下，測量電化學氧電極的響應值，測得的壓力平衡倉內的氧分壓與氧飽和度之間應滿足線性關系；3)、在大氣壓強不變，模擬氣源的不同配比關系的條件下，或在氣源的配比關系不變，模擬不同的大氣壓強的條件下，向壓力平衡倉內注入待測的樣品，并35℃～38℃恒溫，通過電化學氧電極測量注入壓力平衡倉內待測樣品溶液的氧分壓及氧飽和度值；4)、測試結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系曲線；通過氧飽和度與氧分壓的關系曲線，及氧飽和度和給氧時間的關系曲線，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。
2、 根據(jù)權利要求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，在平衡倉內完成調節(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 模擬壓力平衡倉內不同大氣壓，調節(jié)壓力平衡倉內混合氣體的總壓； 測量倉的混合氣體的總壓與平衡倉內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、氮氣罐和二氧化碳氣罐，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 管上均設置有開關、氣壓表、配比閥、流量計；2) 、由采樣蠕動泵和管道構成采樣單元；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、測量電極的標定、測試結果的分析。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。
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;段建軍