We have studied a minimally invasive method for prediction of oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2) contents in the pulmonary artery and in the alveolar gas. The input variables are obtained by breath analysis and simple arterial blood measurement: they include O2 and CO2 partial pressures of the inspiration gas, the end-tidal gas, and the arterial blood with its pH and hematocrit. Among the unknowns are the partial pressures of the pulmonary artery and the alveolar gas, the cardiac output, the shunt ratio and the dead space ratio. The problem is solved by defining three submodels. In the Model I, the mixed venous blood data and the inspiration gas data are given as the two input points. In the Model II, lung is imperfect having both shunt and dead space. Arterial blood data and end-tidal gas data are given as additional input variables in this case. In the Model III, the mixed-venous blood gas pressures are additional unknowns. The present thesis shows how to solve the model problems using mass balance equations plus subsidiary equations like shunt balance equation between O2 and CO2 and respiration-quotient balance equation between respiratory blood and alveolar gas. Accuracy of the present method has proved excellent as we compare the numerical results with the clinical data measured from the patients using mechanical ventilators in the intensive care unit of a hospital.
최소 침습법으로 폐포 가스와 폐동맥 혼합정맥혈의 산소와 이산화탄소 분압을 예측할 수 있는 전산 해석 모델을 개발하였다. 전산 해석에 필요한 혈액 정보로서 동맥혈의 산소분압와 이산화탄소분압, pH, 적혈구 용적율 등은 검체를 가스 분석하여 얻는다. 호흡가스 정보는 흡기가스와 호기말 가스의 산소와 이산화탄소 분압이 필요한데 이는 호흡가스 분석을 통하여 획득한다. 전산해석의 결과로 얻는 변수로는 폐포 가스와 혼합정맥혈액의 산소와 이산화탄소 분압, 사강율, 션트율 등이 있다. 전산 해석은 3종류의 서브모델 해석을 거쳐 얻는다. Model I은 혼합정맥혈액과 흡기 가스의 산소와 이산화탄소 분압을 입력값으로 사용하여 질량 평형 방정식을 풀어서 산소-이산화탄소 도식을 구하는 모델이다. Model II은 션트와 사강을 가진 불완전한 폐의 가스교환을 모사하기 위해 동맥혈액과 호기말 가스의 산소와 이산화탄소 분압을 입력변수에 추가 하여 산소-이산화탄소 도식을 구하는 모델이다. Model III는 Model II 에서 입력 변수로 사용되었던 혼합정맥혈액의 데이터를 출력 변수로 전환하여 이를 예측하는 방법이다. 본 연구에서는 Model III의 해법을 위하여, Model II 의 방법을 반복적으로 응용하여 호흡 관련 방정식을 푸는 방법을 제시하였다. 이 방법의 정확성은 중환자실에서 기계 호흡을 하는 중환자들로부터 얻은 임상 측정값과 비교함으로써 확인하였다.
