一種食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，包括胃鏡，還包括用于產(chǎn)生壓力可調(diào)節(jié)的氣流束的指壓氣流探針系統(tǒng)、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統(tǒng)的輸出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內(nèi)窺管內(nèi)；所述輸出氣管的入口端設有第一壓力傳感器；所述激光測距儀通過傳像光纖獲取所述指壓氣流探針系統(tǒng)作用下食管靜脈壁膜的反射光斑，所述傳像光纖經(jīng)所述胃鏡活檢孔伸入所述內(nèi)窺管內(nèi)；所述圖像傳感器采集的食管靜脈圖像送入中央處理器中。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，測試過程短，避免了現(xiàn)有裝置氣囊與血管壁摩擦造成破裂出血的問題；測量誤差小，測量結(jié)果準確可靠，且適用范圍廣，可以用于細小血管的測壓。
【專利說明】一種食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及生物醫(yī)學工程領域，特別是一種食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 食管靜脈曲張是肝硬化病人一種常見的并發(fā)癥，主要由于門靜脈壓力升高導致食 道下端靜脈側(cè)枝循環(huán)開放，形成向食道內(nèi)壁凸起的曲張靜脈（EV)。每年新發(fā)生率為7%，一 半左右的肝硬化患者在診斷時即已出現(xiàn)。其主要癥狀是EV破裂出血，每年新發(fā)生率大約為 12%，其中5%發(fā)生于小EV，15%發(fā)生于大EV。1年內(nèi)EV再出血的發(fā)生率為60%，每次EV出血 后6周內(nèi)死亡率為15%?20%，其中Child A級肝功能患者為0%，Child C級肝功能患者則 高達30%。因此對于肝硬化患者而言，如何及時發(fā)現(xiàn)EV出血高危人群，提前預測出血傾向 并制定合理的治療方案就顯得尤為重要。各國學者試圖通過內(nèi)鏡征、門靜脈血流動力學的 超聲指標、奇靜脈血流量、門靜脈壓力、EV壓力和肝靜脈壓力梯度（HVPG)等多種指標來預 測食管曲張靜脈出血，然而預測準確率均不能令人滿意。HVPG被認為是目前判斷EV形成 和預測出血最好的指標。然而HVPG需頸靜脈插管(危險有創(chuàng)操作)、技術(shù)難度大(需放射介 入團隊配合)、檢測費用高昂（國內(nèi)約8000元/次)，難以在日常臨床工作中廣泛開展 [7]。而 且HVPG檢測的是肝竇內(nèi)壓力，并不能精確反映導致食管靜脈出血最直接最重要的原因，食 管靜脈壓力的變化。事實上，選擇HVPG預測EV出血是目前難以安全、精確、便捷測量EV壓 力困境之下的無奈之舉。
[0003] 自上世紀50年代以來，關(guān)于EV壓力的眾多研究表明過高的EV壓力是引起EV破 裂出血的直接因素。利用呼吸壓力測定原理進行EV貼壁測壓研究的結(jié)果顯示，當EV壓力 >14mmHg時出血發(fā)生率超過39%，壓力<14mmHg時只有9%的患者發(fā)生食管靜脈破裂出血。EV 壓力能直接反映 EV的血流動力學狀況，與血管張力和奇靜脈血流量呈正相關(guān)，而與HVPG的 相關(guān)性尚無定論。人體EV壓力測定均在內(nèi)鏡下進行，目前存在兩種技術(shù)，即靜脈內(nèi)測壓和 靜脈外測壓。前者通過細針穿刺曲張靜脈測定壓力，是公認的標準測壓方法，于1951年由 Palmer首先報道。但該方法在科研和臨床應用中有其致命的弱點：第一，不能重復測壓；第 二，有1/3的患者可能因穿刺引起大出血；第三，穿刺測壓可以引起細菌感染。所以目前該 方法已很少采用。靜脈外的無創(chuàng)(微創(chuàng))測壓技術(shù)是目前EV測壓研究的主流方法 [15]。1982 年瑞士學者Mosimann介紹了利用呼吸壓力測定原理進行EV血管外測壓的新技術(shù)。其基本 原理依據(jù)是：由于曲張靜脈壁很薄而且沒有外周組織支持，因此外界壓迫靜脈的壓力等于 靜脈內(nèi)壓時，靜脈壁就會發(fā)生形變。之后各國學者不斷改進此技術(shù)，一方面將氣體回路中輸 入的空氣改為氮氣以防止水蒸氣凝固，另一方面將探頭越做越小。中南大學湘雅三醫(yī)院劉 潯陽和朱曬紅的研究團隊一直致力于食管曲張靜脈無創(chuàng)測壓及出血的預測，并獨立開發(fā)研 制了經(jīng)內(nèi)鏡無創(chuàng)性食管曲張靜脈貼壁測壓儀。與國外的裝置相比，該儀器主要作了以下改 進：①采用單管壓力平衡法測壓技術(shù)，使氣體輸出更加平衡；②用兩個高靈敏度壓力和壓 差傳感器測定壓力變化，使測量更為準確；③氣敏探頭測壓面積僅1. 2mm使測定口徑較小 的食管曲張靜脈壓力成為可能。該儀器經(jīng)體外實驗、動物實驗和臨床試驗，以及與直接穿刺 測壓的比較研究，均顯示該法貼壁測壓與標準壓力有極好的相關(guān)關(guān)系。
[0004] 1987年瑞士學者Gertsch等在呼吸壓力測定原理的基礎上，利用袖帶測壓原理實 用新型了無創(chuàng)性食管曲張靜脈氣囊測壓法。其方法是將一氣囊安裝在胃鏡頭下，一塑料導 管通過活檢孔與氣囊相連，導管的另一端通過三通管與一 50ml注射器及電子壓力計相連。 檢查時將胃鏡插入食管下段，注射器注氣后氣囊逐漸充盈，通過透明的氣囊壁可見EV。當氣 囊與血管壁接觸時，氣囊壓迫至血管壁扁平，電子壓力計所記錄的值就是EV內(nèi)壓。目前引 入計算機視頻處理技術(shù)后，該方法也已變得越來越客觀準確。安徽醫(yī)科大學許建明和孔德 潤的團隊所設計的計算機視覺食管曲張壓力測試系統(tǒng)可待實時胃鏡圖像、氣囊壓力同步采 集后，由軟件單元將胃鏡的視頻信號和氣囊壓信號合成為一個視頻文件。操作者只需確定 要跟蹤的曲張靜脈及覆蓋其上氣囊表面標識線，系統(tǒng)就會自主確定氣囊壓陷曲張靜脈的瞬 間，再通過后期離線圖像處理獲得此時氣囊內(nèi)的壓力，從而實現(xiàn)EV壓力的自動準確測量。 該系統(tǒng)的體內(nèi)外實驗均表明，EV壓力與HVPG之間具有良好的相關(guān)性，與其他出血危險因 素之間也密切相關(guān)。對于直徑較大的EV而言氣囊測壓較準確，可以代替靜脈穿刺測壓，但 用于直徑較小的EV氣囊測壓準確性則較差。
[0005] 然而，雖然以上兩大類靜脈外無創(chuàng)性測壓方法均有許多體外實驗、動物實驗和臨 床試驗的相關(guān)報道，證實這兩種測壓方法具有臨床意義和可行性。然而，首先兩種方法均需 要直接接觸靜脈血管，在測壓過程中存在醫(yī)源性EV破裂出血的風險。其次二者均忽視了曲 張靜脈壁在測壓過程中張力的變化，而且無法克服吞咽、食道蠕動波和賁門運動等生理過 程對測量結(jié)果的影響，導致準確性不高。而且氣囊測壓法無法精確定位測量EV某一特征點 的壓力，具有更大的局限性。由于EV的形成和發(fā)展是一個漸進的過程，而直徑大的EV破裂 出血的危險已經(jīng)迫在眉睫，必須盡早治療而失去了預測的必要。因此，對于預測EV出血而 言更重要的是找到一種安全、準確、重復性好的內(nèi)鏡裝置用于測量中、小EV的壓力，再以EV 壓力為核心指標并結(jié)合一些輔助指標組成更為全面合理實用的預測系統(tǒng)，從而更深入地認 識EV產(chǎn)生、破裂出血的病理生理機制。
[0006] 所以，目前存在的測壓裝置中，雖具有無創(chuàng)性的特點，但目前的裝置仍有如下不 足：
[0007] (1).貼壁測壓雖然無創(chuàng)，但屬于接觸式測量，測壓過程包括彈出氣囊、充氣貼壁接 觸、充壓測量、收囊等過程，具有接觸式測量方式的固有不便，如測試過程長、氣囊與血管壁 摩擦造成破裂出血等；
[0008] (2).氣囊測壓時通過視頻圖像看到的是氣囊內(nèi)壁，即便氣囊透明，也存在反光，吸 收光譜不一致等問題，看不到真實的生物內(nèi)窺圖像，不便于醫(yī)生直觀診斷；
[0009] (3).氣囊測壓時，氣囊不僅緊貼被測靜脈，也壓迫整個食管內(nèi)腔，總作用力大，弓丨 起被測靜脈血管整體移動，狀態(tài)發(fā)生改變，造成測量誤差；
[0010] (4).氣囊測壓時依靠視頻圖像判斷靜脈"剛好塌陷"的狀態(tài)，由于攝像鏡頭到靜 脈塌陷處的視覺距離不確定，導致圖像的放大倍數(shù)不一致，不管是靠人或計算機視覺軟件 來判斷"剛好塌陷"的狀態(tài)都存在不確定性誤差；
[0011] (5).既有裝置視場都較大，對細小的曲張靜脈測壓困難；
[0012] (6).食管蠕動影響測量：既有裝置多基于PC處理視頻數(shù)據(jù)，處理過程長，有的甚 至是事后處理，當發(fā)現(xiàn)食管蠕動影響測量數(shù)據(jù)時，來不及再次測量。 實用新型內(nèi)容
[0013] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種食管靜脈曲 張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，為解決上述技術(shù)問題提供一種硬件實現(xiàn)基礎。
[0014] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種食管靜脈曲張無創(chuàng) 測壓系統(tǒng)，包括胃鏡，還包括指壓氣流探針系統(tǒng)、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統(tǒng)的輸 出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內(nèi)窺管內(nèi)；所述輸出氣管的入口端設有第一壓力傳 感器；所述激光測距儀的傳像光纖通過所述胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內(nèi)窺管內(nèi)；所述輸 出氣管出口端、傳像光纖束端面、所述胃鏡內(nèi)窺管端面的圖像傳感器與待測量的食管靜脈 之間的距離均為7?15mm ;所述胃鏡、指壓氣流探針系統(tǒng)、激光測距儀均與所述中央處理器 電連接。
[0015] 本實用新型的輸出氣管直徑很小（〈3 mm)，指壓氣流探針系統(tǒng)作用于所述食管靜 脈壁的總壓力很小（<15g)，以防止干擾被測食管靜脈。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為：本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，避免了 現(xiàn)有裝置氣囊與血管壁摩擦造成破裂出血的問題；本實用新型適用范圍廣，可以用于細小 血管的測壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 如圖1所示，本實用新型一實施例包括胃鏡，還包括用于產(chǎn)生壓力可調(diào)節(jié)的氣流 束的指壓氣流探針系統(tǒng)、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統(tǒng)的輸出氣管1通過胃鏡活檢 孔2伸入所述胃鏡的內(nèi)窺管3內(nèi)；所述輸出氣管1的入口端設有第一壓力傳感器4 ;所述激 光測距儀5通過傳像光纖6獲取所述指壓氣流探針系統(tǒng)作用下食管靜脈壁膜的反射光斑， 所述傳像光纖6經(jīng)所述胃鏡活檢孔2伸入所述內(nèi)窺管3內(nèi)；所述輸出氣管1出口端、傳像 光纖6 -個端面、所述內(nèi)窺管3端面的圖像傳感器與待測量的食管靜脈7之間的距離均為 7?15mm ;所述圖像傳感器采集的食管靜脈圖像送入中央處理器8中；所述中央處理器8控 制所述指壓氣流探針系統(tǒng)產(chǎn)生氣流束，同時利用所述激光測距儀測量獲取的反射光斑計算 得到所述指壓氣流探針系統(tǒng)作用下食管靜脈壁膜的凹陷量Ah，Ahikd，其中k的取值范圍 為 1. 02 ?1. 12。
[0019] 本實用新型的指壓氣流探針系統(tǒng)包括充氣泵9和入口端與所述充氣泵連通的儲 氣瓶10,所述儲氣瓶10出口端通過管道與所述輸出氣管1入口端連通，且所述儲氣瓶10出 口端與所述輸出氣管1入口端之間的管道上設有氣流控制閥11 ;所述儲氣瓶10內(nèi)設有第 二壓力傳感器12 ;所述第二壓力傳感器12、充氣泵9均與所述中央處理器8電連接。
[0020] 第二壓力傳感器實時檢測儲氣瓶內(nèi)氣壓匕，當匕小于設定值時，中央處理器啟動 充氣泵充氣，以保證儲氣瓶有足夠的氣量和氣壓；測量時控制氣流控制閥以一定周期產(chǎn)生 三角波脈動氣流，從而形成周期性脈動氣壓，經(jīng)輸出氣管形成指壓氣流作用于靜脈血管。輸 出氣管直徑很?。ā处? mm)，作用于靜脈血管壁很近(約8mm)，指壓探針作用于血管壁的總 壓力?。?lt;15g)，因而不會干擾被測對象。指壓氣流探針系統(tǒng)的工作原理是：通過可調(diào)節(jié)氣 泵，產(chǎn)生壓力可調(diào)節(jié)的氣流束，氣流束的沖擊力對血管壁產(chǎn)生作用力，同時，根據(jù)在不同位 置的氣流壓力的函數(shù)關(guān)系，指壓氣流探針系統(tǒng)采集某一位置的氣流壓力，從而可以計算出 其他位置的氣流壓力值。
[0021] 本實用新型中，儲氣缸容量為3L，采用厚度為3麗的鋼板制成，表面經(jīng)過烤漆處 理，安全氣壓15KG。儲氣缸有四個固定支架，配有橡皮緩沖安裝底座。儲氣缸上帶有安全閥， 排水閥，儲氣缸出氣口帶有油水分離器。排水閥和油水分離器需要定期做排水排污維護。
[0022] 設指壓氣流探針作用靜脈血管壁壓力值為P2，我們要求脈動氣壓P2大小控制范 圍滿足下式：
[0023] 0 < P2 < Max P2 (1)
[0024] 式中Max P2是使血管壁膜凹陷量大于特征凹陷深度對應氣壓。
[0025] 同時第一壓力傳感器實時檢測氣壓Pi，由指壓探針結(jié)構(gòu)和流體力學理論，我們知 道：
[0026] P2 = f (Ρ17 h, Φ ) (2)
[0027] 即施于靜脈血管上的氣壓P2不僅主動氣壓Pi有關(guān)，還與施壓距離h和施壓相對面 積大小Φ有關(guān)。在本方案中，輸出氣管直徑小于2 mm，約定被測靜脈血管直徑大于2 mm, 同時通過激光光纖測距傳感器保證初始施壓距離h為確定常值（=10 mm)，從而使（3-5)式 轉(zhuǎn)化為：
[0028] P2 = fi (Pi) (3)
[0029] 在確定的測壓操作條件下，可以通過實測試驗標定的方式，獲得以表格形式表達 的（3)式；這樣在將來的測試中，我們可由測壓傳感器-1檢測到得氣壓Pi值，再查（3)式表 格，得到靜脈血管上受壓值P 2。
[0030] 考查靜脈血管壁受力部分，靜脈血管壁質(zhì)量及加速度都很小，可忽略不計，我們可 以得到力平衡方程：
[0031] P4 = P2 + P3 (4)
[0032] 其中：
[0033] P4 :為曲張靜脈內(nèi)壓力，本實用新型的最終測量對象；
[0034] P2 :為指壓氣流探針作用于曲張靜脈血管壁上的氣壓，
[0035] 由第一壓力傳感器測得Pi后查表得到；
[0036] P3 :為曲張靜脈血管壁膜張力，
[0037] 當壁膜凹陷且凹陷量小于特征凹陷深度時為零。
[0038] 由于是采用脈動氣流，式（4)中各力大小都是隨時間變化的，我們應特別注意到曲 張靜脈血管壁膜張力P 3方向是可正可負的，而P4、P2的方向是不變的。
[0039] 主動氣流壓力為0時，血管壁膜約束血管內(nèi)血流，P3為正；當主動指壓氣流壓力逐 漸增大時，匕為正且逐漸變小，直至為零；此時曲張靜脈血管壁膜開始凹陷，當達到特征凹 陷深度Ah。時，己仍為零；之后，主動指壓氣流壓力繼續(xù)增加漸至MaxP 2，己跨過零點，方 向反向為負，且值逐漸變大。
[0040] 我們通過激光光纖測距傳感器實時檢測曲張靜脈血管壁膜凹陷深度，當凹陷深度 大于零小于Λ b時，有：
[0041] P3 = 0 (5)
[0042] P4 = P2 (6)
[0043] 記錄此刻第一壓力傳感器測量的Pi值，再查表即測得P2，由（6)式即得曲張靜脈 壓力值P 4。
[0044] 本實用新型的中央處理器采用OMAP-4430-lGHz雙核Cortex-A9處理器。
【權(quán)利要求】
1. 一種食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，包括胃鏡，其特征在于，還包括指壓氣流探針系 統(tǒng)、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統(tǒng)的輸出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內(nèi)窺 管內(nèi)；所述輸出氣管的入口端設有第一壓力傳感器；所述激光測距儀的傳像光纖通過所述 胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內(nèi)窺管內(nèi)；所述輸出氣管出口端、傳像光纖束端面、所述胃鏡內(nèi) 窺管端面的圖像傳感器與待測量的食管靜脈之間的距離均為7?15_ ;所述胃鏡、指壓氣 流探針系統(tǒng)、激光測距儀均與中央處理器電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，其特征在于，所述指壓氣流探 針系統(tǒng)包括充氣泵和入口端與所述充氣泵連通的儲氣瓶，所述儲氣瓶出口端通過管道與所 述輸出氣管入口端連通，且所述儲氣瓶出口端與所述輸出氣管入口端之間的管道上設有氣 流控制閥；所述儲氣瓶內(nèi)設有第二壓力傳感器；所述第二壓力傳感器、充氣泵均與所述中 央處理器電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出氣管 直徑〈3 mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的食管靜脈曲張無創(chuàng)測壓系統(tǒng)，其特征在于，所述指壓氣流探 針系統(tǒng)作用于所述食管靜脈壁的總壓力<15g。
【文檔編號】A61B5/0215GK203873744SQ201420271618
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】張瑞, 黃飛舟, 胡成歡, 劉應龍, 劉潯陽, 聶晚頻 申請人:中南大學湘雅三醫(yī)院