一种上气道临界闭合压的测量装置及方法与流程

本发明属于实验动物的生理学指标测量领域，具体涉及一种上气道临界闭合压的测量装置及方法。

背景技术：

睡眠呼吸暂停低通气综合征是指各种原因导致睡眠状态下反复出现呼吸暂停和(或)低通气、高碳酸血症、睡眠中断，从而使机体发生一系列病理生理改变的临床综合征。阻塞型呼吸睡眠暂停低通气综合征占其中的绝大多数，其发病机制可能与睡眠状态下上气道软组织、肌肉的塌陷性增加、睡眠期间上气道肌肉对低氧和二氧化碳的刺激反应性降低有关。慢性间隙低氧的大鼠模型常用于阻塞型呼吸睡眠暂停低通气综合征的生理学研究。

上气道是由软组织结构构成的软性管腔，主要是由上气道骨性结构、上气道神经肌肉调控和气道内负压的协同作用维持其稳定性。上气道扩张肌是维持上气道口径的重要肌肉，慢性间歇低氧与上气道的反复塌陷相互影响。上气道临界闭合压是衡量上气道动力学的良好指标，它是指上气道闭合瞬间其吸入气流为零时的咽部气道内压力大小。通过测量该指标可以反应上气道可塌陷性的高低。

目前一些学者认为衡量上气道的可塌陷性的高低有助于评估阻塞型呼吸睡眠暂停低通气综合征患者病情严重程度以及治疗前后的病情变化。因此对不同病理状态下，慢性间隙低氧的大鼠上气道临界闭合压的测量，有助于更好的开展阻塞型呼吸睡眠暂停低通气综合征的上气道稳定性方面的生理学研究。

而目前并没有一种能够测量上气道临界闭合压的测量装置及方法。

技术实现要素：

本发明技术方案所解决的技术问题为，如何实现上气道临界闭合压的测量。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种上气道临界闭合压的测量装置，其用于测量在不同时点的压力与气流值，包括吸引装置1、压力采集装置2以及面罩3，所述吸引装置1通过第一管路4连接所述压力采集装置2，所述压力采集装置2通过第二管路5连接所述面罩3，在工作状态下，通过吸引装置1负压抽吸时的气流值，记录压力采集装置2中的压力值。

优选地，所述吸引装置1上设置有气流监控装置11。

优选地，所述第一管路4贯穿所述压力采集装置2并与所述第二管路5相连通。

优选地，在压力采集装置2包覆的第一管路4上，设置有压力采集接口21，所述压力采集接口21连接压差传感器22。

优选地，所述压力采集接口21的数量为3个、4个或者5个。

优选地，所述面罩3连接大鼠。

优选地，所述吸引装置1的流速在0～3l/min。

优选地，所述第一管路4与所述压力采集装置2之间的连接为粘结、卡合或者螺纹连接。

优选地，所述第二管路5与所述压力采集装置2之间的连接为粘结、卡合或者螺纹连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种上气道临界闭合压的测量方法，包括如下步骤：

a、基于所述测量装置，确定不同的气流值条件下不同的压力值；

b、基于每个不同的气流值所对应的压力值，建立相互关系{(p1，v1)、(p2，v2)、(p3，v3)………(pn，vn)}，其中，v为气流值，p为压力值；

c、基于最小二乘法，得出公式：v＝a+bp，其中，a、b为任意实数；

d、基于所述公式计算所述临界闭合压。

优选地，所述步骤a之前，包括步骤a′：通过吸引装置不断地抽吸大鼠、第一管道以及第二管道中的空气，记录不同时点的压力值与气流值。

优选地，所述步骤c包括如下步骤：

c1、将测量值vi与利用计算值a+bp1的离差的平方和作为最小依据，即

c2、当最小时，可用函数对a、b求偏导数，令所述偏导数等于零，即an+(∑pi)b＝∑vi，(∑pi)a+(∑pi²)b＝∑(pivi)；

c3、计算a、b，得出

优选地，在所述步骤d中，当气流为零时，压力值即为所述临界闭合压。

本发明通过吸引装置的负压抽吸，将大鼠口中及管道内气体抽出，并通过压力采集装置测量不同气流下的不同压力值，并通过最小二乘法，求其在气流为零时的压力值，所述压力值即为临界闭合压。本发明结构简单，使用方便，有助于更好的开展阻塞性呼吸睡眠暂停低通气综合征的上气道稳定性方面的生理学研究，具有极高的商业价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的具体实施方式的，一种上气道临界闭合压的测量装置的整体结构拓扑图；

图2示出了本发明的第一实施例的，所述上气道临界闭合压的测量装置的模块连接示意图；

图3示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种上气道临界闭合压的测量方法的具体流程示意图；以及

图4示出了本发明的第二实施例的，确定a、b实数的具体流程示意图。

具体实施方式

为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

本领域技术人员理解，本发明将通过图1至图4来对上气道闭合压的测量装置及方法进行描述，具体地，图1以及图2描述了一种上气道临界闭合压的测量装置，图3以及图4用于阐述上气道临界闭合压的测量方法，进一步地，所述测量装置优选地使用大鼠作为试验对象，可用于评价不同病理状态下大鼠上气道的稳定性，通过衡量上气道可塌陷性的高低有助于评估阻塞性呼吸睡眠暂停低通气综合正患者病情严重程度以及治疗前后的病情变化，从而有助于更好的开展阻塞型呼吸睡眠暂停低通气综合征的上气道稳定性方面的生理学研究。

图1示出了本发明的具体实施方式的，一种上气道临界闭合压的测量装置的整体结构拓扑图，而作为本发明的第一实施例，图2示出了本发明的第一实施例的，所述上气道临界闭合压的测量装置的模块连接示意图，本发明将结合图1以及图2来对上气道闭合压的测量装置进行说明，具体地，所述上气道闭合压的测量装置用于测量在不同时点的压力与气流值，本领域技术人员理解，本发明对于时点并没有过多的限制，从开始抽气时起，便开始记录，优选地记录5至10个时间点的压力与气流值。

进一步地，所述上气道闭合压的测量装置包括吸引装置1、压力采集装置2以及面罩3，所述吸引装置1为一负压吸引装置，通过负压实现抽气，所述吸引装置可限定最大流速，例如，使用一定负压进行抽气，刚开始的时候流速会很快，但随着大鼠口中以及管道中空气的逐渐稀薄，流速会越来越低，而所述吸引装置1的流速在0～3l/min，在这样的实施例中，所述吸引装置1的流速可以设定为3l/min，也可以为2l/min或者1l/min等等，但我们需要计算的是流速为零时的压力大小，故与设定多大的负压或者流量是无关的，若将压力以及流速所对应的点放在直角坐标系中，则可以看出，设定不同的负压时，其临界闭合压是相同的。

进一步地，所述压力采集装置2用于对工作状态下，吸引装置吸引空气时压力的采集，在这样的实施例中，为了使检测结果更接近实际情况，优选地设定有多个压力采集口，然后分别检测每个压力采集口的压力大小，并取平均值，得出最为接近的压力值。

进一步地，所述面罩3连接大鼠，所述面罩3的形状、大小与大鼠面部的形状、大小相适应，具体地，将所述面罩套在所述大鼠面部，并将其固定。

进一步地，所述吸引装置1通过第一管路4连接所述压力采集装置2，所述压力采集装置2通过第二管路5连接所述面罩3，所述第一管路4为一中空的连接管，所述第二管路5为一中空的连接管，进一步地，所述第一管路4与所述第二管路5相连通，所述吸引装置1通过负压抽吸带动空气从第二管路5通过所述压力采集装置进入所述第一管路4。

进一步地，在工作状态下，通过吸引装置1负压抽吸时的气流值，记录压力采集装置2中的压力值，在这样的实施例中，当各个部分连接好后，将面罩3套在大鼠面部，同时启动所述吸引装置1，吸引装置1开始负压抽吸，在所述第一管路4与所述吸引装置1的连接处附近优选地设置有一气流监控装置11，所述气流监控装置11检测实时的气流值，同时记录在此时气流值的情况下的压力值，在一个优选地实施例中，可以记录抽吸1s时的气流值以及压力值，记录抽吸1s时的气流值以及压力值，记录抽吸2s时的气流值以及压力值，记录抽吸3s时的气流值以及压力值等等。

进一步地，所述第一管路4贯穿所述压力采集装置2并与所述第二管路5相连通，本领域技术人员理解，所述第一管路4以及所述第二管路5可以是弯曲的软管，也可以是硬质管，所述第一管路4与所述第二管路5的大小、形状相适应，所述压力采集装置2为一中空结构，所述中空结构的大小、形状与所述第一管路4的大小、形状相适应，进一步地，所述第一管路4贯穿所述压力采集装置2设置。

进一步地，在压力采集装置2包覆的第一管路4上，设置有压力采集接口21，所述压力采集接口21连接压差传感器22，如图1所示，在所述压力采集接口21上开有若干小孔，所述小孔连通至所述压力采集接口21，本领域技术人员理解，若干小孔中的距离可以任意设置，而在一个优选地实施例中，每个小孔之间的距离相同，进一步地，所述压力采集接口21之间的距离相同，这样有助于更好的测量压力值，更进一步地，每个所述压力采集接口21连接压差传感器22，在这样的实施例中，每个所述压力采集接口21可以连接一个压差传感器22，所有所述压力采集接口21可以连接一个压差传感器22，这都不影响本发明的技术方案，在此不予赘述。

更进一步地，如图1所示，所述压力采集接口21的数量为3个，而在另一个实施例中，所述压力采集接口21的数量为4个，更进一步地，在另一个实施例中，所述压力采集接口21的数量还可以为5个，或者更多，本领域技术人员理解，当所述压力采集接口21的数量为3个时，优选测得压力值3个，设为pa、pb、pc，若要获得最终实际压力值，优选地将pa、pb、pc的压力值相加后除以3，即为最终的压力值，在这样的实施例中，所述压力采集接口21的数量越多，测得的最终压力值将越准确，但这要考虑到所述压力采集装置的实际大小，并不能设置过多的压力采集接口，故需要根据具体情况具体分析，

进一步地，所述第一管路4与所述压力采集装置2之间的连接为粘结、卡合或者螺纹连接，本领域技术人员理解，为了使所述第一管路内与所述压力采集装置2内的空气密封，优选地设置有密封圈，为了方便维护、更换零部件，优选地使用卡合或者螺纹连接的方式实现紧固定，为了密封效果稳定，优选地使用粘结的方式，所述连接方式同样适用于所述第二管路5与所述压力采集装置2之间的连接，在此不予赘述。

进一步地，本发明通过吸引装置1将所述第一管路4、第二管路5以及大鼠口鼻中气体吸净，使大鼠上气道达到闭合状态，并通过压力采集装置中的压差传感器，测量出实时的不同时点的压力与气流值，并通过进一步地运算，测量出上气道闭合状态下，当吸入气流为零时咽部气道压力大小，所述压力大小反应上气道可塌陷性的高低。

图3示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种上气道临界闭合压的测量方法的具体流程示意图，本领域技术人员理解，所述上气道临界闭合压的测量方法是根据上气道临界闭合压的测量装置所测得的气流值以及压力值，并作出曲线，根据最小二乘法，测得当气流为0时，压力值的大小，即为临界闭合压的数值，具体地，所述上气道临界闭合压的测量方法，包括如下步骤：

首先，进入步骤s101，基于所述测量装置，确定不同的气流值条件下不同的压力值，本领域技术人员理解，根据所述吸引装置中的气流监控装置测出所述气流值，根据所述压力采集装置中的压差传感器测出压力值，在这样的实施例中，不同时点的气流值以及压力值是不同的，进而在整个测量结果中，有多组不同的气流值以及压力值，所述每组气流值以及压力值对应不同的时点。

然后，进入步骤s102，基于每个不同的气流值所对应的压力值，建立相互关系{(p1，v1)、(p2，v2)、(p3，v3)………(pn，vn)}，其中，v为气流值，p为压力值，在这样的实施例中，假设在一次试验中，测得每个不同的气流值所对应的压力值为{5，0.1、6，0.2、7，0.35………9.5，0.55}，其中，上述集合中的数值所代表的含义即为单位条件下的气流值以及压力值，也可以是经过运算处理后的数值，进一步地，可以将上述数值建立直角坐标系进行分析，并用于后述的运算。

再然后，进入步骤s103，基于最小二乘法，得出公式：v＝a+bp，其中，a、b为任意实数，所述最小二乘法是目前的一种现有技术，主要用于通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，即为了得出公式：v＝a+bp而通过步骤s102中数值来确定a、b值的过程，得出关于v、p之间相互关系的一元一次函数，这些将在后述的具体实施例中作进一步地描述，在此不予赘述。

最后，进入步骤s104，基于所述公式计算所述临界闭合压，本领域技术人员理解，经过所述步骤s103，得出了v、p之间的一元一次函数，例如，在一个优选地实施例中，v＝-2.458+4.965p，而当气流为零时，压力值即为所述临界闭合压，即当v为0时，可以得出，所述临界闭合压为0.495。

进一步地，在所述步骤s101之前，优选地通过吸引装置不断地抽吸大鼠、第一管道以及第二管道中的空气，记录不同时点的压力值与气流值，在工作状态下，所述吸引装置中的气流监控装置测出所述气流值，所述压力采集装置中的压差传感器测出压力值，进一步地，在所述测量装置中，优选地设置有存储装置，用于记录所述测量结果，而在另一个实施例中，也可以人工进行记录。

图4示出了本发明的第二实施例的，确定a、b实数的具体流程示意图，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤s1031，将测量值pi与利用计算值a+bp1的离差的平方和作为最小依据，即本领域技术人员理解，将所述步骤s102中的集合放入到直角坐标系中时，所形成的点不在一条直线上，而本发明的目的是寻找一条最接近的，与所测得的集合中所有点离的最近的一条曲线，故而需要用到最小二乘法，而所述最小二乘法所依据的就是将测量值pi与利用计算值a+bp1的离差的平方和作为最小依据，即需要将测量值减去计算值的平方和，而所述测量值为pi，计算值为a+bp1，进一步地，即

然后，进入步骤s1032，当最小时，可用函数对a、b求偏导数，令所述偏导数等于零，即an+(∑pi)b＝∑vi，(∑pi)a+(∑pi²)b＝∑(pivi)，本领域技术人员理解，所述步骤s1032为一推导步骤，主要用于推到出a、b的取值，具体推导过程可以参考最小二乘法的相关文献，所述推到过程属于目前现有技术，在此不予赘述。

最后，进入步骤s1033，计算a、b，得出本领域技术人员理解，在执行完步骤s1032后，可以得出两个关于a、b的方程，而步骤s1033即为解得方程后，a、b的取值，更进一步地，将得出的a、b的值代入到公式v＝a+bp中，即为所述最终的公式，在这样的实施例中，a、b为已知实数，而根据步骤s104，当气流为零时，压力值即为所述临界闭合压，所述临界闭合压的计算公式为p＝-a/b，进而得出所述上气道闭合状态下，当吸入气流为零时咽部气道压力大小，所述压力大小反应上气道可塌陷性的高低。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。