一种食管静脉曲张无创测压系统的制作方法

一种食管静脉曲张无创测压系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种食管静脉曲张无创测压系统，包括胃镜，还包括用于产生压力可调节的气流束的指压气流探针系统、激光测距仪；所述指压气流探针系统的输出气管通过胃镜活检孔伸入所述胃镜的内窥管内；所述输出气管的入口端设有第一压力传感器；所述激光测距仪通过传像光纤获取所述指压气流探针系统作用下食管静脉壁膜的反射光斑，所述传像光纤经所述胃镜活检孔伸入所述内窥管内；所述图像传感器采集的食管静脉图像送入中央处理器中。本实用新型结构简单，测试过程短，避免了现有装置气囊与血管壁摩擦造成破裂出血的问题；测量误差小，测量结果准确可靠，且适用范围广，可以用于细小血管的测压。
【专利说明】一种食管静脉曲张无创测压系统

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及生物医学工程领域，特别是一种食管静脉曲张无创测压系统。

【背景技术】
[0002] 食管静脉曲张是肝硬化病人一种常见的并发症，主要由于门静脉压力升高导致食 道下端静脉侧枝循环开放，形成向食道内壁凸起的曲张静脉（EV)。每年新发生率为7%，一 半左右的肝硬化患者在诊断时即已出现。其主要症状是EV破裂出血，每年新发生率大约为 12%，其中5%发生于小EV，15%发生于大EV。1年内EV再出血的发生率为60%，每次EV出血 后6周内死亡率为15%?20%，其中Child A级肝功能患者为0%，Child C级肝功能患者则 高达30%。因此对于肝硬化患者而言，如何及时发现EV出血高危人群，提前预测出血倾向 并制定合理的治疗方案就显得尤为重要。各国学者试图通过内镜征、门静脉血流动力学的 超声指标、奇静脉血流量、门静脉压力、EV压力和肝静脉压力梯度（HVPG)等多种指标来预 测食管曲张静脉出血，然而预测准确率均不能令人满意。HVPG被认为是目前判断EV形成 和预测出血最好的指标。然而HVPG需颈静脉插管(危险有创操作)、技术难度大(需放射介 入团队配合)、检测费用高昂（国内约8000元/次)，难以在日常临床工作中广泛开展 [7]。而 且HVPG检测的是肝窦内压力，并不能精确反映导致食管静脉出血最直接最重要的原因，食 管静脉压力的变化。事实上，选择HVPG预测EV出血是目前难以安全、精确、便捷测量EV压 力困境之下的无奈之举。
[0003] 自上世纪50年代以来，关于EV压力的众多研究表明过高的EV压力是引起EV破 裂出血的直接因素。利用呼吸压力测定原理进行EV贴壁测压研究的结果显示，当EV压力 >14mmHg时出血发生率超过39%，压力<14mmHg时只有9%的患者发生食管静脉破裂出血。EV 压力能直接反映 EV的血流动力学状况，与血管张力和奇静脉血流量呈正相关，而与HVPG的 相关性尚无定论。人体EV压力测定均在内镜下进行，目前存在两种技术，即静脉内测压和 静脉外测压。前者通过细针穿刺曲张静脉测定压力，是公认的标准测压方法，于1951年由 Palmer首先报道。但该方法在科研和临床应用中有其致命的弱点：第一，不能重复测压；第 二，有1/3的患者可能因穿刺引起大出血；第三，穿刺测压可以引起细菌感染。所以目前该 方法已很少采用。静脉外的无创(微创)测压技术是目前EV测压研究的主流方法 [15]。1982 年瑞士学者Mosimann介绍了利用呼吸压力测定原理进行EV血管外测压的新技术。其基本 原理依据是：由于曲张静脉壁很薄而且没有外周组织支持，因此外界压迫静脉的压力等于 静脉内压时，静脉壁就会发生形变。之后各国学者不断改进此技术，一方面将气体回路中输 入的空气改为氮气以防止水蒸气凝固，另一方面将探头越做越小。中南大学湘雅三医院刘 浔阳和朱晒红的研究团队一直致力于食管曲张静脉无创测压及出血的预测，并独立开发研 制了经内镜无创性食管曲张静脉贴壁测压仪。与国外的装置相比，该仪器主要作了以下改 进：①采用单管压力平衡法测压技术，使气体输出更加平衡；②用两个高灵敏度压力和压 差传感器测定压力变化，使测量更为准确；③气敏探头测压面积仅1. 2mm使测定口径较小 的食管曲张静脉压力成为可能。该仪器经体外实验、动物实验和临床试验，以及与直接穿刺 测压的比较研究，均显示该法贴壁测压与标准压力有极好的相关关系。
[0004] 1987年瑞士学者Gertsch等在呼吸压力测定原理的基础上，利用袖带测压原理实 用新型了无创性食管曲张静脉气囊测压法。其方法是将一气囊安装在胃镜头下，一塑料导 管通过活检孔与气囊相连，导管的另一端通过三通管与一 50ml注射器及电子压力计相连。 检查时将胃镜插入食管下段，注射器注气后气囊逐渐充盈，通过透明的气囊壁可见EV。当气 囊与血管壁接触时，气囊压迫至血管壁扁平，电子压力计所记录的值就是EV内压。目前引 入计算机视频处理技术后，该方法也已变得越来越客观准确。安徽医科大学许建明和孔德 润的团队所设计的计算机视觉食管曲张压力测试系统可待实时胃镜图像、气囊压力同步采 集后，由软件单元将胃镜的视频信号和气囊压信号合成为一个视频文件。操作者只需确定 要跟踪的曲张静脉及覆盖其上气囊表面标识线，系统就会自主确定气囊压陷曲张静脉的瞬 间，再通过后期离线图像处理获得此时气囊内的压力，从而实现EV压力的自动准确测量。 该系统的体内外实验均表明，EV压力与HVPG之间具有良好的相关性，与其他出血危险因 素之间也密切相关。对于直径较大的EV而言气囊测压较准确，可以代替静脉穿刺测压，但 用于直径较小的EV气囊测压准确性则较差。
[0005] 然而，虽然以上两大类静脉外无创性测压方法均有许多体外实验、动物实验和临 床试验的相关报道，证实这两种测压方法具有临床意义和可行性。然而，首先两种方法均需 要直接接触静脉血管，在测压过程中存在医源性EV破裂出血的风险。其次二者均忽视了曲 张静脉壁在测压过程中张力的变化，而且无法克服吞咽、食道蠕动波和贲门运动等生理过 程对测量结果的影响，导致准确性不高。而且气囊测压法无法精确定位测量EV某一特征点 的压力，具有更大的局限性。由于EV的形成和发展是一个渐进的过程，而直径大的EV破裂 出血的危险已经迫在眉睫，必须尽早治疗而失去了预测的必要。因此，对于预测EV出血而 言更重要的是找到一种安全、准确、重复性好的内镜装置用于测量中、小EV的压力，再以EV 压力为核心指标并结合一些辅助指标组成更为全面合理实用的预测系统，从而更深入地认 识EV产生、破裂出血的病理生理机制。
[0006] 所以，目前存在的测压装置中，虽具有无创性的特点，但目前的装置仍有如下不 足：
[0007] (1).贴壁测压虽然无创，但属于接触式测量，测压过程包括弹出气囊、充气貼壁接 触、充压测量、收囊等过程，具有接触式测量方式的固有不便，如测试过程长、气囊与血管壁 摩擦造成破裂出血等；
[0008] (2).气囊测压时通过视频图像看到的是气囊内壁，即便气囊透明，也存在反光，吸 收光谱不一致等问题，看不到真实的生物内窥图像，不便于医生直观诊断；
[0009] (3).气囊测压时，气囊不仅紧贴被测静脉，也压迫整个食管内腔，总作用力大，弓丨 起被测静脉血管整体移动，状态发生改变，造成测量误差；
[0010] (4).气囊测压时依靠视频图像判断静脉"刚好塌陷"的状态，由于摄像镜头到静 脉塌陷处的视觉距离不确定，导致图像的放大倍数不一致，不管是靠人或计算机视觉软件 来判断"刚好塌陷"的状态都存在不确定性误差；
[0011] (5).既有装置视场都较大，对细小的曲张静脉测压困难；
[0012] (6).食管蠕动影响测量：既有装置多基于PC处理视频数据，处理过程长，有的甚 至是事后处理，当发现食管蠕动影响测量数据时，来不及再次测量。 实用新型内容
[0013] 本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种食管静脉曲 张无创测压系统，为解决上述技术问题提供一种硬件实现基础。
[0014] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种食管静脉曲张无创 测压系统，包括胃镜，还包括指压气流探针系统、激光测距仪；所述指压气流探针系统的输 出气管通过胃镜活检孔伸入所述胃镜的内窥管内；所述输出气管的入口端设有第一压力传 感器；所述激光测距仪的传像光纤通过所述胃镜活检孔伸入所述胃镜的内窥管内；所述输 出气管出口端、传像光纤束端面、所述胃镜内窥管端面的图像传感器与待测量的食管静脉 之间的距离均为7?15mm ;所述胃镜、指压气流探针系统、激光测距仪均与所述中央处理器 电连接。
[0015] 本实用新型的输出气管直径很小（〈3 mm)，指压气流探针系统作用于所述食管静 脉壁的总压力很小（<15g)，以防止干扰被测食管静脉。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型结构简单，避免了 现有装置气囊与血管壁摩擦造成破裂出血的问题；本实用新型适用范围广，可以用于细小 血管的测压。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型一实施例结构示意图。

【具体实施方式】
[0018] 如图1所示，本实用新型一实施例包括胃镜，还包括用于产生压力可调节的气流 束的指压气流探针系统、激光测距仪；所述指压气流探针系统的输出气管1通过胃镜活检 孔2伸入所述胃镜的内窥管3内；所述输出气管1的入口端设有第一压力传感器4 ;所述激 光测距仪5通过传像光纤6获取所述指压气流探针系统作用下食管静脉壁膜的反射光斑， 所述传像光纤6经所述胃镜活检孔2伸入所述内窥管3内；所述输出气管1出口端、传像 光纤6 -个端面、所述内窥管3端面的图像传感器与待测量的食管静脉7之间的距离均为 7?15mm ;所述图像传感器采集的食管静脉图像送入中央处理器8中；所述中央处理器8控 制所述指压气流探针系统产生气流束，同时利用所述激光测距仪测量获取的反射光斑计算 得到所述指压气流探针系统作用下食管静脉壁膜的凹陷量Ah，Ahikd，其中k的取值范围 为 1. 02 ?1. 12。
[0019] 本实用新型的指压气流探针系统包括充气泵9和入口端与所述充气泵连通的储 气瓶10,所述储气瓶10出口端通过管道与所述输出气管1入口端连通，且所述储气瓶10出 口端与所述输出气管1入口端之间的管道上设有气流控制阀11 ;所述储气瓶10内设有第 二压力传感器12 ;所述第二压力传感器12、充气泵9均与所述中央处理器8电连接。
[0020] 第二压力传感器实时检测储气瓶内气压匕，当匕小于设定值时，中央处理器启动 充气泵充气，以保证储气瓶有足够的气量和气压；测量时控制气流控制阀以一定周期产生 三角波脉动气流，从而形成周期性脉动气压，经输出气管形成指压气流作用于静脉血管。输 出气管直径很小（〈Φ3 mm)，作用于静脉血管壁很近(约8mm)，指压探针作用于血管壁的总 压力小（<15g)，因而不会干扰被测对象。指压气流探针系统的工作原理是：通过可调节气 泵，产生压力可调节的气流束，气流束的冲击力对血管壁产生作用力，同时，根据在不同位 置的气流压力的函数关系，指压气流探针系统采集某一位置的气流压力，从而可以计算出 其他位置的气流压力值。
[0021] 本实用新型中，储气缸容量为3L，采用厚度为3丽的钢板制成，表面经过烤漆处 理，安全气压15KG。储气缸有四个固定支架，配有橡皮缓冲安装底座。储气缸上带有安全阀， 排水阀，储气缸出气口带有油水分离器。排水阀和油水分离器需要定期做排水排污维护。
[0022] 设指压气流探针作用静脉血管壁压力值为P2，我们要求脉动气压P2大小控制范 围满足下式：
[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对应气压。
[0025] 同时第一压力传感器实时检测气压Pi，由指压探针结构和流体力学理论，我们知 道：
[0026] P2 = f (Ρ17 h, Φ ) (2)
[0027] 即施于静脉血管上的气压P2不仅主动气压Pi有关，还与施压距离h和施压相对面 积大小Φ有关。在本方案中，输出气管直径小于2 mm，约定被测静脉血管直径大于2 mm, 同时通过激光光纤测距传感器保证初始施压距离h为确定常值（=10 mm)，从而使（3-5)式 转化为：
[0028] P2 = fi (Pi) (3)
[0029] 在确定的测压操作条件下，可以通过实测试验标定的方式，获得以表格形式表达 的（3)式；这样在将来的测试中，我们可由测压传感器-1检测到得气压Pi值，再查（3)式表 格，得到静脉血管上受压值P 2。
[0030] 考查静脉血管壁受力部分，静脉血管壁质量及加速度都很小，可忽略不计，我们可 以得到力平衡方程：
[0031] P4 = P2 + P3 (4)
[0032] 其中：
[0033] P4 :为曲张静脉内压力，本实用新型的最终测量对象；
[0034] P2 :为指压气流探针作用于曲张静脉血管壁上的气压，
[0035] 由第一压力传感器测得Pi后查表得到；
[0036] P3 :为曲张静脉血管壁膜张力，
[0037] 当壁膜凹陷且凹陷量小于特征凹陷深度时为零。
[0038] 由于是采用脉动气流，式（4)中各力大小都是随时间变化的，我们应特别注意到曲 张静脉血管壁膜张力P 3方向是可正可负的，而P4、P2的方向是不变的。
[0039] 主动气流压力为0时，血管壁膜约束血管内血流，P3为正；当主动指压气流压力逐 渐增大时，匕为正且逐渐变小，直至为零；此时曲张静脉血管壁膜开始凹陷，当达到特征凹 陷深度Ah。时，己仍为零；之后，主动指压气流压力继续增加渐至MaxP 2，己跨过零点，方 向反向为负，且值逐渐变大。
[0040] 我们通过激光光纤测距传感器实时检测曲张静脉血管壁膜凹陷深度，当凹陷深度 大于零小于Λ b时，有：
[0041] P3 = 0 (5)
[0042] P4 = P2 (6)
[0043] 记录此刻第一压力传感器测量的Pi值，再查表即测得P2，由（6)式即得曲张静脉 压力值P 4。
[0044] 本实用新型的中央处理器采用OMAP-4430-lGHz双核Cortex-A9处理器。
【权利要求】
1. 一种食管静脉曲张无创测压系统，包括胃镜，其特征在于，还包括指压气流探针系 统、激光测距仪；所述指压气流探针系统的输出气管通过胃镜活检孔伸入所述胃镜的内窥 管内；所述输出气管的入口端设有第一压力传感器；所述激光测距仪的传像光纤通过所述 胃镜活检孔伸入所述胃镜的内窥管内；所述输出气管出口端、传像光纤束端面、所述胃镜内 窥管端面的图像传感器与待测量的食管静脉之间的距离均为7?15_ ;所述胃镜、指压气 流探针系统、激光测距仪均与中央处理器电连接。
2. 根据权利要求1所述的食管静脉曲张无创测压系统，其特征在于，所述指压气流探 针系统包括充气泵和入口端与所述充气泵连通的储气瓶，所述储气瓶出口端通过管道与所 述输出气管入口端连通，且所述储气瓶出口端与所述输出气管入口端之间的管道上设有气 流控制阀；所述储气瓶内设有第二压力传感器；所述第二压力传感器、充气泵均与所述中 央处理器电连接。
3. 根据权利要求1或2所述的食管静脉曲张无创测压系统，其特征在于，所述输出气管 直径〈3 mm。
4. 根据权利要求3所述的食管静脉曲张无创测压系统，其特征在于，所述指压气流探 针系统作用于所述食管静脉壁的总压力<15g。
【文档编号】A61B5/0215GK203873744SQ201420271618
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】张瑞, 黄飞舟, 胡成欢, 刘应龙, 刘浔阳, 聂晚频 申请人:中南大学湘雅三医院