一種食管靜脈曲張無創測壓系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種食管靜脈曲張無創測壓系統，包括胃鏡，還包括用于產生壓力可調節的氣流束的指壓氣流探針系統、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統的輸出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內窺管內；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作用下食管靜脈壁膜的反射光斑，所述傳像光纖經所述胃鏡活檢孔伸入所述內窺管內；所述圖像傳感器采集的食管靜脈圖像送入中央處理器中。本實用新型結構簡單，測試過程短，避免了現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測壓系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及生物醫學工程領域，特別是一種食管靜脈曲張無創測壓系統。

【背景技術】
[0002] 食管靜脈曲張是肝硬化病人一種常見的并發癥，主要由于門靜脈壓力升高導致食 道下端靜脈側枝循環開放，形成向食道內壁凸起的曲張靜脈（EV)。每年新發生率為7%，一 半左右的肝硬化患者在診斷時即已出現。其主要癥狀是EV破裂出血，每年新發生率大約為 12%，其中5%發生于小EV，15%發生于大EV。1年內EV再出血的發生率為60%，每次EV出血 后6周內死亡率為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，如何及時發現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(危險有創操作)、技術難度大(需放射介 入團隊配合)、檢測費用高昂（國內約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貼壁測壓研究的結果顯示，當EV壓力 >14mmHg時出血發生率超過39%，壓力<14mmHg時只有9%的患者發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，而與HVPG的 相關性尚無定論。人體EV壓力測定均在內鏡下進行，目前存在兩種技術，即靜脈內測壓和 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(微創)測壓技術是目前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。其基本 原理依據是：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 靜脈內壓時，靜脈壁就會發生形變。之后各國學者不斷改進此技術，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測壓及出血的預測，并獨立開發研 制了經內鏡無創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，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關系。
[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內壓。目前引 入計算機視頻處理技術后，該方法也已變得越來越客觀準確。安徽醫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的壓力，從而實現EV壓力的自動準確測量。 該系統的體內外實驗均表明，EV壓力與HVPG之間具有良好的相關性，與其他出血危險因 素之間也密切相關。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的形成和發展是一個漸進的過程，而直徑大的EV破裂 出血的危險已經迫在眉睫，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合一些輔助指標組成更為全面合理實用的預測系統，從而更深入地認 識EV產生、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，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窺圖像，不便于醫生直觀診斷；
[0009] (3).氣囊測壓時，氣囊不僅緊貼被測靜脈，也壓迫整個食管內腔，總作用力大，弓丨 起被測靜脈血管整體移動，狀態發生改變，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，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處理視頻數據，處理過程長，有的甚 至是事后處理，當發現食管蠕動影響測量數據時，來不及再次測量。 實用新型內容
[0013] 本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種食管靜脈曲 張無創測壓系統，為解決上述技術問題提供一種硬件實現基礎。
[0014] 為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種食管靜脈曲張無創 測壓系統，包括胃鏡，還包括指壓氣流探針系統、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統的輸 出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內窺管內；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窺管內；所述輸 出氣管出口端、傳像光纖束端面、所述胃鏡內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、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] 與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為：本實用新型結構簡單，避免了 現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構示意圖。

【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，還包括用于產生壓力可調節的氣流 束的指壓氣流探針系統、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統的輸出氣管1通過胃鏡活檢 孔2伸入所述胃鏡的內窺管3內；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作用下食管靜脈壁膜的反射光斑， 所述傳像光纖6經所述胃鏡活檢孔2伸入所述內窺管3內；所述輸出氣管1出口端、傳像 光纖6 -個端面、所述內窺管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產生氣流束，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生 三角波脈動氣流，從而形成周期性脈動氣壓，經輸出氣管形成指壓氣流作用于靜脈血管。輸 出氣管直徑很小（〈Φ3 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 壓力小（<15g)，因而不會干擾被測對象。指壓氣流探針系統的工作原理是：通過可調節氣 泵，產生壓力可調節的氣流束，氣流束的沖擊力對血管壁產生作用力，同時，根據在不同位 置的氣流壓力的函數關系，指壓氣流探針系統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，由指壓探針結構和流體力學理論，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，還與施壓距離h和施壓相對面 積大小Φ有關。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。
【權利要求】
1. 一種食管靜脈曲張無創測壓系統，包括胃鏡，其特征在于，還包括指壓氣流探針系 統、激光測距儀；所述指壓氣流探針系統的輸出氣管通過胃鏡活檢孔伸入所述胃鏡的內窺 管內；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窺管內；所述輸出氣管出口端、傳像光纖束端面、所述胃鏡內 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、激光測距儀均與中央處理器電連接。
2. 根據權利要求1所述的食管靜脈曲張無創測壓系統，其特征在于，所述指壓氣流探 針系統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. 根據權利要求1或2所述的食管靜脈曲張無創測壓系統，其特征在于，所述輸出氣管 直徑〈3 mm。
4. 根據權利要求3所述的食管靜脈曲張無創測壓系統，其特征在于，所述指壓氣流探 針系統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 優先權日:2014年5月26日
【發明者】張瑞, 黃飛舟, 胡成歡, 劉應龍, 劉潯陽, 聶晚頻 申請人:中南大學湘雅三醫院