静补型无创食管曲张静脉测压仪的设计

　　0　引言

　　食管曲张静脉破裂出血是肝硬化门脉高压症患者最凶险的并发症[1],前瞻性研究表明,当该处的静脉血压大于15mmHg时,出血的可能性为 78%[2],因此检测该处的血压对鉴别高危人群并制定合理的治疗方案极为重要。现在,医学上在该领域公认的方法是穿刺测压,但临床应用易出现细菌感染和 大出血。

　　1982年瑞士学者Mosimann利用呼吸压力测定原理发明了食管曲张静脉贴壁测压的新技术[3],之后各国学者致力于该技术的临床应用研究 并不断加以改进。在国外研究成果的基础上,并结合湘雅医院的临床实践,我们开发了这台无创静脉测压仪。该仪器采用TI公司的DSP芯片 TMS320LF2407作为下位机,实现控制、检测和与上位机的通信。

　　综合国外的理论研究和临床实践,我们重新设计了气路,在毛细管灌注系统的基础上增加了压力平衡室,改造了探头的结构;考虑了血管壁张力的影响,并在该系统中加入了对气泵的控制。该系统整体采用上下位机的结构,实时响应性好,操作简单。

　　1　无创测压仪工作原理与气路整体设计

　　食管曲张静脉直接突出于食管腔内,内有血液流动,食管曲张静壁很薄,对贴壁测量影响较小。由于在贴壁测量的过程中,传感器易受腐蚀,所以我们设计了如图1所示的探头,该探头的头部顶住血管壁,尾部与气箱相连,我们直接测量的是气压值,最后换算成该处的血压值。

　　如图1所示,设探头的顶端面积为S2,底端面积为S1,血压为P2,血管壁张力为T,气压为P1,则当该系统处于平衡状态时,有以下关系成立:

　　图2为无创测压仪气路整体结构,探头后端接气箱,气箱与气泵相连。测压初始时刻,探头尾部处于气缸的底部,当P1上升到打破式(1)所示的平衡 状态时,探头开始向里移动,直到探头尾部到达气孔,系统失气,探头又回到气缸底部,计算机捕捉到这个过程,从而给出血压值,这就是完成了一个测压周期。

　　因为血管壁很薄,很多文献指出,当探头运行到一定程度的时候式(2)中的C值可以忽略不计[4],但是这个结论没有得到医学界的认可。我们在做实验的时候发现,当探头运行到一定程度时,C基本是一个固定值,不同的人C值略有不同。

　　对于这个问题,国际上尚没有好的解决方案,我们这里采用静态补偿的方式,通过临床实验和统计研究得到C值(由于工艺问题,不同的探头C值略有差别),该值基本可以满足医学要求。

　　图2为无创静脉测压仪的气路结构,其中气泵、气箱和传感器1组成一个闭环控制系统,气泵接受微控制器2407的控制信号,控制气箱处于一个恒压状态,该值在测压过程根据不同的测压对象动态决定。导管内部的气压通过传感器2传给微控制器,并且最终计算出血压值。