專利名稱：導管測量血流的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于流量測量方法，尤其是導管測量血流的方法，適用于心血管導管術場合下的血流測量。
Tanabe等曾發明將溫度傳感器裝置在導管頂部和側部，這支導管從上腔靜脈插入右心房，經過三尖瓣和右心室到達肺動脈，使導管頂部溫度傳感器和側部溫度傳感器正好分別位于肺動脈入口和右心房入口。利用熱稀釋法測量心輸出量和心臟血流。Ferek-Petric等曾發明了一種將3-4個電極分別裝置在導管頂部和側部不同位置的心臟起搏導管，這支導管從上腔靜脈通過右心房和三尖瓣插到右心室，使導管頂部電極位于右心室頂，側部電極位于三尖瓣處。由于電極附近血液的離子分布被血流速度調節，因此血流將引起過電壓密度的變化，通過電極電壓的測量可以獲得流經三尖瓣的血流速度。Segal曾發明了一種貼血管內壁的超聲導管，這種導管有一個圓弓，可以支撐血管壁，導管頂部裝置了一個多普勒偏移傳感器，并且根據多普勒效應測量血流速度。
近幾十年來，臨床血流動力學發展迅速，出現了漂浮導管術等一些醫療新技術。然而，至今臨床上都是將導管作為單一功能使用，例如壓力監測導管只用于傳遞血管或心室的壓力，留置導管只用于傳輸藥物或取樣。
導管測量血流方法所采用的裝置，包含有導管、差壓傳感器、三運放放大器、減法器、分壓器、顯示器、記錄器、電源，在導管的頂端開一個頂孔，并用一個管腔連通引導到體外的正導壓接嘴，在導管的側端開一個側孔，并用另一個管腔連通引導到體外的負導壓接嘴，導管可以是雙腔，也可以是多腔，當導管多腔時，頂端仍開一個頂孔，并用一個管腔連通引導到體外的正導壓接嘴，而側端開多個側孔，并用相應數量的管腔連通引導到體外相應數量的負導壓接嘴，這些負導壓接嘴用三通閥連接，最終成為一個負導壓接嘴，正導壓接嘴與差壓傳感器正輸入接嘴連接，負導壓接嘴與差壓傳感器負輸入接嘴連接，差壓傳感器由壓力容腔和敏感元件組成，差壓傳感器通過傳輸線與三運放放大器的輸入端連接，三運放放大器的輸出與減法器的輸入連接、分壓器的輸出與減法器輸入連接，減法器通過輸出線分別與顯示器的輸入和記錄器的輸入連接，電源分別與三運放放大器、減法器、分壓器、顯示器、記錄器連接。
三運放放大器的放大倍數限制在2-5倍，減法器正相端信號為三運放放大器的輸出信號，反相端信號為分壓器的輸出信號，減法器的放大倍數為1至∞，分壓器的分壓值可調范圍為減法器供電電源的±80％，顯示器為3-6位的熒光數碼管或液晶數碼管，電源由電池供電，減法器的輸出信號可以接入心電圖機的外接輸入接口(EXT)。
本發明利用在心血管導管術場合下，用導管進行血流測量，具有操作簡單、性能可靠、價格低廉等特點，為心血管導管術、心臟動力學研究提供一種有效的血流測量方法。適用于心功能檢測、腦代謝功能檢測等醫療場合中的血流測量。
圖2是雙腔導管截面圖。
圖3是雙腔導管原理圖。
圖4是三腔導管截面圖。
圖5是三腔導管原理圖。
圖6是腦靜脈血流圖。
實施例1參見
圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，導管測量血流方法所采用的裝置，包含有導管1、差壓傳感器2、三運放放大器6、減法器7、分壓器8、顯示器9、記錄器10、電源11，分別說明如下參見圖2、圖3，導管1的頂端和側端分別開有頂孔12和側孔13，頂孔12引導管腔19的正導壓接嘴14與差壓傳感器2正輸入接嘴17連接，側孔13引導管腔20的負導壓接嘴15與差壓傳感器2負輸入接嘴18連接，使差壓傳感器2可以接受由血流引起的差壓信號。參見圖4、圖5，導管1可以是雙腔，也可以是多腔，當導管1是三腔導管(多腔導管的一種)時，導管1的頂孔12引導管腔19的正導壓接嘴14與差壓傳感器2正輸入接嘴17連接，而兩個側孔13引導兩個管腔20和21的負導壓接嘴15，這兩個負導壓接嘴15用三通閥16連接，最終三通閥16的輸出與差壓傳感器2的負輸入接嘴18連接。
差壓傳感器2是由壓力容腔3和敏感元件4組成，其中敏感元件4可以是硅膜上單X型壓敏電阻，導管1頂端壓力和側端壓力通過導管引入到壓力容腔3中，敏感元件4將壓力容腔3分成兩個腔，這兩個腔分別與正導壓接嘴14和負導壓接嘴15連接。當正導壓接嘴14和負導壓接嘴15的壓力不等形成差壓時，則敏感元件4感受這個差壓，并通過差壓傳感器2激勵電源轉變為電信號輸出。在零差壓時，差壓傳感器2約有激勵電源40％的初始電壓輸出。
三運放放大器6是傳統的儀表放大器，對反映敏感元件4變化量的電信號進行直流放大，放大倍數限制在2-5倍，以防止放大器輸入電壓過大時，三運放放大器6飽和而產生信號阻塞現象。
三運放放大器6的輸出中包括了初始電壓和信號電壓，初始電壓是引起放大器飽和的主要根源，信號電壓中包含了反映舒張期血流的直流分量和反映射血期血流的交變分量。減法器7用于消除舒張期血流的直流分量，即放大器的初始電壓，以擴大射血期血流交變分量的測量范圍。減法器7放大倍數根據不同血流測量部位可以調節，對血流高的部位，如主動脈，放大倍數為低；對血流低的部位，如頸靜脈，放大倍數可以高。調節放大倍數有兩個目的一是在減法器7輸出不被飽和的前提下，獲得血流計最高靈敏度；二是實現差壓-電壓的歸一化處理，因此，減法器7的放大倍數為1至∞。
分壓器8為減法器7提供減數信號，分壓值是一個可調量，可調范圍為減法器7供電電源的±80％，利用分壓器8可以對整個系統的調零。
顯示器9的輸入信號來自于減法器7的輸出，用于指示由血流在導管上所產生的差壓，該顯示器9可以用A/D轉換電路以及3-6位的熒光數碼管或液晶數碼管組成，其時鐘頻率f0＝48kHz，轉換電路量程為2V。
記錄器10的輸入信號也是來自于減法器7的輸出，用于記錄由血流在導管上產生差壓的波形，該記錄器10可以用心電圖機替代，可以將減法器7的輸出接入心電圖機的外接輸入接口(EXT)。
該測量裝置的電源11采用4節2號伏特電池供電方式，心電圖機具有浮地電路，這些措施足以使漏電流限制在10μA以下，防止微電擊。
本發明的導管測量血流的方法，其工作原理是利用皮托管原理測量流量。參見圖3，雙腔導管示意圖，其中一腔的開口12在導管的頂端，另一腔的開口13在導管的側端，當密度為ρ(kg/m3)的血流迎著導管1方向流動到導管頂口12時，血流速度減至為零，表明血流在導管頂口12發生停駐現象，因此，頂口12也可稱為駐點。頂端的流體狀態壓力為p1(Pa)，流速u1＝0；當血流平行流過導管側端時，血流的流體狀態壓力為p2(Pa)，流速u2(m/s)，流速u2與血管中的血流u相同，即u2＝u，血流方向與導管軸向不能大于15°，并且血流流態保持層流，即雷諾數在102～105范圍內。根據伯努里原理，頂端的機械能與側端相等p1ρ=p2ρ+u222-----(1)]]>由(1)式可以得到血流流速(m/s)為u=u2=2(p1-p2)ρ-----(2)]]>從(2)式可以看到，血流流速u與導管頂口12、側口13兩點差壓的開方成正比。我們只要測量頂端和側端兩點的差壓即可測量血流流速u，事實上，導管頂端的壓力p1是由血流在頂端12減速運動所產生的慣性力和血管內壓力兩部分組成，而側端的壓力P2僅為血管內的壓力，因此，通過測量側端的壓力P2可測量血管內的血壓。
實施例2一例膽囊切除志愿者，年齡45歲，體重67Kg，血色素13.4g/dl。術前用魯米那鈉0.1g，阿托品0.5mg肌注。用Φ2箭牌(ARROW)雙腔導管做頸內靜脈逆行插管。用異丙酚120mg，芬太尼0.3mg，卡肌寧25mg全麻2小時。麻醉維持異丙酚8mg/Kg·h，芬太尼2μg/Kg·h，卡肌寧0.5mg/Kg·h。全程機械通氣16次/分，潮氣量750ml。術中監護ECG，尿量，SaO2，MAP。其中MAP在11.6-12.7KPa，SaO2為100％。在正常情況下，血液密度ρ＝1020kg/m3，頸靜脈血流約為50cm/s。根據(1)式估計在這個血流下約有128Pa的差壓，為此，調節三運放放大器放大倍數使量程為200Pa。記錄器為6511心電圖機，走紙速度25mm/s，零線在記錄圖的中線。
圖6為用導管記錄下來的以壓差為量度的腦靜脈血流圖。其中A組是麻醉前，B組是麻醉中，C組是復蘇中。從這個腦血流圖獲得以下幾個結果(1)在A組腦血流圖中，明顯地記錄到低頻分量的呼吸波；B組反映了在麻醉中腦代謝降低，從而腦血流也降低，所記錄到的腦血流圖為呼吸波；C組是在停止呼吸機工作，記錄到沒有呼吸波干擾的復蘇期腦靜脈血流圖。
(2)導管血流測量明顯記錄了腦血流射血的動態變化。射血周期可以從記錄紙長度和速度計算獲得17.5(mm)/25(mm/s)＝0.7s，它與心電監護的心率86次/分比較是一致的。因此，通過記錄的腦血流圖很好地看出心動周期。
(3)根據A組圖，射血流的壓差約為 160Pa。從(2)式可以獲得麻醉前頸靜脈血流約為56cm/s。這與正常值是相近的。
從圖6記錄的腦靜脈血流圖觀察，導管可以完整地記錄血流的動態變化。所記錄到的血流圖周期圖線與心動周期一致，有明顯生理學意義。導管血流測量是一種有創測量，它僅適合于在血流動力學監測或重癥監護中使用。在有創血壓測量中，將測壓導管改用雙腔導管，可以在不增加任何導管的基礎上，用一支導管完成血壓和血流兩個參數的測量。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.導管測量血流的方法，其特征是將導管(1)插入血流測量點，當血流迎著導管(1)流動時，由導管(1)管腔引導的體外正導壓接嘴(14)和負導壓接嘴(15)上可以獲得壓力差p1-p2，這個壓力差與血流有一一對應關系，通過獲得的壓力差，測得血流速度。
2.根據權利要求1所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是包含導管(1)、差壓傳感器(2)、三運放放大器(6)、減法器(7)、分壓器(8)、顯示器(9)、記錄器(10)、電源(11)，導管(1)的頂端和側端分別開有頂孔(12)和側孔(13)，頂孔(12)引導的管腔與正導壓接嘴(14)連接，側孔(13)引導的管腔與負導壓接嘴(15)連接，正導壓接嘴(14)和負導壓接嘴(15)分別與差壓傳感器(2)的正輸入接嘴(17)和負輸入接嘴(18)連接，差壓傳感器(2)由壓力容腔(3)和敏感元件(4)組成，差壓傳感器(2)通過傳輸線(5)與三運放放大器(6)的輸入端連接，三運放放大器(6)的輸出與減法器(7)的輸入連接、分壓器(8)的輸出與減法器(7)輸入連接，減法器(7)的輸出分別與顯示器(9)的輸入和記錄器(10)的輸入連接，電源(11)分別與三運放放大器(6)、減法器(7)、分壓器(8)、顯示器(9)、記錄器(10)連接。
3.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是導管(1)為雙腔或多腔，雙腔導管(1)連接體外一個正導壓接嘴(14)和一個負導壓接嘴(15)，多腔導管(1)連接體外的一個正導壓接嘴(14)和相應數量的負導壓接嘴(15)，多個負導壓接嘴(15)用三通閥(16)連接。
4.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是三運放放大器(6)放大倍數限制在2-5倍。
5.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是減法器(7)正相端信號為三運放放大器(6)的輸出信號，反相端信號為分壓器(8)的輸出信號。
6.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是減法器(7)的放大倍數為1至∞。
7.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是分壓器(8)的分壓值可調范圍為減法器(4)供電電源的±80％。
8.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是減法器的輸出信號可以接入心電圖機的外接輸入接口(EXT)。
9.根據權利要求2所述的導管測量血流方法的裝置，其特征是電源(11)由電池供電。
10.根據權利要求1所述的導管測量血流的方法，其特征是導管(1)可以同時用于測量血壓。
全文摘要
一種導管測量血流的方法與裝置，是根據皮托管原理，當流體流過導管時，在導管頂孔(12)和側孔(13)會產生壓力差，這個壓力差與流速一一對應，可以通過測量這個壓力差達到測量血流速度的目的，同時，可以通過測量側孔(13)的壓力達到測量血壓的目的。本發明的裝置包含有雙腔(或多腔)空心導管(1)、差壓傳感器(2)、三運放放大器(6)、減法器(7)、分壓器(8)、顯示器(9)、記錄器(10)、電源(11)。本發明方法操作簡單、性能可靠、價格低廉，可以測量和記錄血流的動態變化，并且可以實現血流和血壓變化的同步測量和記錄。適用于心血管導管術場合下的血流測量，可以滿足臨床和研究中血壓和血流同步測量和記錄的需要。
文檔編號A61B5/026GK1448108SQ02111219
公開日2003年10月15日 申請日期2002年3月29日 優先權日2002年3月29日
發明者包家立, 陳茂華 申請人:浙江大學