CN1017963B - 气压式压力测头 - Google Patents

Abstract

一种跨在体膜上快速而准确地测量器官内的液体压力而不对该器官本身加压的气压式压力测头，此气压式压力测头包括一个通过一空心轴可活动地装到形成有一压力室的手柄上的传感器头。此传感器头界定一个通过空心轴跟压力室连通的推力管嘴位于其内的通气室。从推力管嘴排出的气体将通气室加压并施加最小的力到液体压力需要测定的体膜的上皮的部位上。通气室内的压力通过推力管嘴传递到压力室并通过一个压力传感器进行监测。

Description

本发明涉及用于测量生理液体压力的器件，具体是涉及气压式压力测头。

先有技术的气压式压力测头-也称为压力计（眼压计）-通常是压平式或力平衡式压力感测器件。压平式压力传感器通过测量压平一个在包裹着液体的表面上的预定面积所需的力而进行工作。

授予韦勃的美国专利3，714，819示出了一种有代表性的先有技术压力计。这个器件使用一个设置有由驱动该活塞的气体操纵的感测端头的气力驱动活塞。在该器件应用在其上的器官-例如一只眼-和该器件本身的感测端头之间维持着力的平衡。即是，感测端头上的膜片推靠眼睛的力等于在器件内的气体推靠驱动感测端头的活塞的力。

在授予韦勃的美国专利3，714，819中描述的气压式传感器中，用来保证读数稳定的方法是提供一个圆筒形装置给测头让后者通过气压装设在前者内进行运动，有一条泄漏途径让工作气体从汽缸通过活塞到达端头。活塞可活动地装在汽缸的一个多孔的透气轴承里，这轴承是一个多孔青铜轴套，它提供一层气体薄膜，活塞可以在气膜上面走动，摩擦很小。通过在压力室内加入一个凸缘防止自由活动的活塞脱离其支座。穿过多孔青铜轴套的气流，部分进入压力室，部分沿着活塞排入大气。在这两个通道的气流分配在跟大气相通时差不多是相等的，但是进行压力测量时就变成不相等。这个不相等是从压力室内形成的反压而形成的。这种通用型的测头也描述在“实验眼科研究”1975年20期，167至172页，沃克和兰厄姆所写的文章里。

用上述经过改进的、带有一个可自由活动的活塞的测头来测量眼睛里的液体压力，潜在的误差就变得明显。首先，活塞顶靠眼睛的运动引起眼内压力提高，即是所要测量的压力有变化。这个眼内压力的提高是由于在压力室内形成的压力作用到活动活塞的凸缘上而引起的。这个凸缘起止挡作用，阻止活塞从测头完全脱离开。施加到凸缘上的压力传送到可活动活塞的跟角膜接触的触板上。作用在此触板上的力随着在压力室内形成的压力而增加，这个压力又是眼内压力的函数，也是测头的机械增益的函数（机械增益表示眼内压力对压力室的压力的比）。先有技术测头的这个比是在0.5的等级。

由于活塞顶靠人与动物的眼睛的运动引起的对眼内压力的干扰概括在图1、2、3与4中。图1（a）至1（d）示出在使用压力传感器期间在一个人眼内部录得的压力。图1（a）与1（c）示出先有技术的气体轴承气压式测头将眼内压力提高了6mm水银柱，即是从设定的15mm水银柱的IOP（眼内压力）值升到在测头使用到眼睛上的期间的21mm水银柱。与此对比，图1（b）与1（d）示出本发明的测头只将设定的15mm水银柱的IOP提高了不到1mm水银柱。

使用先有技术测头在兔子与猫的眼睛上对其IOP的干扰更为严重，如图2（a）与2（b）分别所示。例如图2（a）示出对平均IOP为20mm水银柱的兔子，用先有技术测头使压力增高到超过30mm水银柱。

使用气体轴承气压式测头进行眼内压力测量的第二个误差源导致标定曲线有明显的弯曲（图3与4）。这是由于在眼内压力增高的情况下通过压力室的气流的流损增高了。增高的眼内压力引起一个对气流的节流作用，并且气体直接排入大气的量也因而按比例增高了。这个流损的大小，因而标定曲线的非线性的程度，跟排气通路的几何结构有密切的关系。在实践中，这是很难控制的，因而测头的曲线可能有显著的差别。

这个误差源在本发明的测头中通过排除了气体轴承的活塞装置而消 除了。图3与5示出使用本发明的测头由于消除了这种气体泄漏而导致了线性的人眼标定曲线。

因此，希望提供一种避免了先有技术器件的固有误差并提供一个快速并准确的透过体膜测量液体压力的装置的气压式压力测头。本发明满足了这些要求。

本发明是一种提供比较快速而准确的对在器官-例如眼睛或血管-内的液体压力的测量而不使该器官本身发生畸变的气压式压力测头。该测头使用一个接触着该器官但不在其上施加引进误差的力的传感器头。

本发明的气压式压力测头包括有一个界定一个压力室的空心手柄和一个可滑动地容纳在该手柄内的可伸缩的空心轴。空心轴的近端跟压力室连通但不被在该室内形成的压力所影响。一个传感器头装在空心轴的远端上，并界定一个接触面和一个腔穴，这腔穴提供一个伸展到并终止在一个在接触面内的感测孔口的通气室。此感测孔口可以有选择地用一个膜片复盖着。空心轴伸展进入此腔穴内并端接着一个基本上跟由接触面构成的平面共面的推力管咀。

在使用中，接触面放置在包围着一个器官-如眼睛-的膜上面跟它接触但不使它发生畸变。从推力管咀排出的气体的推力施加一个有限的力到贴近推力管咀那部分膜的上皮上而不使内皮的形状发生畸变。结果是，没有力施加到其压力要进行测量的体液上。这在图1（b）与1（d）内说明，在其中人眼的眼内压力在测头作用在眼睛上时被记录下来，眼内压力为15mm水银柱。可以观察到，测头使眼内压力提高不到1mm水银柱。

但是，空心轴允许传感器头相对于手柄活动，从而抵消了操作者手部活动的影响。

患者在测量液体压力过程中可以站着、坐着或仰卧着。

本发明的许多其它优点与特点将会从下面的对本发明的详细描述、 所附的示例、附图与权利要求中很容易理解清楚。

图1（a）至1（d）是一个先有技术的气压式压力测头和一个本发明的压力测头的性能数据的图解表示。图1（a）与1（c）是一个先有技术气体轴承气压式测头的性能数据的图解表示，示出了当先有技术测头接触眼睛时IOP明显增高。图1（b）与1（d）是本发明的测头的性能数据的图解表示，示出当本发明的测头接触眼睛时IOP的增高是最小的。

图2（a）与2（b）分别是用一个先有技术气压式压力测头去测量兔子与猫的眼睛的性能数据的图解表示。中间有开口的点子代表由先有技术压力测头测定的眼内压力。中间涂黑的点子代表不存在压力干扰的情况下的眼内压力的数值。这两种点子之间的压力差表示由于先有技术测头接触眼睛所引起的压力增高。数据取自“实验眼科研究”1984年39期，791至805页，哈蒙德与巴塔却基写的文章。

图3是使用一个先有技术气压式压力测头与一个本发明的压力测头的性能数据的图解表示，示出在同一人眼上使用先有技术气体轴承测头与本发明测头的标定数据的比较。

图4是使用一个先有技术气压式压力测头的性能数据的图解表示，示出设定眼内压力跟使用一个先有技术气体轴承测头在十个摘出人眼上记录所得的眼内压力的关系。结果是取自“实验眼科研究”1978年27期，17至25页，差厄姆与托梅写的文章。

图5是设定眼内压力跟使用本发明测头在十个摘出人眼上记录所得的压力的关系的图解表示。

图6（a）与6（b）是使用一个实施本发明的测头在一个坐着的有知觉的人体上所得的眼内压力的记录的图解表示。图6（a）示出在一个没有受干扰的眼睛内的眼内压力脉冲（波动），而图6（b）则示出在同一眼睛内眼内压力等于臂动脉压力的一半时的眼内压力脉冲（波动）。

图7是一个体现本发明的气压式压力测头的透视图。

图8是没有示出其余部分的沿图7的8-8平面切取的剖视图，示出体现本发明的气压式压力测头的传感器头和部分手柄的内部细节。

图9是体现本发明的传感器头的一个放大透视图。

图10是体现本发明的传感器头的另一设计方案的剖视图。

图11是体现本发明的手柄的另一设计方案的断开的剖视图。

图12是一个断开的剖视图，示出装在一个体现本发明的气压式压力测头的手柄里的可伸缩空心轴。

图13是一个断开的剖视图，示出装在一个体现本发明的气压式压力测头的手柄里的沿轴向可反向压缩的空心轴。

图14是图8的传感器头作用在眼的角膜上的断开的放大剖视图。

图15是图10的传感器头作用在眼的角膜上的断开的放大剖视图。

尽管本发明允许有很多不同形式的实施例，本发明将按优选实施例进行描绘与描述。但是应当理解到在此公开的只是作为本发明的原理的示范，并不意味着将本发明限制在所述的实施例内。

图7至9示出本发明的一个实施例-一个气压式压力测头12。这气压式压力测头12包括有一个空心长形手柄14，一个空心的、细长的并可伸缩的、具有一个伸入手柄14内的近端26（图8）的轴24，和一个装在空心轴24的远端32上的传感器头34。

手柄14在其内界定一个压力室16。一个加压气体通道18跟该压力室连通并适应于可控制地跟一个常规加压气源（未示出）连接以对压力室16加压。一个在加压气体通道18内的节流装置22将气流进行调节以在气源与压力室16之间产生一个压力梯度。这压力梯度保证了一个在器件使用时受在压力室16内形成的压力影响最小的恒定气流。节流装置22也可以设置在气源与压力室之间的另外地方，也可以取消掉。一个气体出口通道20跟压力室16连通并使之适于跟一个常规压力传感器（未示出）连通以测量压力室16内的压力。

空心手柄14还在其内界定一个阻尼室28。空心轴24伸展穿过这阻尼室。同时空心轴24通过可滑动地容纳在手柄内而可相对于手柄24伸缩，这就允许接触面36跟体膜保持比较稳定的接触，尽管操作者手部有较大的活动。空心轴24藉以伸缩的机构并不是很主要的，只要它不影响要测量的液体的压力。空心轴24的近端26跟压力室16连通。在压力室16与阻尼室28之间基本上没有气体泄漏。一个固定在空心轴24上的运动限制装置30限制传感器头34相对于手柄14的运动。一个优选的运动限制装置30是一个具有较低摩擦系数的盘（例如一个用商品名为“特氟隆”的固体囟代烃聚合物制成的盘）。因为这盘是设在阻尼室28内，流动气体不施加力于其上，因此这盘只限制传感器头34的运动但并不传递任何力量到传感器头上。

传感器头34界定一个基本上是平的接触面36和一个提供一个伸展到并终止于一个在接触面36内的感测孔口38的通气室44的腔穴。圆周通气口42设置在传感器头34上并与通气室44连通。推力管咀40是空心轴24的延续并伸展穿过通气室44。推力管咀最好跟接触表面36共面，但是也可以从由接触面36构成的平面稍为后退一点。这后退量可以达到约0.005英寸（0.013mm）。

尽管接触面36可以直接作用到体膜的壁上，但是在有些情况下不希望如此。在这些情况下，用一块通常约为5至10微米厚的、诸如光滑硅橡胶的保护膜片70不带张力地装在接触面36上。该保护膜片70用一个在这里示出为一个卡夹48的膜片夹持装置夹持就位，这卡夹在接触面后面跟圆周槽46配合。这个卡夹可以构成膜片的一部分。通气室44通过空心轴24和它的端头的推力管咀40跟压力室16连通。

图10示出一个不用保护膜片的、传感器头的另一个实施例134。推力管咀140基本上跟由接触面136构成的平面共面。

图11示出手柄的另一个实施例214。在此特定实施例中，手柄214 只界定一个压力室216，但没有阻尼室。跟压力室216连通的是可滑动地容纳在手柄214的中心孔225内的可伸缩轴224的近端226。

图12与13示出图7至9所示的空心的、细长的可伸缩轴24的另外的实施例。在图12中，轴324由互相作用的构件352、354与356组成，这些构件互相配合让轴324可以正反方向伸缩。在图13中，轴424有一个允许伸缩的可反向压缩的节段460。

本发明的器件的操作具体结合图14来描述，图14只作为示范，在图上示意地示出本发明的传感器头正在测量眼睛内的眼内压力（IOP）。从上述压力室流出的总气流通过空心轴24导向传感器头34，在那里气体从推力管咀40排出。被膜片70盖住的接触面36被放置压靠在眼睛的角膜62的上皮64上。从推力管咀出来的推力施加一个力到上皮64贴近推力管咀40的区域上。随着压力在通气室44内建立，上皮64的被感测孔口38圈住的区域内的曲度稍为减小一些，但是内皮66的曲率半径保持基本上不变。上皮64对从推力管咀40排出的气体施加一个反作用力。这个力接着在诸如图8内的室16这样的压力室内产生一个压力。装设在气体出口通道上的压力传感器测量压力室内的压力。气体通过通气口42离开传感器头34。尽管用来确定眼内压力那个区域的曲度降低了，但是由于内皮66没有被压平，眼睛的前房72（在角膜后的腔室）的形状和其内的压力不因使用压力测头而受影响。

由传感器测出的在压力室内的压力基本上相应于眼内的瞬时压力。因此眼内的压力波动可以很快被监测出来并被记录下来。这样，患者的眼睛可以被利用来作为一个适用于监测不只IOP而且也监测患者的循环系统的、“埋设”在患者机体内的传感器。要测量IOP，通过推力管咀40的气流流率就要调整到使它能够提供一个足够的推力靠着眼睛的角膜62使角膜62的上皮64的曲度降低而不将内皮66压平。在测量过程中，在通气室44内的压力，从而跟它连通的压力室内的压力，被维持在一个高于 大气压的基本上恒定的压力水平上。这样，被测头检测出的瞬时压力波动就能够很快被测出并记录下来。推力管咀40与通气室44现有的结构形状也有可能将检测出来的瞬时波动放大。特别是，已经发现增益是跟角膜接触的推力管咀40的面积的函数。对IOP的测量，最好用一个约为2至3的增益。这里所用的“增益”是指表示成IOP对在测量器件内部的压力的比的机械增益。

当传感器头134如图15所示那样使用时，即不带保护膜片，所连带的气体通道、压力室、空心轴124、通气口142、气体出口通道和压力传感器跟前述一样地工作。从推力管咀140排出的气体的推力稍为降低了贴近推力管咀140的上皮64的曲度但不影响内皮66的曲度。只有贴近推力管咀140的上皮的区域受影响。

本发明的压力测头在诊断中用来确定IOP与IOP的波动、即眼压振幅（PA），是特别有用的。

眼睛灌流压力（流过眼睛的液体的压力）的情况也可以从IOP与PA估计出来。为此目的，患者可以在测量压力的过程中采取任何的舒服位置。在这方法中，患者的眼睛的PA先在正常IOP状态下记录下来，然后将IOP提高到臂部动脉随心脏收缩所产生的压力的一半。提高IOP的便利的方法包括用一个真空装置对眼睛施加吸力，或者对上下眼睑施加指压。在这提高IOP状态下记录下PA。对其眼睛灌流压力等于或超过正常值的眼睛，在完全相同的状态下的成对的眼睛的PA数值是对称的，并且在提高IOP状态下的PA数值约为起始数值的50%。

另一方面，对患有内颈动脉狭窄的患者，眼动脉压力及眼睛灌流压力反映出来的是PA降低。如只有一只眼受影响，在完全相同状态下的一对眼睛的PA就不会是对称的。在提高IOP状态下，受影响的眼睛的PA大大低于起始数值并且可能降到零。PA为零表示眼动脉压力低于IOP。这个方法使对显示颈动脉与眼动脉的状态的眼睛灌注压力进行快速估计成 为可能。

本发明的气压式压力测头的准确度取决于保持一个几乎是恒定的气流通过传感器头。如果这个达到了，眼内压力跟压力室内的压力之间的关系就成线性关系，如图5所示。这个线性关系没有发现过存在在空气轴承压力测头中，这从图4可以看出。在图4中，眼内压力水平增高就会出现对线性的偏离。

以上的详细说明只是作为解说性的而并非限制性的。在本发明的精神和范围内还可以有其它的变化，而且内行人很快就会发现。

Claims (15)

1、一种气压式压力测头，其特征在于它含有：

一个空心长形手柄，在其内界定一个压力室、一个跟该压力室连通并适于跟一个加压气源配合工作对压力室加压的加压气体通道、和一个跟压力室连通并适于跟一个压力传感器装置连通的气体出口通道；

一个容纳在该手柄内的空心的、细长的并可伸缩的轴，该轴具有一个伸入该压力室内的近端和伸出手柄外的远端，和

一个装到该空心轴的远端上的传感器头，该传感器头界定一个用来放置在一个器官的上皮上的基本上是平的接触面、一个提供一个伸展到并终止在一个在接触面内的感测孔口的通气室的腔穴、和跟该腔穴连通的圆周通气装置；

该轴的远端伸展进入该腔穴一段固定距离并终接有一个基本上跟由该接触面构成的平面共面但不伸出该平面的推力管咀，并且

该压力室通过该空心轴跟该腔穴连通。

2、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该推力管咀从由接触面构成的平面后退一个达约0.005英寸（0.013cm）的距离。

3、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该传感器头还含有一个用来将一块可卸下的保护膜片夹持在盖着该接触面的位置上的保护膜片夹持装置。

4、按权利要求3的气压式压力测头，其特征在于该保护膜片夹持装置含有一个形成在传感器头上的圆周槽并且该保护膜片夹持装置还含有一个可拆下地跟该槽配合的一个卡夹。

5、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该空心轴可滑动地容纳在该手柄内。

6、按权利要求5的气压式压力测头，其特征在于还含有一个用来限制该传感器头相对于该手柄的运动的运动限制装置。

7、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该手柄还在其内界定一个阻尼室，该空心轴的该近端伸展穿过该阻尼室并进入该压力室。

8、按权利要求7的气压式压力测头，其特征在于该空心轴可滑动地容纳在该手柄内。

9、按权利要求8的气压式压力测头，其特征在于还含有一个跟该轴连在一起用来限制该传感器头相对于该手柄的运动的运动限制装置。

10、按权利要求9的气压式压力测头，其特征在于该运动限制装置设置在该阻尼室内。

11、按权利要求10的气压式压力测头，其特征在于该运动限制装置是一个固定到该空心轴上的一个盘。

12、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该空心轴是一个可伸缩的空心轴。

13、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该空心轴是一个可反向压缩的空心轴。

14、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于该加压气体通道包括有一个用来在该气源与该压力室间产生一个压力梯度的节流装置。

15、按权利要求1的气压式压力测头，其特征在于其传感器头含有一个一端敞开的空心圆柱体，该空心圆柱体界定一个用来放置在一个器官的上皮上的基本上是平的接触面、一个提供一个伸展到并终止于一个在该接触面内的感测孔口的通气室的腔穴、和跟该腔穴连通的圆周通气装置，该传感器头还含有一个伸入该腔穴并终接有一个基本上跟由该接触面构成的平面共面但不伸出该平面的推力管咀。

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