CN1166129A - 反射式检查和测量体腔的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于反射式检查和测量人和动物体内的一些腔如检查气管、食道等的装置，它包括一根插入所述通道的柔性软管(1)，该软管的远端被置于待查通道的区域。一个换能器(3)将来自信号发生器(2)的驱动信号转换为在软管内传送的激励信号。通过换能器(5)接收取决于待查区中软管局部变形的响应信号并相对于激励信号对该响应信号进行分析。分析线路(4)和计算机(6)在显示检查结果的屏幕上显示出图象。

Description

反射式检查和测量体腔的装置
本发明涉及一种反射式检查和测量体腔的装置，该装置包括：一个声频信号发生器，一根远端经入口通至待查体腔的软管，至少一个与所述信号发生器相连的用于将信号发生器产生的驱动信号传送至软管的换能器，至少另一个与软管相连的用于接收来自体腔的响应信号的换能器以及一台适用于对响应信号相对于传送至体腔的激励信号进行分析的计算机。
各种用于检查和测量人和动物体内的各种腔如咽、喉、其它气管和食道、动脉等的阻塞、变形、运动等的方法已广为人知。
在各类导管检查、气胀式血管成形术等医术中采用柔软材料制成的软管形探头也是公知的。
如美国专利A-4.326.416等文献公开了利用声频瞬态激励信号根据反射作用(反射测量术)进行测量的另一种方法，该激励信号通过软管并通过病人的嘴被送至其气管中。
在由本申请公司制造的牌号为SRE2000和SRE2000PC装置中采用了基于使用非瞬态激励信号即随机或伪随机信号的另一种方法。
尤其在检查气管内的运动和检查打鼾的呼吸声时，主要放在待插入鼻或嘴中的导管内或导管上的压力换能器迄今一直在使用。这种换能器可用于测量鼻和咽喉中的压力变化、狭窄等。
显然这种技术的缺点在于测量探头必须包括很多紧密安装的且与相应设备相连的压力换能器，所述设备能在一个具有足够清晰度的显示屏上确定各被查部位的位置和压力。
公知技术还包括用光学手段对鼻、咽和其它内部器官进行检查的内诊镜检查。但是这些检查也受到一定限制，所述限制包括光学象的清晰度和尺寸、导管的尺寸以及特别是导管柔性的不足等，导管柔性不足将导致导管不适于对如打鼾的呼吸声等进行检查。
虽然对用CT和MRI扫描方法检查也有尝试，但这类检查除了时间长之外，还不能提供有效测量数据，而且完全是非动态测量。
在如上面提到的美国专利A4.326.416或Andrew C.Jackson等人在《生理学应用杂志》(J.Appl.Physiology)，43(3)：525-536页(1977年)中发表的题为“利用声学脉冲响应测量分析气道形状”(“Airwaygeometry by analysis of acoustic pulse response measurements”)的文章中也公开了用所述声学反射测量术可测量气管内的横截面面积，该横截面面积作为离开发送激励信号的换能器的距离的函数。
直接测量限制了交叉波型(cross modes)、即交叉共振(crossresonance)以及相邻腔的测量，在很大程度上还限制了这种在横截面面积内差别较大的直接测量的使用，该横截面面积是远离信号源的距离的函数。
特别是检查打鼾的呼吸声时，测量所需的瞬态或连续的声作用将妨碍直接测量的使用，这种测量在检查期间将影响病人的睡眠或者需唤醒病人，而且来自测量传声器的噪音还将引起测量误差，由嘴和咽喉形成的很大的空腔也会引起测量误差。
本发明的目的是要克服所述缺点并且为了实现所述目的本发明提供了一种如本文开始部分所提到的装置，其特征在于：从信号换能器来看，软管适合于被引入所述体腔中，其远端被置于待查区中；软管由一种薄壁软柔的塑料或弹性材料制成；该软管的近端至少装有一个与所述信号发生器相连的所述换能器，该换能器适于把来自信号发生器的驱动信号转换为可通过软管传送的激励信号并且该激励信号因软管壁变形(如果有任何变形的话)而产生送回到所述换能器的响应信号。
本发明基于下述认识：即在人体内的气管、泌尿系统等中有很多感染或病变或阻塞部位，因待查部位处或大或小的周围空腔中的共同交叉共振，难以用上述及其它已知技术进行确诊、定位和测量；并且尤其适合于使用一种非常柔软的软管，这种软管壁可以紧贴着所述通道的侧壁或者可以因某些病变、如所述部位的狭窄而产生变形。借此，本发明的测量设备可以说只能。“看见”软管的内部并准确地测出软管的内部横截面面积中的最小变形，所述横截面面积作为从发射激励信号的软管部位到出现一个或多个变形且产生响应信号的一个或多个软管部位处的距离的函数。
根据本发明的一个具体的适合的实施例，该装置的特征在于，所述软管有一个由环形壁围绕的纵向的轴向中心腔和处于所述环形壁周围的若干借助于大致为半径方向的隔离件彼此隔开的纵向通道。
通过对软管中心腔内部及对周边通道或腔的相结合的反射式测量，可以更为灵敏地在软管中确定部位/测量区域，所述区域因所述通道(气管、泌尿系统等)局部病变或阻塞而被压缩，还可以测量压缩的程度。
插入软管时，可以在软管的中心腔和/或所述通道中施加正压力或负压力或不施加压力，通过测量作为距离之函数的软管内部横截面面积而可以确定最窄区域或软管局部受压的区域。
以这种方式本方法还可以在气囊检查和在动脉硬化情况下使动脉畅通的过程中，在向气囊充气的同时检查导管端部气囊的胀大情况(横截面面积/纵向距离)。
下面结合示意图对本发明进行详细说明，其中：
图1为本发明装置的基本配置的方框图；
图2为本发明软管测量部位的局部透视图；
图3为本发明另一实施例中软管的局部透视图；
图4为图3所示软管的剖面图，该剖面与软管的轴线成直角；
图5示出了将本发明的软管放在上呼吸道中以检查病人舌后退(tongue-fallback)的情况；
图6示出了将本发明的软管放在上呼吸道中以检查病人打鼾的呼吸声的情况；以及
图7为接有气囊以用于检查动脉的软管示意图。
图1示出了本发明装置的基本配置。
标号1代表一根软管，该软管的结构下面将作说明。本身为公知的软管1的近端A连接到辅助设备上，该辅助设备用于将软管通过如病人的嘴或鼻孔插入如气管中或插入泌尿系统或动脉中(未示出)。B代表该软管的远端，将软管插入后，此端处于待查病人的体腔中。
标号2代表一个电子信号发生器，该发生器向与软管1相连的换能器3发出驱动信号。信号发生器2还将相同信号传输给信号分析处理器4。标号5代表与所述软管1相连的另一换能器。当激励信号从信号发生器2经换能器3传送到软管1的内部时，该信号在软管内传送至软管的远端，从远端再返回一个响应信号，该响应信号由换能器5接收、然后再由该换能器传送至信号分析处理器4。
信号分析处理器4与计算机6相连，借助于计算机可在显示屏7上显现出表示检查和测量结果的图象。
换能器3本身可以是任选的公知形式，例如电磁换能器、静电换能器、压电换能器等。它的作用是将来自信号发生器2的电信号转换成软管1内的激励信号。
换能器5也可以是所述任选的形式，例如一种传声器，它的作用是接收来自软管远端的声频响应信号，并将此响应信号转换成电信号再传送至信号分析处理器4。
正如从所述美国专利A-4.326.416或从Jackson的文章中所得知的那样，所述激励信号可以是一种低频频带内的瞬态信号。当使用上面所提到的SRE2000或SRE2000PC设备时，所述激励信号也可以是一种非瞬态激励信号、如一种随机信号或伪随机信号。
本发明最重要的贡献在于能确定阻塞的准确部位、并能测出什么时候发生阻塞以及阻塞持续多长时间。因此，可以将一个报警系统与该测量设备相连，以便当探头受到一段固定时间的压力后，该报警系统能进行报警。
相对于激励信号的响应信号的分析本身也属于公知技术。
图2示出了软管1的软管区B部分。本发明软管的特征是至少在软管B区该软管的远端是薄壁的。图2所示的软管是一种简单软管，即一种只有一个腔19的软管。
如后面将要说明的那样，如果软管1在所述B区内因病人的气管、食道或动脉狭窄而局部受到一个外部机械作用(如箭头F所示)，所述软管B区内的横截面的缩小将随之使响应信号变形，这种变形可在图象分析和屏幕上观察到。这种变形反映病人可能有的病变、例如阻塞。
图3示出了本发明软管的另一实施例。软管10有一个中心腔11和三个周边环形通道或腔室12、13和14。这种软管可用软塑料或弹性材料挤压而成。软管的外径可根据使用要求从如1mm至如3-4mm之间改变。包围中心腔11的壁15在软管的纵向方向上是连续的，它将中心腔11与三个周边腔室12、13、14隔开。这些腔室本身在软管的纵向方向上也是连续的并且借助于半径方向的隔离件16、17、18彼此隔开。
图4示出了在与软管轴线成直角的平面内的该软管的横截面图。
将换能器20从外侧通过外腔室12并穿过壁15而插入，使得换能器20的响应信号接收端21位于所述中心腔11中。
图4还示出了另两个换能器22、23，将它们也从外侧插入软管11的外壁并且它们的响应信号接收端24、25分别位于一个周边腔、如腔14中。
虽然图4中的截面图示出了两个放在该截面内(图中示出的平面)的换能器，但应当理解，这并不是必需的，而且例如也可以将换能器23与换能器22沿轴向错开。
图5示出了用所述软管以确定病人的所谓“舌后退”的部位并测量这种舌后退、即确定和测量病人的舌头使上呼吸道变窄的情况。
此时，将软管通过鼻孔插入气管中。在D区内病人的舌后端挤压部分软管。
图6示出了用所述软管以确定软腭(腭帆)中发生颤动的部位并测量这种颤动。
图6示出了图5所示出的情况以及腭的所述柔软部位挤压软管E区的情况。
下面说明本发明装置的操作方式。
应当记起，如本说明书的前文所提到的那样，可以利用美国专利A-4.326.416和Jackson文章中所揭示的测量技术及利用本申请公司生产的一种现有测量设备来测量体腔的横截面面积，该横截面面积作为从发出激励信号的换能器至测量部位的距离的函数。
现有技术的缺点是在检查病人的气管和肺时，交叉波型(即交叉共振)将妨碍测量；而本发明技术的主要优点在于：形成合适测量腔的软管内腔可以因例如已引入软管的通道中的狭窄处而产生变形。软管结构可以排除现有技术中所发生的交叉共振。如果通过狭窄局部影响如上所述的具有薄柔软壁的软管，那么通过这种狭窄也可以机械方式使一个或多个外腔12、13、14和/或中心腔(图2中的腔19或图3中的腔11)受到影响，所述狭窄可用测量设备直接测出。
假定软管为如图3和4所示的形状并将其如图5所示的那样插入病人的气管中。由例如舌头后端作用在软管上的机械压力可以例如影响一个外腔、如外腔14，在该测量设备中用电子技术手段可测量出这种影响，或者也可以测出对第二和第三外腔的影响。
因此，本发明可以获得“差分”定位并测量所述区的横截面面积，所述的横截面面积作为从发出所述激励信号的换能器到所述区之间的距离的函数。
如前述所提到的那样，如果只有病人气管中的外腔14受到例如舌头后端的影响，那么只有属于该腔14的换能器产生响应。
图6示出了已经提到过的待查病人腭中柔软部分的颤动、即通常所说的打鼾呼吸声的情况。E区中的颤动至少影响软管的一个外腔，测量设备可测出颤动部位并对动进行测量。
对本发明感兴趣的特殊的内科/外科手术的另一方面是检查阻塞情况，即检查如心脏处的动脉的钙化或其它病症。
图7示出了用于这类检查的本发明软管的另一实施例。
软管31的远端以本身公知的方法(用于使动脉畅通的常规导管技术)加工成一个可充胀的气囊32。借助于经纵向通道(未示出)充入软管外壁中的压力可使气囊胀大。在气囊32和软管的远端之间以公知方式加工出若干确保血流通道的开口33，在朝向软管近端的方向上与气囊32相距一段距离之处有一些用于血液循环的出口(未示出)。
在内科/外科手术中适当地暂时通过软管中断血液循环以便测量和/或扩宽的情况下，可以采用没有血液循环通道的软管，即采用既没有开口33也没有相配出口的软管。
按所述方法根据插入的软管可以确定和测量狭窄或钙化部位及扩宽部位(如果有任何这种部位的话)。
在本发明的范围内还可以制造不带所述气囊的软管，并且制造软管使其远端、即另外会安放气囊的地方具有相当薄和/或相当柔软的外壁。在本发明的范围内，可以在靠近软管近端之处设置装置(未示出)致使在该中心腔中和/或每个周边腔中产生例如流体的负压或正压。这种正压将使软管远端的所述软薄的和/或非常柔软的部分胀大。无论软管有无气囊、无论气囊胀大与否并且无论由于静脉的狭窄而压缩一个还是多个腔，本发明的测量设备均要给出所述区域中的这些情况的图象。
上面已对带有一个单独腔的软管或带有一个中心腔和几个周边腔软管作了介绍，但是带有两个轴向通道的软管或带有一个中心腔和两个、四个或例如五个周边腔的软管也在本发明的范围内。
显然可从内科/外科手术的考虑决定软管内部尺寸和外部尺寸的选择，这就是为什么要生产不同尺寸(和不同长度)的软管的原因，同时如果使用瞬态信号，该测量设备决定了频率上限及其它物理参数。
如果将本发明的软管用于检查呼吸器官，可以通过软管入口(图1中A)和通向位于软管远端的开口33(图7)的通道向病人供给所需的空气或气体。在这种情况下，由于信号传送时间不同，在该测量设备中用电子学方法可将来自例如一个或几个周边腔的响应信号与来自肺部的响应信号分开。
应用本发明的一个具体实施例已经提到过。
对睡眠时气管阻塞的人并且被描述为具有打鼾呼吸声的人而言，对这些人的准确检查一般是非常困难的，长期以来在对这些病人进行的校正手术曾多次失败。
本发明的一个非常重要的贡献是能确定阻塞的准确部位并能测出什么时候阻塞以及阻塞持续多长时间。因此，可以将本测量设备与一报警系统连接，当探头被压一定时间后报警系统可以报警。
目前进行这些检查时连接一个脉冲式血氧测量计(pulsoxymeter)(测量血液中氧浓度的仪器)。当氧浓度达到一预定值时，报警器报警。
打鼾的呼吸声本身并不危险，但在此期间由于阻塞而使病人不能呼吸。
因为不出现“鼾声”的原因或者是由于呼吸平稳气流正常地且有规律地低速吸入和呼出、或者是由于气管长时间被阻塞，这就是为什么用声学方法记录打鼾呼吸声的设备不足以安全地激励报警器报警的原因。这正是危险所在。
为了强调本发明的重要性，值得注意的是如此长时间地向肺部供氧显著增加了脑损伤和血栓形成的危险，尤其是对于较胖的老年人而言。
体内测量的优点是在测量期间病人不会因激励信号而被惊醒，同时这些测量在很大程度上并未受到鼾声的高音调声频谱的影响。
医生或护士在夜晚之前可很方便地将测量探头插入病人的鼻中，病人不必卧床。
由于反射吞咽而且可在伸出鼻外的一端毫无困难地进行连接(换能器/传声器部分)，所以可以通过鼻子自动调整“张紧”程度。
或者借助于外部传声器、如图4中的换能器22、23中之一，或者采用通过测量传声器接收的低频信号可以在测量鼾声的同时方便地同步测量发生区域。
还值得注意的是，足以能在每个腔中进行测量而且在测量时改变各腔静压力的所述测量设备(硬件/软件)还可以同提供关于向各腔表面施以反压力的组织的弹性信息。
通过在软管中施加压力，同时向中心腔和周边腔供给高达200Hz亚频带的声能，并且用声学鼻腔测量法(反射式测量)同步测量该亚频信号，在改变压力的条件下可以获得与软管壁接触的那些壁的有价值的弹性信息。
考虑到这类换能器如压电换能器在两个方面的作用、即在施加电压以提供压力信号的作用或接收压力信号并提供电信号的作用，显然可以不用图1所示的两个换能器3、5，原则上可以只用一个换能器，在这种情况下，从电子学观点考虑，应将信号发生器2设计成当其由分析单元4和计算机6操作时，该信号发生器2首先发出一个瞬态信号、然后再将响应信号传送给分析单元。如果在测量期间连续发出随机或伪随机信号作为激励信号，则应如图1所示采用两个分开的换能器。
还应补充的是本发明也可用于对前列腺、子宫等进行检查。
最后应当指出，本发明也可对其它腔进行反射式测量检查、例如在由挤压方式制造的产品中对内腔的气流进行控制，用本发明的技术可以严密地监测挤压参数，从而可以使产品、例如软管的壁保持恒定厚度。

Claims (13)

1.一种用于反射式检查和测量体腔等的装置，它包括一个声学信号发生系统、一根远端经入口通至待查体腔的软管、至少一个与所述信号发生器相连接的用于将信号发生器发出的驱动信号传送到软管的换能器、至少另一个与软管相连接的用于接收来自体腔的响应信号的换能器以及一台适用于对响应信号相对于传送给体腔的激励信号进行分析的计算机，其特征在于，从信号换能器来看，软管(1，10)适合于被引入所述腔中，其远端被置于待查区中；软管(1，10)由一种薄壁柔软的塑料或弹性材料制成；该软管的近端至少装有一个与所述信号发生器(2)相连的换能器(3)，该换能器适用于把来自信号发生器的驱动信号转换为可通过软管传送的激励信号，并且该激励信号因软管壁变形(如果有任何变形的话)而产生送回到所述换能器的响应信号。
2.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软管(1)有一个纵向的轴向中心腔(19)。
3.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软管(1)具有由一个直径方向的隔离件彼此隔开的两个纵向腔。
4.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软管(10)有一个由环形壁(15)围绕的纵向的轴向中心腔(11)和处于所述环形壁(15)周围的若干借助于大致为半径方向的隔离件(16、17、18)彼此隔开的纵向通道(12、13、14)。
5.一种如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述软管(1)有三个纵向通道(12、13、14)，从与软管(1)纵向轴线垂直的剖面来看，所述通道大致呈圆弧形且在所述隔离件(16、17、18)之间它们具有大体相等的倾斜距离。
6.一种如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，软管(1)的近端(A)适于与用来将软管(1)插入所述体腔的辅助设备相连。
7.一种如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述软管(1)的近端具有装置以便在一个或多个中心腔和/或在每个腔中产生相对于环境压力的负压或正压。
8.一种如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述软管(1)的近端装有所述一个或多个换能器，以便将来自所述信号发生器的驱动信号传送给所述一个和/或多个中心腔和/或所述几个通道中。
9.一种如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，至少在所述软管(1)的部分长度上、优选地是在软管的远端至少有一个外壁柔性提高的区域(B)。
10.一种如权利要求9所述的装置，其特征在于，通过使外壁局部壁厚更薄而形成所述外壁柔性提高的区域(B)。
11.一种如权利要求9所述的装置，其特征在于，通过局部改变外壁材料的性质而形成所述外壁柔性提高的区域(B)。
12.一种如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述软管还具有一条纵向通道，该通道用于从位于软管远端的血液入口(33)向离所述远端一定距离的血液出口的血液循环。
13.一种如权利要求1～11中任一项所述的用于检查气管的装置，其特征在于，所述软管还有一个用于在进行检时开通气管的纵向通道。
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