专利文献中颅内压监护及测量方法的进展

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1、专利文献中颅内压监护及测量方法的进展孙英伟陈延航V李钰绩颅内压(IntracranialPressure,ICP),是神经外科临床和科研的重要观测指标.颅内压通常是以脑室内压为代表,可在椎管蛛网膜下腔经腰椎穿刺渊得,也可由硬脑膜外测得.颅内压增高与颅脑多种重要疾病直接相关,如脑水肿,脑肿瘤,脑外伤等.一般是由颅内容物的体积增加或颅内发生占位性病变而引起【1.颅内压的变化还与颅腔空间的代偿功能有关.因此,颅内压作为神经外科临床和科研的重要观测指标一直受到神经外科临床和科研人员的重视.颅内压的测量经过多年韵临床实践和科学研究已经取得了很大发展,本文根据近年来国内外有关专利文献,综述了颅内压监护及测

2、量的方法,装置的进展情况.脑室内压和腰穿蛛网膜下腔压测量的器械及仪器最早期的颅内压测量方法,是通过穿刺针从脑室或腰椎导压,用带刻度的”u”形管测量其压力值.这种方法破坏了颅脊腔的闭合性.使部分脑脊液流失,因而影响颅内压的测量.使测量结果不精确,只能测得颅内压的瞬时相对值.孙在库_2的密闭式脑压计,使颅内压测量不破坏颅脊腔的闭合性,提高了颅内压测量的准确性,并解决了高颅压引起的脑疝问题.为解决交叉感染问题及更精确地读出颅内压数据,很多发明人在颅内压的穿刺部位和数据读出方面进行了改进uj,如采用一次性细管进行读数,采用压力表读数等.在穿刺针方孙英伟,阵延航,李锰绩航天医学工程研究所,北京10009

3、4本文于19970822收到,19971030修回6j;面,发明者也进行了深入研究l5?.随着传感技术和仪表技术的发展及应用.发明者们采用电子仪表方式更精确地测量和显示颅内压的压力值【7,他们采用穿刺针导出颅内压信号,经压力传感器件将其转换为电信号,然后经放大编码,在显示装置上显示出颅内压数值,并相应扩展了引流监护和自动报警功能.有创式硬脑膜外压测量设备颅内压测量的三种指标中,脑室内压和腰穿蛛网膜下腔压测量因直接进入脑脊腔,因而便于进行引流,但容易引起感染.而硬脑膜外压测量则便于进行长时间颅内压监护.近年来,很多发明者在硬脑膜外压测量方法.特别是在传感技术方面进行了深入的研究.一般硬脑膜外压的

4、测量主要由压力抬出部件,信号放大输出设备及二者之间的联接三个部分组成,下面就这三个部分的研究进展进行说明.压力自诹部件有创式硬脑膜外压测量的压力拾取部件一般经颅骨钻孔放在硬脑膜外.分为直接换能型和压力传导型两种.直接换能型是使传感器的换能器件直接与硬脑膜接触.将压力信号转换成电信号.直接换能型压力拾取部件一般可分为有源和无源两种;压力传导型测量是通过某种媒质将压力导出体外的换能器件上,进行信号转换及处理.在各国专利中公开了多种无源直接换能型压力拾取部件_l-14,23,ServersonG.R公开了他发明的一种换能器_l,这种换能器用金属膜片感受压力,压力使金属膜片变形,使两层金属膜片问的电容

5、发生变化,造成感容电路(LC)上电磁信号的变化.John.G.Chubbuck在他的发压一是啡冁一隧声状硒杰复右蕊舯压及航天医学与医学工程第l1卷明中也公开了这种利用LC电路进行测压的无源换能器.BrianD.McKean在他的专利中公开了另一种无源电磁感应式的直接换能型传感器_1.他将两块磁性材料分别植入硬脑膜外和颅骨外,压力变化使磁性材料间的相对位置发生变化,因而产生磁场的变化,通过磁感应探测器检测这些变化信号.欧洲0136054号专利中也公开了一种这样的传感器u.在4231376号美国专利中公开了另一种无源压力换能器,其原理是:将具有放射性的材料放入颅骨内,压力变化推动放射性材料的移动.

6、使放射性的大小发生变化,用探测放射性大小,来测得压力值.另一种直接换能型压力拾取装置为有源的,一般是利用压阻式或压电式敏感元件在受压时阻值或电信号发生变化的原理制成的很多发明者在这种换能器的小型化,零漂补偿及外形,固定等方面进行了研究“-22】.在PCTWO91/12767专利中公开了另一种有源测压系统,它是通过一种光传感器来探测压力的,通过光纤传导信号至仪器部分进行信号处理.压力拾取装置的另一大类为压力传导型,一般是通过某种介质如气体,流体将压力信号直接导出体外设备中的换能器中,转换为电信号后进行信号处理.这种方法的优势在于对换能器的体积和电性能要求低,有足够的余地提高换能器的性能指标,并提

7、高了电气安全性.美国专利4114603中公开了利用这种方法的一种设备1,采用前端开槽的管子,插入颅内硬脑膜部位,管子内充满液体传导压力,来测量颅内压.由于流体传导存在着液面差的影响,所以现在市场上的产品,如北京航天医学工程开发公司,德国Spirberg公司的产品都采用气体传导,取得了很好的测量效果.信号导出及信号处理设备随着电子仪器仪表工业的发展,特别是近年来微型计算机的发展,有关颅内压信号的显示,处理技术也不断发展.从早期的带刻度的玻璃管2发展为压力表显示J,又发展到用简单的电子显示及报警仪器进行压力显示的情况报警8_.?16,0?.?,目前已发展到采用计算机技术进行ICP信号处理及显示_2

8、.为医护人员进行临床诊断和科学研究提供了更完善的手段.病人与仪器(拾压部件与仪器)之间的连接近年来向无线方式发展.一般地说.有源传感器和介质导压型颅内压测量采用的是有线连接方式;其他方式的颅内压测量则多数采用无线连接.有源型传感器一般需要由主机提供电源,因此采用线的电连接,这种连接在电气安全方面需要进行必要的防护;介质导压方式虽然一般不存在电气安全问题,但需要有管路将病人与仪器连接,以保证压力传导系统的密闭性.在前面所述的LC回路式换能器【l1?,磁感应式换能器【1和放射性换能器H0中,发明者都采用了无线连接的方式,即信号通过无线的方式传递给分析设备.但这种无源式换能器由于发射功率小,信号传递

9、距离短,因此不能彻底达到遥测的目的.1986年,Albert等人发表了有关颅内压遥测的研究结果,他们将有源半导体换能器,电池及射频发射器用适于人体组织的材料封装,利用控制手段使换能器间断式工作以节约电力.将上述组件植入人体相应部位之后,压力信号被转换为电信号后以脉冲码形式利用射频发射出去,然后利用体外的射频接收器接收信号并进行处理,以达到遥测的目的.这种植入式换能发射装置耗电仅0.4mW,由于采用了间断式工作方式,可在人体内工作一年以上.无创式颅内压监护前面所述的各种ICP测量及监护的设备的测量方式都是有创的,需进行脊髓穿刺,脑室穿刺,或颅骨钻孔.因此,为使ICP诊断手段更广泛地应用于一般临床

10、检查及功能性检查,减小对患者的损伤,近年来很多发明者进行了无创ICP监护的研究.1980年,JobnA.Alloeea在专利中公开了第3期孙英伟等专利文献中颅内压监护及测量方法的进展233一种无创监护颅内压的方法及设备l2,其原理是将颈静脉与脑组织认为是一个系统,在这个系统中的血流大小与其两端压力成正比,与其内部阻力成反比.当阻力无穷大时,血流为零,此时体外测得的静脉压与颅内压具有恒定盯关系.即:体外静脉压=血管内压+颅内压,因此在阻塞血管的同时测量颈静脉压,可反映出颅内压的高低.John等人通过动物实验模型总结出了颈静咏压在阻塞后5s内的变化值(变化斜率)与颅内压的关系.这样通过无创电磁流量

11、计测量血流变化情况(斜率)及用其它常规的无剖方法测量阻塞后的颈静脉压力,即可估计出颅内压值.1986年,JohnG.Rosenfeld在专利中公开了另一种估测颅内压的无创方法l2.他认为脑视觉诱发电位的第二负向渡(N2波)的延迟时间与颅内压具有直接关系.因此他们采用了一种微电脑装置.进行视觉刺激并测量N2波的延迟时间,然后对照N2波延迟时间与颅内压值的关系表,求得颅内压值.1989年,RobertJ.Marchbanks公开了另一种无创测量颅内压的方法_2,其原理是:在耳蜗通道畅通的情况下.颅内流体的压力可通过内耳传导到蹬骨,影响蹬骨肌的收缩.从而对中耳的机械特性和听觉特性造成影响.因此,用容

12、积流量测量装置等直接测量方法或其它非直接方法测得与蹬骨肌收缩相对应的鼓膜运动.再辅以听觉声阻抗等参数,即可根据从其它方法得到的先验关系式,求得颅内流体压力值.EdwinC.Mick在1991年,1992年的两项发明中公开了另一种方法27,28,他是根据物理学的原理进行颅内压测量的,即:固体(如骨骼)的动力学振动特性和表现,自然频率,机械阻抗,结合特性及频谱等指标是与加在这个弹性固体上的应力是相关的.颅内压的变化会造成病人颅骨应力的改变,亦即影响颅骨动力学振动特性的改变,因此通过测量颅骨的动力学指标,可分析出颅内压值对时间的变化.所以通过一个力学振荡器在颅骨的一个部位上对颅骨施加一个无刨的力学振

13、荡.以在颅骨上产生机械振动波,同时通过传感器在颅骨的另一部位测得颅骨的频率响应谱,并与激励信号的频谱共同分析比较.从而得出颅内压值.颅内压的测量和监护技术的发展趋势目前,颅内压测量和监护在方法学和各种实用技术方面都取得了较大进展.从颅内压的测量和监护技术的发展趋势来讲,有以下几个方面的特点:1,计算机和信号处理技术的全面引进:随着计算机技术的飞速发展,信号处理技术已经在生物医学信号的测量和处理方面广泛应用.那种传统的颅内压数据的简单观测的测量手段已经变得落后,取而代之的将是运用数字信号处理技术对颅内压信号进行实时数据处理和图象处理.从中提取多方面的指标参数,全方位地为医护人员和科研人员提供诊断

14、依据.2,无剖测量技术的发展:目前国内外临床上普遍应用的颅内压测量手段都是有创的,要么需要颅骨钻孔,或进行穿刺.尽管气体传导性测量技术及计算机的引入使颅内压监护的安全性,可靠性和指标方面有较大的改进和提高,但颅内压测量仍不能用于对一般病人的无创伤功能性常规检查,因而在临床上十分需要无创技术.目前已有的无创测量技术的测量精度及可信性不能令医生们满意,因此颅内压的无创测量技术将是该领域长期研究的方向.3,远距离遥测监护技术:颅内压作为脑部功能的一项重要指标,有时需要对病人进行长期监护,但目前的技术一般都为人一机相连接,或只能在近距离范围内监护.影响病人的日常生活.因此发展远距离遥测颅内压监护及测量

15、技术也必将是颅内压研究的一个方向.参考文献1石美鑫主编.实用外科学.北京:人民卫生出版社.1992:9829922孙在库.密封式脑压计CN85204989,1986,11航天医学与医学工程第1l卷13141816秦天森.林双信腰椎穿刺测压装置CNOS1286u1991,7肖强多功能医用测压引流装置.CN2121208u,1992,24246908.1981.117KappJP.CranialSell,OFAttachingDeviceandMethodforItsUse.US.patent50544971991.L0FredLetterio.SubarachnoidBoltU.SPatent1

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