外文翻译-用于食管压力实时监测的高压球囊导管

XX 工 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：机械工程学院专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：外文出处：Electronics, Circuits and Systems, 2002. 9th International Conference (用外文写)附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语： 年月日签名： 注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文 用于食管压力实时监测的高压球囊导管摘要本文介绍了一个新的食管测压导管，通过把成熟应用的高压测量感应球囊和外部压力传感器链接起来实现。也被描述为一个实时压力监测的信号处理和数据采集系统。为了测试的新的整体式空气球囊设计的敏感度，我们设计了食管动力模拟实验装置。结果表明，完备的空气球囊导管适用于测量各种在食管发生运动病症时的典型波形。1.引言食管功能失调是病患求医的50大原因之一。为了诊断这些病症，人们发明了食管压力测量仪器来测量食管括约肌和食管壁的机械运动。通过分析这些数据的压力变化，临床医生可以识别并对各种食管疾病。当今有两种导管技术用来进行食管测压，“灌注法”和“固态法”。尽管“灌注法”已经广泛的开始应用于食管测压。但这种技术仅限制于静态测压研究，而且需要富有经验的技术人员进行实验室测试。再者，由于需要稳定水流的利用，这些导管不适合长周期或24小时动态监测。另一方面，固态应变导管，可以实现24小时动态监测的功能，但固态应变导管在空气和液体上，压力对比于直接测量压力，只有很低的灵敏度。很多年来，空气球囊压力感应导管已经应用于与很多方面，但很少有研究利用该技术在食管测压上的。在1967年，一个权威大师建议用一个注满液体的球囊来测量括约肌的压力。但是，由于这些球囊的直径和材料限制，测量结果并不是线性的。在本研究中，我们提议借着近年来科学技术在精确信号采集和先进球囊材料技术的进步来克服当年权威大师设计的局限性。本次研究的目的是收集数据和测试实验，来证明此自容式高压空气球囊导管有着“灌注法”球囊的灵敏度和“固态法”球囊的便携性。2.材料和系统设计2.1工作原理一个标准的规格的管子外部末端连接外部压力传感器，内部连接一个总是高压感应球囊。感应球囊周围的压力会压缩空气进入球囊，而导管中的压力将会和球囊感应区域的压力对等或成比例。因此，食管内部的压力可以被测量出来。同样的，对于灌注球囊和固态球囊，我们可以通过分析压力传感器产生的电信号来分析食管的蠕动。2.2设计材料为了检测自容式空气球囊设计的可行性，我们用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）做了一个单通道高压球囊，用聚氯乙烯（PVC）做了一个管子。我们又设计了一个750mm长的导管雏形和一个直径为8mm，长度为20mm的球囊。这个导管雏形是由Advanced Polymers生产的。2.2.1高压球囊使用高压球囊的优势包括：壁薄、拉伸强度高、延伸率相对较低。此外，高压球囊可以在去除外部压力后返回原状，也就是说，它不会表现出机械滞后性。在众多的球囊材料中，由于可能以后需要定制不同面积形状尺寸的球囊，所以我们用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）来完成现在的设计。球囊的壁厚范围从0.0406到0.0483mm，使其在食管内部周围的压力感应非常灵敏。2.2.2外部压力传感器我们用压阻式集成压力换能器SXOSG2装在自容式空气球囊导管上，其测量范围为0到600mm的汞柱。换能器的传感器部分连接到前段的空气球囊导管，并置于人体外部。换能器的输出电压是可调的，且可进行数字化处理并可视。换能器的偏移补偿是由生产商在大气压101kPA和室温22下进行设定的。2.3系统设计我们采用基于计算机的多通道测量系统（DAQCard 1200，美国国家仪器公司，美国德克萨斯州奥斯汀）使用定制的数据采集和监控软件，胃肠道信号采集系统v.3（GAS3）。GAS3基于用户图形界面（GUI）用LabWindows/CVI语言开发的用于信号处理和监测的软件。GAS3程序包用于扫描输入数据并在电脑屏幕上实时显示时间与压力图，同时记录这些样品到一个ASC文件。由导管产生的输出电压，需要进行模拟信号的初步调制。信号被放大，以使被调制过的最大的可能电压范围，与模拟信号经过电脑基层测量系统中的模数转换器（ADC）调制后的范围一致。（图1）物理现象数据采集信号调制感应压力显示分析（GUI）图1 系统框图2.3.1食管的实验模型 为了评估填充空气的球囊的性能，我们利用食管实验模型，把导管从外部施加压力的数据和从内部施加压力的数据进行比较。我们做了一个实验，用第二个空气压力换能器SX05G2检测到的信号和内部施压的自容式空气球囊导管进行比较。图2示出了模拟食管的5ml注射器。用一个压力泵，使5ml注射器中的压力被改变，以模拟食管的蠕动。用一个双通道的测量设置，来对外部施加的压力（通道1）和内部施加的压力（通道2）进行对比。图2 用来测试自容式设计可行性的食管实验模型2.3.2模拟电压放大Semsys SX05G2 可以感应非常小的电阻变化，可以转换为毫伏范围内的电压。因此，一个电压放大器是进行可靠测量所必须的。而且这种放大也可使电压在模数转换器的输入范围之内。低功耗仪表放大器AD620用来放大SX05G2的差分信号。此8引脚的集成电路相当于常用的三运算放大器结构。有一个外部控制的电压增益的Rg，在电路中的增益定义入下：在这里G是增益电压，而Rg是外部阻抗。由于SX05G2的输出端电压范围是0到300mv，被放大后的输出信号为之前10倍，结合外部电阻Rg，经计算为5.55k。2.3.3模数转换换能器信号被放大后，模数转换器开始工作，来使信号数字化然后为进一步的数字调制做准备。由于SX05G2的输出电压一定要为正，所以电压输入范围应被设置为单级010V。DAQCard-1200的主板可执行多路复用的8通道A/D转换。双通道模拟输出的电压放大器使用一个定制的输入/输出连接器连接到DAQCard-1200。12位的A/D转换程序由GAS3软件将信号数字化在10Hz的采样率。被转换的模拟信号的分辨率为2.44毫伏，经过适当的数据缓冲后，数据将会通过传输平台，实时地被送入一台笔记本电脑中进行后续处理。3.结论3.1内部和外部施加压力都是线性的我们用空气压力的变化用来模拟测试新设计的灵敏度。一组外部压力施加到实验模型的实验。两个电压表测量两个换能器的输出，由此以便研究内部和外部所施加的压力的线性度。外部施加的压力范围为0到150mm汞柱，我们又增加了10到25mm汞柱来模拟食管蠕动。从导管雏形那里获得了10个独立的测量数据。电压表向下读取每个记录的时候都空有1到2秒的暂停。图3显示出了对自容式空气球囊导管模型的外部施加压力和内部施加压力的关系。 图3 通过实验模型获得的外部施加压力和内部施加压力3.2实时监控三种类型的波形经常出现在食管的这几个部位：食管的上括约肌波（UES），食管体波，食管下括约肌波（LES）。这些波形中的每一个都是在食管蠕动过程中通过模拟类似的压力，振幅，图样，音长来让这些波形产生的。3.2.1 UES模拟对5ml的注射器施加恒定的压力（大约58mm汞柱）2秒钟，来模拟UES的静息压。之后，将压力降低到0周围来模拟UES的松弛。在UES松弛大约持续了2s以后，压力升高到70mm汞柱来模拟UES的收缩蠕动。一张一弛的模拟后，压力再次回到58mm汞柱，图4展示了测量所施加的外部压力（通道1）和内部压力（通道2）的导管压力测试中，两个换能器的测量输出。3.2.2食管体部的模拟采用类似的模拟来进行食管体部的波形模拟。压力保持在0mm汞柱来模拟食管体部在松弛时的情况。然后，施加75mm汞柱的压力到实验装置上持续一秒钟，图5展示了一个典型的例子，是感应系统中关于外部施加的压力（通道1），和导致的的内部压力（通道2）来模拟食管体部的收缩。图4 压力计所呈现的GAS3程序中的UES图样。通道1描绘的是外部压力；通道2描绘的是最终内部压力。图5 在实验模型中进行的食管体部测压显示4.讨论通过控制外部压力从0到150mm汞柱在食管模拟模型上，对自容式空气球囊导管的测试，显示出外部压力和测量的内部压力之间有着很强的关联性。一个来自导管雏形的几乎线性的关联让我们得到了一个线性方程。Pa表示外部压力，Pi表示得到的内部压力。尽管外部施加的压力和最终得到的球囊导管中内部压力不是以一个1:1的比例，但实验中显示出了良好的线性关系。内部压力显示出低于外部压力的比例为0.777，这可能与实验中注射器的漏气有关，这这种限制可以被更好的密封材料的使用所克服。而显示出的零点偏移2.86mm汞柱表明，由于此偏移量，导管无法测量低于此偏移量的最小值。5.总结目前的研究表明，自容式空气球囊导管系统是可以测量模拟的食管蠕动的。换能器上执行的定量测试方法表明有足够的线性响应。同时注意到内部压力信号的零点偏移可以被施加在球囊上的初始压力所解决。自容式空气球囊导管的设计是很灵活的，成本低而且灵敏度高。这种全新的设计可以同时测量食道壁和肛门括约肌的压力。根据需要应用的区域的长度，可在球囊上组装相应的套筒导管。和灌注导管和固态导管的成本相比，这种新的设计毋庸置疑要比前者便宜。正如实验中所显示的，自容式空气球囊导管可以用来测量压力范围在0到150mm汞柱之间的压力，这正是食管的典型压力。因此，如用此导管测量食管的压力是切实可行的。6.参考文献1 M.R. Spieker, “Evaluating Dysphagia,” American FamilyPhysician, vol. 61, pp. 2639-48, 2000.2 D. Kumar and S. Gustavsson, An Illustrated Guide toGastrointestinal Mof&y, Hun Wiley & Sons, Gustavsson,Sven, UK, 1988.3 C. Stendal, Practical Guide to Gastrointestinal FunctionTesting, Blackwell Science Ltd, Malden, MA, USA, 1997.4 C.E. Pope, “A dynamic test of sphincter strength: itsapplication tu the lower esophageal sphincter,” The AmericanJournal of Gastroenterology, vol. 51, pp. 779-86, 1967.5 D. Hering, M. Haude, G. Caspari, D. Baumgart and R.Erbel, “Influence of High-pressure Versus Low-PressureBalloon Angioplasty on Postinterventional LuminalDimensions,” Zeitschrifl fur Kardiologie, vol. 85, no. 4, pp.273-81, 1996.6 Analo