一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置及方法與流程

2023-09-21 01:32:50 1

本發明屬於實驗動物的生理學指標測量領域，具體涉及一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置及方法。

背景技術：

睡眠呼吸暫停低通氣症候群是指各種原因導致睡眠狀態下反覆出現呼吸暫停和(或)低通氣、高碳酸血症、睡眠中斷，從而使機體發生一系列病理生理改變的臨床症候群。阻塞型呼吸睡眠暫停低通氣症候群佔其中的絕大多數，其發病機制可能與睡眠狀態下上氣道軟組織、肌肉的塌陷性增加、睡眠期間上氣道肌肉對低氧和二氧化碳的刺激反應性降低有關。慢性間隙低氧的大鼠模型常用於阻塞型呼吸睡眠暫停低通氣症候群的生理學研究。

上氣道是由軟組織結構構成的軟性管腔，主要是由上氣道骨性結構、上氣道神經肌肉調控和氣道內負壓的協同作用維持其穩定性。上氣道擴張肌是維持上氣道口徑的重要肌肉，慢性間歇低氧與上氣道的反覆塌陷相互影響。上氣道臨界閉合壓是衡量上氣道動力學的良好指標，它是指上氣道閉合瞬間其吸入氣流為零時的咽部氣道內壓力大小。通過測量該指標可以反應上氣道可塌陷性的高低。

目前一些學者認為衡量上氣道的可塌陷性的高低有助於評估阻塞型呼吸睡眠暫停低通氣症候群患者病情嚴重程度以及治療前後的病情變化。因此對不同病理狀態下，慢性間隙低氧的大鼠上氣道臨界閉合壓的測量，有助於更好的開展阻塞型呼吸睡眠暫停低通氣症候群的上氣道穩定性方面的生理學研究。

而目前並沒有一種能夠測量上氣道臨界閉合壓的測量裝置及方法。

技術實現要素：

本發明技術方案所解決的技術問題為，如何實現上氣道臨界閉合壓的測量。

為了解決上述技術問題，本發明技術方案提供了一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置，其用於測量在不同時點的壓力與氣流值，包括吸引裝置1、壓力採集裝置2以及面罩3，所述吸引裝置1通過第一管路4連接所述壓力採集裝置2，所述壓力採集裝置2通過第二管路5連接所述面罩3，在工作狀態下，通過吸引裝置1負壓抽吸時的氣流值，記錄壓力採集裝置2中的壓力值。

優選地，所述吸引裝置1上設置有氣流監控裝置11。

優選地，所述第一管路4貫穿所述壓力採集裝置2並與所述第二管路5相連通。

優選地，在壓力採集裝置2包覆的第一管路4上，設置有壓力採集接口21，所述壓力採集接口21連接壓差傳感器22。

優選地，所述壓力採集接口21的數量為3個、4個或者5個。

優選地，所述面罩3連接大鼠。

優選地，所述吸引裝置1的流速在0～3l/min。

優選地，所述第一管路4與所述壓力採集裝置2之間的連接為粘結、卡合或者螺紋連接。

優選地，所述第二管路5與所述壓力採集裝置2之間的連接為粘結、卡合或者螺紋連接。

根據本發明的另一個方面，提供一種上氣道臨界閉合壓的測量方法，包括如下步驟：

a、基於所述測量裝置，確定不同的氣流值條件下不同的壓力值；

b、基於每個不同的氣流值所對應的壓力值，建立相互關係{(p1，v1)、(p2，v2)、(p3，v3)………(pn，vn)}，其中，v為氣流值，p為壓力值；

c、基於最小二乘法，得出公式：v＝a+bp，其中，a、b為任意實數；

d、基於所述公式計算所述臨界閉合壓。

優選地，所述步驟a之前，包括步驟a′：通過吸引裝置不斷地抽吸大鼠、第一管道以及第二管道中的空氣，記錄不同時點的壓力值與氣流值。

優選地，所述步驟c包括如下步驟：

c1、將測量值vi與利用計算值a+bp1的離差的平方和作為最小依據，即

c2、當最小時，可用函數對a、b求偏導數，令所述偏導數等於零，即an+(∑pi)b＝∑vi，(∑pi)a+(∑pi2)b＝∑(pivi)；

c3、計算a、b，得出

優選地，在所述步驟d中，當氣流為零時，壓力值即為所述臨界閉合壓。

本發明通過吸引裝置的負壓抽吸，將大鼠口中及管道內氣體抽出，並通過壓力採集裝置測量不同氣流下的不同壓力值，並通過最小二乘法，求其在氣流為零時的壓力值，所述壓力值即為臨界閉合壓。本發明結構簡單，使用方便，有助於更好的開展阻塞性呼吸睡眠暫停低通氣症候群的上氣道穩定性方面的生理學研究，具有極高的商業價值。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其他特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1示出了本發明的具體實施方式的，一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置的整體結構拓撲圖；

圖2示出了本發明的第一實施例的，所述上氣道臨界閉合壓的測量裝置的模塊連接示意圖；

圖3示出了本發明的另一個具體實施方式的，一種上氣道臨界閉合壓的測量方法的具體流程示意圖；以及

圖4示出了本發明的第二實施例的，確定a、b實數的具體流程示意圖。

具體實施方式

為了更好的使本發明的技術方案清晰的表示出來，下面結合附圖對本發明作進一步說明。

本領域技術人員理解，本發明將通過圖1至圖4來對上氣道閉合壓的測量裝置及方法進行描述，具體地，圖1以及圖2描述了一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置，圖3以及圖4用於闡述上氣道臨界閉合壓的測量方法，進一步地，所述測量裝置優選地使用大鼠作為試驗對象，可用於評價不同病理狀態下大鼠上氣道的穩定性，通過衡量上氣道可塌陷性的高低有助於評估阻塞性呼吸睡眠暫停低通氣綜合正患者病情嚴重程度以及治療前後的病情變化，從而有助於更好的開展阻塞型呼吸睡眠暫停低通氣症候群的上氣道穩定性方面的生理學研究。

圖1示出了本發明的具體實施方式的，一種上氣道臨界閉合壓的測量裝置的整體結構拓撲圖，而作為本發明的第一實施例，圖2示出了本發明的第一實施例的，所述上氣道臨界閉合壓的測量裝置的模塊連接示意圖，本發明將結合圖1以及圖2來對上氣道閉合壓的測量裝置進行說明，具體地，所述上氣道閉合壓的測量裝置用於測量在不同時點的壓力與氣流值，本領域技術人員理解，本發明對於時點並沒有過多的限制，從開始抽氣時起，便開始記錄，優選地記錄5至10個時間點的壓力與氣流值。

進一步地，所述上氣道閉合壓的測量裝置包括吸引裝置1、壓力採集裝置2以及面罩3，所述吸引裝置1為一負壓吸引裝置，通過負壓實現抽氣，所述吸引裝置可限定最大流速，例如，使用一定負壓進行抽氣，剛開始的時候流速會很快，但隨著大鼠口中以及管道中空氣的逐漸稀薄，流速會越來越低，而所述吸引裝置1的流速在0～3l/min，在這樣的實施例中，所述吸引裝置1的流速可以設定為3l/min，也可以為2l/min或者1l/min等等，但我們需要計算的是流速為零時的壓力大小，故與設定多大的負壓或者流量是無關的，若將壓力以及流速所對應的點放在直角坐標系中，則可以看出，設定不同的負壓時，其臨界閉合壓是相同的。

進一步地，所述壓力採集裝置2用於對工作狀態下，吸引裝置吸引空氣時壓力的採集，在這樣的實施例中，為了使檢測結果更接近實際情況，優選地設定有多個壓力採集口，然後分別檢測每個壓力採集口的壓力大小，並取平均值，得出最為接近的壓力值。

進一步地，所述面罩3連接大鼠，所述面罩3的形狀、大小與大鼠面部的形狀、大小相適應，具體地，將所述面罩套在所述大鼠面部，並將其固定。

進一步地，所述吸引裝置1通過第一管路4連接所述壓力採集裝置2，所述壓力採集裝置2通過第二管路5連接所述面罩3，所述第一管路4為一中空的連接管，所述第二管路5為一中空的連接管，進一步地，所述第一管路4與所述第二管路5相連通，所述吸引裝置1通過負壓抽吸帶動空氣從第二管路5通過所述壓力採集裝置進入所述第一管路4。

進一步地，在工作狀態下，通過吸引裝置1負壓抽吸時的氣流值，記錄壓力採集裝置2中的壓力值，在這樣的實施例中，當各個部分連接好後，將面罩3套在大鼠面部，同時啟動所述吸引裝置1，吸引裝置1開始負壓抽吸，在所述第一管路4與所述吸引裝置1的連接處附近優選地設置有一氣流監控裝置11，所述氣流監控裝置11檢測實時的氣流值，同時記錄在此時氣流值的情況下的壓力值，在一個優選地實施例中，可以記錄抽吸1s時的氣流值以及壓力值，記錄抽吸1s時的氣流值以及壓力值，記錄抽吸2s時的氣流值以及壓力值，記錄抽吸3s時的氣流值以及壓力值等等。

進一步地，所述第一管路4貫穿所述壓力採集裝置2並與所述第二管路5相連通，本領域技術人員理解，所述第一管路4以及所述第二管路5可以是彎曲的軟管，也可以是硬質管，所述第一管路4與所述第二管路5的大小、形狀相適應，所述壓力採集裝置2為一中空結構，所述中空結構的大小、形狀與所述第一管路4的大小、形狀相適應，進一步地，所述第一管路4貫穿所述壓力採集裝置2設置。

進一步地，在壓力採集裝置2包覆的第一管路4上，設置有壓力採集接口21，所述壓力採集接口21連接壓差傳感器22，如圖1所示，在所述壓力採集接口21上開有若干小孔，所述小孔連通至所述壓力採集接口21，本領域技術人員理解，若干小孔中的距離可以任意設置，而在一個優選地實施例中，每個小孔之間的距離相同，進一步地，所述壓力採集接口21之間的距離相同，這樣有助於更好的測量壓力值，更進一步地，每個所述壓力採集接口21連接壓差傳感器22，在這樣的實施例中，每個所述壓力採集接口21可以連接一個壓差傳感器22，所有所述壓力採集接口21可以連接一個壓差傳感器22，這都不影響本發明的技術方案，在此不予贅述。

更進一步地，如圖1所示，所述壓力採集接口21的數量為3個，而在另一個實施例中，所述壓力採集接口21的數量為4個，更進一步地，在另一個實施例中，所述壓力採集接口21的數量還可以為5個，或者更多，本領域技術人員理解，當所述壓力採集接口21的數量為3個時，優選測得壓力值3個，設為pa、pb、pc，若要獲得最終實際壓力值，優選地將pa、pb、pc的壓力值相加後除以3，即為最終的壓力值，在這樣的實施例中，所述壓力採集接口21的數量越多，測得的最終壓力值將越準確，但這要考慮到所述壓力採集裝置的實際大小，並不能設置過多的壓力採集接口，故需要根據具體情況具體分析，

進一步地，所述第一管路4與所述壓力採集裝置2之間的連接為粘結、卡合或者螺紋連接，本領域技術人員理解，為了使所述第一管路內與所述壓力採集裝置2內的空氣密封，優選地設置有密封圈，為了方便維護、更換零部件，優選地使用卡合或者螺紋連接的方式實現緊固定，為了密封效果穩定，優選地使用粘結的方式，所述連接方式同樣適用於所述第二管路5與所述壓力採集裝置2之間的連接，在此不予贅述。

進一步地，本發明通過吸引裝置1將所述第一管路4、第二管路5以及大鼠口鼻中氣體吸淨，使大鼠上氣道達到閉合狀態，並通過壓力採集裝置中的壓差傳感器，測量出實時的不同時點的壓力與氣流值，並通過進一步地運算，測量出上氣道閉合狀態下，當吸入氣流為零時咽部氣道壓力大小，所述壓力大小反應上氣道可塌陷性的高低。

圖3示出了本發明的另一個具體實施方式的，一種上氣道臨界閉合壓的測量方法的具體流程示意圖，本領域技術人員理解，所述上氣道臨界閉合壓的測量方法是根據上氣道臨界閉合壓的測量裝置所測得的氣流值以及壓力值，並作出曲線，根據最小二乘法，測得當氣流為0時，壓力值的大小，即為臨界閉合壓的數值，具體地，所述上氣道臨界閉合壓的測量方法，包括如下步驟：

首先，進入步驟s101，基於所述測量裝置，確定不同的氣流值條件下不同的壓力值，本領域技術人員理解，根據所述吸引裝置中的氣流監控裝置測出所述氣流值，根據所述壓力採集裝置中的壓差傳感器測出壓力值，在這樣的實施例中，不同時點的氣流值以及壓力值是不同的，進而在整個測量結果中，有多組不同的氣流值以及壓力值，所述每組氣流值以及壓力值對應不同的時點。

然後，進入步驟s102，基於每個不同的氣流值所對應的壓力值，建立相互關係{(p1，v1)、(p2，v2)、(p3，v3)………(pn，vn)}，其中，v為氣流值，p為壓力值，在這樣的實施例中，假設在一次試驗中，測得每個不同的氣流值所對應的壓力值為{5，0.1、6，0.2、7，0.35………9.5，0.55}，其中，上述集合中的數值所代表的含義即為單位條件下的氣流值以及壓力值，也可以是經過運算處理後的數值，進一步地，可以將上述數值建立直角坐標系進行分析，並用於後述的運算。

再然後，進入步驟s103，基於最小二乘法，得出公式：v＝a+bp，其中，a、b為任意實數，所述最小二乘法是目前的一種現有技術，主要用於通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配，即為了得出公式：v＝a+bp而通過步驟s102中數值來確定a、b值的過程，得出關於v、p之間相互關係的一元一次函數，這些將在後述的具體實施例中作進一步地描述，在此不予贅述。

最後，進入步驟s104，基於所述公式計算所述臨界閉合壓，本領域技術人員理解，經過所述步驟s103，得出了v、p之間的一元一次函數，例如，在一個優選地實施例中，v＝-2.458+4.965p，而當氣流為零時，壓力值即為所述臨界閉合壓，即當v為0時，可以得出，所述臨界閉合壓為0.495。

進一步地，在所述步驟s101之前，優選地通過吸引裝置不斷地抽吸大鼠、第一管道以及第二管道中的空氣，記錄不同時點的壓力值與氣流值，在工作狀態下，所述吸引裝置中的氣流監控裝置測出所述氣流值，所述壓力採集裝置中的壓差傳感器測出壓力值，進一步地，在所述測量裝置中，優選地設置有存儲裝置，用於記錄所述測量結果，而在另一個實施例中，也可以人工進行記錄。

圖4示出了本發明的第二實施例的，確定a、b實數的具體流程示意圖，具體地，包括如下步驟：

首先，進入步驟s1031，將測量值pi與利用計算值a+bp1的離差的平方和作為最小依據，即本領域技術人員理解，將所述步驟s102中的集合放入到直角坐標系中時，所形成的點不在一條直線上，而本發明的目的是尋找一條最接近的，與所測得的集合中所有點離的最近的一條曲線，故而需要用到最小二乘法，而所述最小二乘法所依據的就是將測量值pi與利用計算值a+bp1的離差的平方和作為最小依據，即需要將測量值減去計算值的平方和，而所述測量值為pi，計算值為a+bp1，進一步地，即

然後，進入步驟s1032，當最小時，可用函數對a、b求偏導數，令所述偏導數等於零，即an+(∑pi)b＝∑vi，(∑pi)a+(∑pi2)b＝∑(pivi)，本領域技術人員理解，所述步驟s1032為一推導步驟，主要用於推到出a、b的取值，具體推導過程可以參考最小二乘法的相關文獻，所述推到過程屬於目前現有技術，在此不予贅述。

最後，進入步驟s1033，計算a、b，得出本領域技術人員理解，在執行完步驟s1032後，可以得出兩個關於a、b的方程，而步驟s1033即為解得方程後，a、b的取值，更進一步地，將得出的a、b的值代入到公式v＝a+bp中，即為所述最終的公式，在這樣的實施例中，a、b為已知實數，而根據步驟s104，當氣流為零時，壓力值即為所述臨界閉合壓，所述臨界閉合壓的計算公式為p＝-a/b，進而得出所述上氣道閉合狀態下，當吸入氣流為零時咽部氣道壓力大小，所述壓力大小反應上氣道可塌陷性的高低。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。