局部组织血液灌注率体表热干扰测量方法及其装置制造方法及图纸

局部组织血液灌注率体表热干扰测量法系用于人体生理参数测定的。其步骤是：先建立局部皮肤及皮下组织的传热模型，再用热平衡法转为二维离散模型，用有限差分法把节点方程归纳为１１个线性方程组后，其解即为表示血液灌注率与皮下组织温度等因素的关系的曲线族，再经拟合即可得到表示血液灌注率与局部皮肤组织温度关系的函数式。它还提出了一个具有恒热流通量的热干扰探头结构及测量装置，可以无损伤地连续测定局部组织的血液灌注率。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种局部组织血液灌注率体表热干扰测量方法及其装置属于人体基本生理参数测量领域。组织血液灌注率(即单位组织平均血流量)是热、氧、营养素和药物在人体内局部输送的主要载体。它在生理学(包括运动生理学和病理生理学)中、在许多疾病的诊断和治疗(如癌的热疗、低温外科和微循环障碍或缺血性疾病等)中、在生物组织和器官的低温保存以及在药理学研究中都是关键性的参数。目前，在实用中，测量整个肢体或手指平均血液灌注率的有体积描记法，测量整个器官(如心肌)平均血液灌注率的有各种指示剂稀释法(如热稀释法)。能测量局部组织血液灌注率的有放射微球示踪法，即往血管内注入直径为1.5μm经放射标记的微球。它们与局部血流量成比例地分布到毛细血管床测得某局部采样体的相对放射性，便可根据总血流量算出该局部组织的血液灌注率。但这一方法不能用来连续监测，测量精度也不高，由于其复杂性等原因，难于推广应用。一般较为简单、精度也较高的测量局部组织血液灌注率的方法是目前尚处在研究阶段的热学方法，现把其中之一举例说明如下这个装置采用两个温度传感器，一个插入待测部位的组织中，另一个插入病人的中心动脉，把一种温度明显低于病人血温的流体注入其静脉，记录两个温度传感器测量的温度变化曲线，计算两条曲线下的面积。其差值即表示该局部组织的血液灌注率。但上述两种方法均为有损伤测量方法。一些测量局部组织血液灌注率的光电方法虽是无损伤的，但稳定性较差，且多数只能作定性监视用。本专利技术的目的在于提供一种无损伤的、可连续监视并可定量测量局部组织血流灌注率的方法及其装置。本专利技术所提出的局部组织血液灌注率体表热干扰测量方法，其特征在于建立局部组织的血液灌注率Wb与其受热干扰后所引起的温度场变化之间的相关性，它包含以下步骤(1)、建立热干扰区控制体，其轴线与热干扰探头的轴线一致且与坐标Z重合，其上端面在皮肤表面上且与坐标γ轴共面，形成一个二维轴对称传热模型。(2)、控制体离散化，即用两组分别与柱坐标系的两个坐标轴重合或平行的正交网格线把控制体对称轴的右半部分等分成m×n个节点的二维离散域，其外边界的中心部分(γ≤R0.R0为热干扰探头半径)为恒热流边界，其余部分为对流边界(辐射也等效为对流)，其全部内边界均为绝热边界；(3)、建立数学模型，即把m×n个节点归纳为11种类型，用热平衡法分别在每一节点处建立传热差分方程，血流灌注率Wb作为内热源项列入方程，内热源qi=CbWb(Ta-T)，于是得到一个具有11类方程的m×n阶线性方程；(4)、求解数学模型先输入下列参数〈1〉，网络节点数m、n；〈2〉，热干扰探头半径R0；〈3〉，血液比热Cb；〈4〉，动脉血温Ta；〈5〉，对流和辐射综合换热系数H；〈6〉，组织导热系数K；〈7〉，网络间距△(径、轴向相等)；〈8〉，进入控制体的干扰热流通量q；并以环境温度Te为参变量，由数学模型求到热干扰区温度场T(r.z)与血液灌注率之间的数值关系，用与热干扰探头中心接触的皮肤表面点即特征点的温度Tc来代替T(r.z)，于是，上述数值关系可表示为F(Tc、Wb、Te)=0，其中，Te为环境温度；(5)、用曲线拟合程序把上述数值关系转换成一组连续曲线并用下列显函数形式表示Ln(Wb)=A+BTc+CTc2+DT3c。其中，A，B，C，D均为环境温度Te的函数；(6)、在一定的环境温度Te、热探头半径R0和热干扰强度q下，测量特征点温度Tc后，利用上述拟合曲线方程即可得到该局部组织的血液灌注率Wb。本方法中所述的热干扰探头由干扰热源、温度测量元件及相应的接口电路三部分组成，其干扰热源由产生恒热流通量q的主加热器4、用以平衡端部热损失的付加热器7、位于上述两个加热器4、7之间以及位于付加热器7、探头塑料外壳8之间的隔热层6、分别用来检测上述两个加热器4、7的温度以实现平衡控制的热敏电阻5、分别填充于热敏电阻5与上述两个加热器4、7之间的导热脂9以及位于主加热器4的另一侧的温度均化铜板1组成。用于测量特征点温度Tc的温度测量元件3是一个嵌装在温度均化铜板1的中央且其测量表面外露的P-N结温度传感器3，它与温度均化铜板1之间用绝缘胶2连接，接口17上的输出端子10～14及地线接线端子15、16通过引线18分别与装在一个扁平圆柱形单侧开口的塑料外壳8内的主、付加热器4、7、两个热敏电阻5、P-N结半导体温度传感器3经引出线孔相连，结构请见附图说明图1。本专利技术的特征还在于根据本方法而设计的测量装置，包含测量控制部分及其相应的辅助电路，其特征在于，所述的测量控制部分包含由兼具血流灌注率Wb计算功能的主控制器22、地址锁存器23、数据寄存器24和固定存贮器25组成的主控制电路、由P-N结半导体传感器3、放大器27和模拟/数字转换器26顺次串联组成的特征点温度Tc测量转换电路、由数字/模拟转换器28、放大器29和主加热器4依次串联组成的恒干扰热流通量q给定电路、以及由分别与主、付加热器4、7接触的热敏电阻5、其输入来自两个热敏电阻5而输出送往付加热器7的差动信号放大器29和付加热器7组成的探头端部热损失补偿控制电路，在控制电路中，其主控制器22的地址输出端与地址锁存器23的输入端相连，而地址锁存器23的输出端分别与数据寄存器24和固定存贮器25的地址输入端相连，主控制器22的指令输出端分别与数据寄存器24和固定存贮器25的指令输入端相连，数据寄存器24和固定存贮器25的数据输出端与主控制器22中同时作为数据输入端的地址输出端相连。特征点温度Tc测量转换电路中的模拟/数字转换器26的输出端与主控制器22的数据输入端相连，恒干扰热流通量q给定电路中的数字/模拟转换器28中的数据输入端与主控制器22中同时作为给定数据输出端的地址输出端相连。为了在下面结合实施例对本专利技术作详尽介绍，现把本申请文件所使用的附图名称及编号简介如下图1、热干扰检测探头及其接口装置的剖面图；图2、本专利技术所提出的局部组织血液灌注率体表热干扰测量方法的程序流程图；图3、局部组织热干扰区传热模型图；图4、控制体的二维离散模型图；图5～15、推导11种类型节点差分方程用的计算单元图；图16、本专利技术所提出的局部组织血液灌注率体表热干扰法测量装置的电路图；图17、恒干扰热流通量q给定电路图；图18、探头端部热损失补偿控制电路图；图19、特征点温度Tc测量转换电路。实施例本专利技术的基本点是对待测量局部组织区施以热干扰，即在待测局部组织的皮肤表面放置一扁平圆柱形热干扰探头，给定的恒热流通量q经探头表面传入与之相接触的局部组织，使其温度场发生变化，其变化的速率和幅值与该局部组织的血液灌注率有关。以下将结合图2所示的程序流程框图举例说明如何实施本专利技术所提出的局部组织血液灌注率的体表热干扰测量方法1、输入以下参数(1)、径向和轴向节点总数m、n其值取决于环境温度Te和血液灌注率Wb，在正常情况下取m=n=25即可；(2)、网络间距△根据探头半径R0和计算要求而定，本例中取△=△r=△z=0.003m，其中△r为径向间距，△z为轴向间距；(3)、热干扰探头半径R0∶取R0=0.015m，(4)、血液比热Cb∶取Cb=4.18J/g0c；其中J为焦耳(5)、动脉血温Ta∶取Ta=37℃；(6)、皮肤与环境之间的综合换热系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部组织血液灌注率的体表热干扰测量方法，其特征在于：建立局部组织的血液灌注率Ｗ↓［ｂ］与其受热干扰后所引起的温度场变化之间的相关性，它包含以下步骤：（１）、建立热干扰区控制体，即取一个包含热干扰区在内的圆柱形控制体，其轴线与热干扰探 头的轴线一致且与坐标Ｚ重合，其上端面在皮肤表面上且与坐标ｒ轴共面，形成一个二维轴对称传热模型；（２）、控制体离散化，即用两组分别与柱坐标系的两个坐标轴重合或平行的正交网络线把控制体对称轴的右半部份等分成有ｍ×ｎ个节点的二维离散域，其外边 界的中心部份（ｒ＊Ｒ↓［０］，Ｒ↓［０］为热干扰探头半径）为恒热流边界，其余部分为对流边界（辐射也等效为对流），其全部内边界均为绝热边界；（３）、建立数学模型，即把ｍ×ｎ个节点归纳为１１种类型，用热平衡法分别在每一节点处建立传热差分方程 ，血流灌注率Ｗ↓［ｂ］作为内热源项列入方程，内热源ｑ↓［ｉ］＝Ｃ↓［ｂ］Ｗ↓［ｂ］（Ｔ↓［ａ］－Ｔ），于是得到一个具有１１类方程的ｍ×ｎ阶线性方程组；（４）、求解数学模型：先输入下列参数：１、网络节点数ｍ、ｎ；２、热干扰探头 半径Ｒ↓［０］；３、血液比热Ｃ↓［ｂ］； ４、动脉血温Ｔ↓［ａ］；５、对流和辐射综合换热系数Ｈ； ６、组织导热系数Ｋ；７、网络间距Δ（径、轴向相等）；８、进入控制体的干扰热流通量ｑ；并以环境温度Ｔ↓［ｅ］为参变量，由数学 模型求得热干扰区温度场Ｔ（ｒ、ｚ）与血液灌注率之间的数值关系，用与热干扰探头中心接触的皮肤表面点即特征点的温度Ｔ↓［ｃ］来代替Ｔ（ｒ、ｚ），于是，上述数值关系可表示为：Ｆ（Ｔ↓［ｃ］、Ｗ↓［ｂ］、Ｔ↓［ｅ］）＝０，其中，Ｔ↓［ｅ］为环境温度；（５）、用曲线拟合程序把上述数值关系转换成一组连续曲线并用下列显函数形式表示：Ｌ↓［ｎ］（Ｗ↓［ｂ］）＝Ａ＋ＢＴ↓［ｃ］＋ＣＴ↓［ｃ］↑［２］＋ＤＴ↓［ｃ］↑［３］其中，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ均为环境温度Ｔ↓［ｅ］的函数；（６）、在一 定的环境温度Ｔ↓［ｅ］、热探头半径Ｒ↓［０］和热干扰强度ｑ下，测量特征点温度Ｔ↓［ｃ］后，利用上述拟合曲线方程即可得到该局部组织的血液灌注率Ｗ↓［ｂ］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭见曙，赵淑颖，王蕴华，夏雅琴，
申请(专利权)人：北京工业大学，首都医学院附属北京友谊医院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]