激光多普勒血流监测仪的原理及应用2007

.《中国医疗器械信息》2007年第13卷第2期Vol.13No.2技术专题(骨科)ThematicForum(Orthopaedics)文章编号：1006-6586(2007)02-0022-03中图分类号：R687.1文献标识码：A收稿日期：2007-01-10作者简介：曾炳芳，教授，主任医师，博士生导师，骨科主任激光多普勒血流监测仪(LaserDopplerFlowmetry，简称LDH)是一种能够实时监测组织内微循环血流灌注的仪器。其主要的特点是能够连续监测，并能反映微循环的瞬间改变情况。因此从它发明以来就广泛应用在矫形外科，创伤骨科的临床工作中，尤其对于皮瓣移植术后表面血流的监测起到重要的作用[1]。上世纪90年代后期，随着多模块LDH的出现以及各种功能探头的发明和生产，使它的应用更加灵活和广泛。本文将主要阐述仪器的工作原理、操作要点和临床应用。1工作原理从LDH主机发出的激光束，通过输出光纤探头，广泛散射到被测组织中并部分被吸收，其中一部分激光撞击到运动的血细胞后反射回来，波长发生改变(多普勒频移效应)，而散射到静止组织的激光反射波长不变(如图1)。波长变化的程度及频率分布与血细胞的数量和运动的速度有关，与运动的方向无关。这些信息被回收光纤接收，然后转换成电信号，经过滤波、放大后再由模-数转换器转换成相对流量的数据进行显示[2]。LDH同时测定的血流参数有：灌注量(PU)、运动的血细胞浓度(CMBC)，总回光量(TB)、血细胞运动速度(V)。LDH不能提供灌注量的绝对值如ml/min/100激光多普勒血流监测仪的原理及应用刘旭东曾炳芳上海交通大学附属第六人民医院骨科(上海200233)内容提要：激光多普勒血流监测仪是一种能够实时监测组织内微循环血流灌注的仪器，在临床上应用广泛。本文介绍了该仪器的工作原理、结构、功能、操作要点，以及临床应用。关键词：激光多普勒血流监测仪ThePrincipalandApplicationofLaserDopplerFlowmetryLIUXu-dongZENGBing-fangShanghai6thHospital(Shanghai200233)Abstract:LaserDopplerFlowmetry(LDH)isaninstrumentthatcanreal-timemonitortheperfusionofthemicrocirculationinthebody.Ithasbeenappliedwidelyinthemedicaldomain.Thispaperintroducestheworkingprinciple,structuraldesign,function,operatingtechniqueandtheclinicalapplicationoftheLDH.Keywords:LaserDopplerFlowmetrygramtissue，它只能给出一个相对值PU。PU等于测量体积内血细胞的浓度(CMBC)和平均血细胞运动速度(V)的乘积。LDF信号的采样频率为0.2秒,所以每单位PU值等于10mV电流强度。图1LDH的工作原理图2波长与测量深度的关系图3光纤间距与测量深度的关系2测量深度测量深度是指组织表面到穿透并能返回2/3(2/e)光量处的距离。测量深度与组织特性(组织结构和微血管床密度)、所用激光源波长和探头中(输出和返回)两根光纤的间距有关。深度是个估计值，受组织吸收光的程度影响，而组织吸收光的程度又受血液含量、氧耗和着色影响。皮肤、肌肉等软组织要比骨骼的测量深度大，但也只有1mm左右。波长为780nm的激光比633nm波长的激光穿透深度大，633nm波长的激光比543nm波长的激光穿透深度大(如图2)。光纤间距(发光光纤和接收光纤之间的距离)也影响激光的穿透深度。光纤间距越大，测量深度越深(如图3)。.《中国医疗器械信息》2006年第13卷第2期Vol.13No.2技术专题(骨科)ThematicForum(Orthopaedics)3仪器结构整个LDH包括硬件系统和软件系统。3.1硬件系统目前，LDH多采用模块式硬件系统，由一个主单元和多个功能单元组成，并配有各种各样的探头。这使得系统具有很强的灵活性[3]。主单元内有二极管激光器，可向输出光纤发射激光。目前的功能单元主要有4种：(1)血流灌注监测单元，它是最常用的功能单元，用于实时监测微循环灌注量。配合多种激光多普勒探头可以对几乎所有的组织、器官进行无创或微创的测量；(2)温度单元，它可以配有一个或两个加热探头/传感器使用，用于局部加热刺激和/或温度监测。在加热刺激过程中还可以用血流灌注监测单元同时监测血流的变化情况。因为加热刺激是测定组织血管容量的一种常用方法，因此可以用该单元确定截肢部位，判断损伤和烧伤组织的再生能力等。(3)经皮氧/二氧化碳分压单元，它可以配一个经皮氧分压电极或一个经皮氧/二氧化碳分压结合电极使用，用于监测经皮氧分压和二氧化碳分压。用它评估组织状态，不但操作简易，而且精确、可靠，已在多个临床领域应用，如测定外周血管携氧量，量化外周血管病变程度，确定适宜截肢平面，判断静脉疾病中组织缺氧程度等。(4)压力单元，它可以用血压袖带的线性减压功能使得血管检查变得更加简单、准确和可信。血管实验诸如趾端压力(趾端收缩压)、皮肤灌注压、阻断后反应性充血以及脉搏体积计数-PVR(空气体积描记术)的精确度和可信度都得到提高。3.2探头LDH的探头包括标准探头和特殊探头。标准探头由一根2.5m长的光纤管组成，管里面包有三根光纤，一根为激光输出光纤,一根为激光接收光纤，另一根维持光纤间距，但不承担光路作用。光纤均采用核心直径为0.125mm的硅质光纤制成，具有一定的韧性和弯曲半径，且用Kevlar固定以增加坚固性。探头里面光纤间距从0.15mm到1.2mm，标准间距为0.25mm。探头的前端有金属鞘，可以通过不同的探头座及双面贴膜固定在皮肤或组织上。特殊探头包括弯角探头，集成表面探头，加热探头，还有专门为特殊组织设计的牙科探头，胃肠探头等。另外，还可以根据需要定制特殊的探头，如立体定位多通道探头，旋转探头，电刺激和药物导入探头等。3.3软件系统目前应用于LDH的软件系统有Perimed公司的PSW系统，它是专为LDH设计和开发的，功能倾向于临床和科研工作。通过它可以记录、分析血流数据，并能够实现多种功能单元多通道参数的同时记录，还可以在持续监测皮瓣血流的同时设定警报线，当血流值低于警戒值时，机器会自动报警，既方便了临床观察，又可以及时准确的反映血流情况。3.4操作要点为了更准确的反映血流情况及更好的比对检测结果，在每次使用LDH进行监测之前要先进行校准，这是很有必要的。Perimed等公司还生产出专门用于探头校准的清洁液。标准探头可以通过探头座和双面胶固定的皮肤或其他组织上，特殊探头可以通过特殊的探头座固定或缝合到组织上。当将探头与所监测的组织固定好后，便可开机进行监测。PSW系统为每一个患者都建立一个文档，存储患者的基本信息和监测记录。记录中可以插入各种记号和设置报警线。多通道PeriFlux系统，可以在同一时间内最多实现6点监测，通过PSW可以控制通道显示，定时监测等。监测结果可以输出各种报告，如标准报告、百分比变化报告、频率报告、加热报告、快速阻断反应充血报告、线性减压报告等。报告中可同时输出计算值和图形。使用报表向导，还可以选择记录中一个或多个部分进行查看、分析和输出。大部分报告中包含最大值、最小值、曲线下面积、持续时间以及开始和停止时间。报告还可以为用户定制，包括事件标记、注释和数值表格等。监测结束后，记录可以备份和保存。探头和探头座可以消毒再次使用。所有的探头都可以用STERRAD(Johnson＆Johnson)消毒。也可以用气体\射线消毒或用戊二醛(Cidexsimilar)杀菌，能够满足手术中无菌要求。3.5临床应用目前,LDF已广泛应用在医学的各个领域。配合各种特殊的探头，可测量全身各个组织和器官的微循环灌注量。在临床上主要应用在游离皮瓣移植术后监测皮瓣的血流。监测时可以将LDH探头放在游离皮瓣的中心，待血流稳定后，测出基础值，然后以基础值一半作为警戒值，设置(下转第26页).《中国医疗器械信息》2007年第13卷第2期Vol.13No.2技术专题(骨科)ThematicForum(Orthopaedics)早的500例病人中，曾进行了95次修复手术,分为体内接受器、导线及电极连接故障[3]。随着刺激器技术的不断完善这类故障的发生率已大为减低。4.4术后去神经支配由于骶2-4神经后根切断，病人的反射性排便、反射性勃起功能消失，术前要向病人说明。参考文献[1]张光铂.我国脊柱脊髓损伤基础研究、临床、康复的现状与展望.中国康复医学杂志,2002,17(4):201-202[2]BrindleyGS.TheFinetech-Brindleybladdercontroller:notesforsurgeonsandphysicians.[M]WelwynGardenCity:FinetechMedicalLimited,2002,5-6.[3]BrindleyGS.Thefirst500patientswithsacralanteriorrootstimulatorimplants:generaldescription.Paraplegia,1992,32(12):795-805.[4]MBarat,GEgon,PDaverat,etal.Electrostimulationofanteriorsacralnerverootsinthetreatmentofcentralneurogenicbladders.G.S.Brindley'stechnique.Resultsofthe40firstFrenchcasesJUrol.Jan1993,99(1):3-7.[5]vanKerrebroeckEV,vanderAaHE,BoschJL,etal.Sacralrhizotomiesandelectricalbladderstimulationinspinalcordinjury.PartI:Clinicalandurodynamicanalysis.DutchStudyGrouponSacralAnteriorRootStimulation.EurUrol,1997,31(3):263-71.[6]SchurchB,KnappPA,JeanmonodD,etal.Doessacralposteriorrhizotomysuppressautonomichyper-reflexiainpatientswithspinalcordinjury?BrJUrol.Jan1998,81(1):73-82.[7]EgonG,BaratM,ColombelP,etal.Implantationofanteriorsacralrootstimulatorscombinedwithposteriorsacralrhizotomyinspinalinjurypatients.WorldJUrol,1998,16(5):342-9.[8]vanderAaHE,AllemanE,NeneA,etal.Sacralanteriorrootstimulationforbladdercontrol:clinicalresults.ArchPhysiolBiochem.Jul1999,107(3):248-56.[9]WielinkG,Essink-BotML,vanKerrebroeckPE,etal.Sacralrhizotomiesandelectricalbladderstimulationinspinalcordinjury.2.Cost-effectivenessandqualityoflifeanalysis.DutchStudyGrouponSacralAnteriorRoo