CN104921724A - 一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，包括盐水槽、环状电极带、支架、电机***、传动***、丝杆、胃模型、电阻抗成像***。所述盐水槽为有机玻璃圆柱水桶；环状电极带由均匀分布在盐水槽中间位置内壁上的16个锰钛合金电极片组成，电极片通过不锈钢螺丝固定在盐水槽内壁上，经导线与电阻抗成像***连接；盐水槽的顶部侧壁上通过螺丝固定一个水平支架，用于放置电机***和传动***；电机***通过皮带带动传动***使丝杆进行自转的同时进行上下运动；胃模型固定于丝杆底部，丝杆带动胃模型运动来模拟胃的收缩蠕动和胃排空过程，电阻抗成像***通过环状电极带采集信息并重建图像，根据图像结果计算胃排空的时间。

Description

一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置

技术领域

本发明涉及生物医学信号检测领域，主要用于模拟胃排空过程，并通过电阻抗成像的方式记录下该过程，根据图像结果计算出胃排空时间。

背景技术

胃排空过缓和胃排空过速是胃动力异常的主要表现。临床上许多常见胃肠动力疾病均存在不同程度的胃排空异常。明确胃动力障碍症状、检查表现、病理生理机制、治疗方法选择之间的关系，一直是胃肠病学专家努力的方向。对于各种类型的胃动力异常，尽管胃排空值只能提示，而不能诊断某种疾病，但在排除器质性原因之后，明确外在症状和内在胃动力异常的关系对临床成功地进行诊断和治疗有很大的帮助。

许多研究都表明，近半数的功能性消化不良患者存在胃排空延迟。对于消化不良，因为胃排空延迟的患者对胃动力药的治疗反应明显优于胃排空正常的患者，所以胃排空值具有一定的治疗指导和预后判断的价值。

胃-食管反流性疾病往往与整个上消化道的动力异常有关，因此了解胃排空情况对病因的诊断和治疗的选择都会有帮助。

胃轻瘫综合征简称胃轻瘫，是以胃排空延迟为特征的症状群，临床上主要表现有早饱、餐后上腹饱胀、恶心、呕吐，严重者可有体重下降，而胃镜、胃肠造影、腹部B超等检查无上消化道的机械性梗阻及肝胆的器质性疾病。胃轻瘫通常用于描述胃排空极度延迟的状态。胃轻瘫可分为特发性和继发性两种，特发性胃轻瘫原因不清，而引起继发性胃轻瘫的原因很多，常见的如糖尿病等。大量国外资料显示50％—76％的糖尿病患者有胃排空延迟，因此，及时了解和掌握胃排空情况，诊断和治疗糖尿病胃轻瘫，将有助于血糖的控制。

胃排空检测的另一重要应用是检测食管和胃手术前、后的动力变化。手术往往是不可逆转的，因此手术前了解胃排空有时很重要，可以帮助确立诊断和选择合理的手术方式。术后症状可能是由胃排空增快或延缓引起，为了制定进一步的治疗方案，了解胃排空情况具有决定性意义。

胃动力药物的发展也促进了胃排空检测的临床需求。临床上已有许多不同机制的胃动力药可供选择，在判断它们的疗效方面，胃排空检测更具有优势，可以协助寻找更好的治疗胃动力异常的药物。

目前临床常用的胃排空检测方法为核素胃排空测定方法，该方法是将放射性核素标记的药物混匀与标准试餐内，口服后经伽玛照相机在胃区进行连续照相，根据胃内食物放射性核素的量来评价胃排空的时间。由于目前所用的放射性核素的化学性能稳定，且不被胃肠道吸收，在胃内的运动过程与食物的运动过程完全一致，因此被认为是胃排空测定的金标准。但是该方法具有一定的放射性，不适合孕妇和婴幼儿，且设备较昂贵，需要一套专门的技术人员。

胃排空的不透X射线标志物法检查技术，通过口服一种或一种以上不透X射线标志物后定期摄片，计算胃排出标志物的量来估算胃排空的速度。不透X射线标志物法方法简单，仪器要求不高，只要能拍摄腹部平片，均可开展此项检查。但是不透X射线标志物检查不够生理，如标志物与食物不能完全混匀，会影响检查结果。

超声检查可清楚显示胃窦的形态与结构，胃腔有无异常扩张及狭窄。通过实时超声可观察到胃收缩、舒张、胃壁蠕动、液体通过幽门等情况，观察胃排空与核素显像方法具有良好的相关性。但是超声检查要用于消化过程的长时间检查，在操作技术上还存在不少困难，而且仅限于测定液体排空，不适合测定固体排空，因为腔内气体较多时会影响检测结果。

理想的胃排空检测方法应具有以下特点：准确、经济、重复性好、容易操作、非侵入性、无辐射作用、液体固体食物均适用。

电阻抗成像(electrical impedance tomography,以下简称EIT)以人体组织、器官的电阻抗特性及其变化为依据，通过配置于人体体表的电极阵列，提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息，给出反应组织、器官功能状态及其变化规律的功能性图像结果，它的主要优势在于实现无损伤功能性成像和图像监护，可以实时图像的方式直接显示体内胃体的容积变化情况。具有准确、经济、重复性好、容易操作、非侵入性、无辐射作用、液体固体食物均适用的特点，非常适合胃排空检测。目前，采用电阻抗成像进行胃排空检测的临床应用研究并不多，主要是由于尚缺乏相关的应用基础研究，食物从食道进入胃并排入十二指肠的过程是一个复杂的消化吸收的排空过程，受食物的种类、食物的导电性能、胃的容积大小、胃自身的导电性能、胃酸的分泌、以及其他消化道器官的影响，为了尽快推动电阻抗成像胃排空检测的临床应用，需要进行必要的理论基础与实验模型研究，定性定量研究电阻抗成像结果与胃排空之间的关系，因此需要专门用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置。

发明内容

针对现有技术，本发明提出一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，可以模拟胃排空过程以及影响胃排空的相关因素用于电阻抗成像检测，实现定性定量研究电阻抗成像结果与胃排空之间的关系。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，包括电阻抗成像***和一圆桶状的盐水槽，所述盐水槽中充满有盐水，所述盐水槽的中部内壁的周向上固定有一环状电极带，所述环状电极带由均匀分布的多个锰钛合金电极片构成，每个锰钛合金电极片均采用螺丝固定，每个螺丝上分别引出连接至电阻抗成像***输入端的导线；所述盐水槽的顶部设有一支架，所述支架上固定有电机***，所述电机***通过一传动***带动一丝杠在进行自转的同时沿轴向作上下运动，所述丝杠的下部伸入到所述盐水槽的盐水中，所述丝杠的底端固定有一绝缘弹性固态圆柱形介质；所述绝缘弹性固态圆柱形介质的电导率与所述盐水的导电率不同。

进一步讲，所述盐水槽的内径为25cm、高为30cm、壁厚为0.6cm的有机玻璃圆桶。

锰钛合金电极片的数量为8或16或32个，锰钛合金电极片的高为2cm、宽为1.5cm、厚为0.1cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是提供一种简单、方便且实用的模拟装置模拟食物从食道进入胃，并排空的过程用于电阻抗成像检测，模拟不同的因素对电阻抗成像胃排空检测结果的影响。为电阻抗成像胃排空检测提供必要的理论基础研究，推动电阻抗成像胃排空检测临床应用的发展，为临床胃肠动力学研究提供一种新检测方法奠定必要的理论基础和数据。

附图说明

图1用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置结构图；

图2-1至图2-6是使用本发明模拟装置胃排空过程的图像，其中，图2-1是初始图像，图2-2是10秒后图像，图2-3是20秒后图像，图2-4是30秒后图像，图2-5是40秒后图像，图2-6是50秒后图像。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，包括电阻抗成像***8和一圆桶状的盐水槽1，所述盐水槽1的内径为25cm、高为30cm、壁厚为0.6cm的有机玻璃圆桶，所述盐水槽1中充有盐水，所述盐水槽1用于模拟人体躯干部位；所述盐水槽1的中部内壁的周向上固定有一环状电极带2，所述环状电极带2由均布的多个锰钛合金电极片构成，锰钛合金电极片的数量为8或16或32个，优选为16个，锰钛合金电极片的高为2cm、宽为1.5cm、厚为0.1cm。每个锰钛合金电极片均采用螺丝固定，每个螺丝上分别引出连接至电阻抗成像***8输入端的导线；所述盐水槽1的顶部设有一支架3，所述支架3是一有机玻璃材料制成的长25.6cm、宽10cm、高10cm、壁厚1.5cm的板凳支架，并通过螺丝将该支架3的腿固定在盐水槽1的外壁上，该支架3用于放置电机***4和传动***5；电机***4和传动***5通过螺丝固定在支架3的平面板上，电机***4由一个直流无刷电机、皮带轮和电机控制器组成，传动***5由一个齿轮和皮带轮组成，电机***4和传动***5通过套在两个皮带轮上的皮带连接，直流无刷电机旋转的同时通过皮带带动齿轮旋转，齿轮旋转带动丝杆6进行自转的同时沿轴向作上下运动，所述丝杠6的下部伸入到所述盐水槽1的盐水中，所述丝杠6的底端固定有一绝缘弹性固态圆柱形介质7；所述绝缘弹性固态圆柱形介质7的电导率与所述盐水的导电率不同，即用两种不同电导率的弹性固态介质和液态介质模拟胃及包围它的组织，当改变任一介质电导率时实现对排空过程的影响模拟，所述绝缘弹性固态圆柱形介质7充当胃模型随丝杆同步运动，该胃模型运动的同时，电阻抗成像***通过环状电极带2采集盐水槽1边界电阻抗特性信息并进行重建图像，以一定输出速率输出图像结果，根据图像结果可以计算胃排空的时间。

使用本发明用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置实现胃排空模拟的过程是：盐水槽1模拟人体躯干部位，盐水槽1中充满一定导电率的生理盐水，来模拟人体组织内部环境，用一绝缘弹性固态圆柱形介质7充当胃模型从进入盐水槽1到逐步靠近环状电极带2的下降过程模拟食物从食道进入胃从而引起电特性改变的过程，胃模型(绝缘弹性固态圆柱形介质7)从环状电极带2位置逐步上升并浮出盐水槽1的盐水面的过程来模拟胃的排空过程，电阻抗成像***通过环状电极带2采集阻抗信息进行图像重建，并以一定输出速率输出图像结果来记录胃模型在盐水槽内上升和下降的过程，根据图像结果就可以计算胃模型的排空时间。电阻抗成像胃排空的检测结果会根据生理盐水的电导率的变化，胃模型的形状、大小、电导率的变化而变化。

实验例：盐水槽1中的生理盐水电导率设置为0.5S/m，胃模型为绝缘固态圆柱形介质，胃模型从环状电极带2位置逐步上升并浮出盐水槽水面模拟胃的排空过程，电阻抗成像***通过环状电极带2采集盐水槽边界电特性信息进行图像重建，并以一定输出速率输出图像结果，胃模型从环状电极带2位置逐步上升并浮出盐水槽水面的时间设置为50秒，每10秒记录一次，以初始时刻作为第一副图像，共6副，如图2-1至2-6所示，其中，图2-1至图2-6是使用本发明模拟装置胃排空过程的图像，其中，图2-1是初始图像，图2-2是10秒后图像，图2-3是20秒后图像，图2-4是30秒后图像，图2-5是40秒后图像，图2-6是50秒后图像。反之，根据图像的情况可推算出胃排空的时间。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，包括电阻抗成像***(8)和一圆桶状的盐水槽(1)，所述盐水槽(1)中充有盐水，其特征在于：

所述盐水槽(1)的中部内壁的周向上固定有一环状电极带(2)，所述环状电极带(2)由均匀分布的多个锰钛合金电极片构成，每个锰钛合金电极片均采用螺丝固定，每个螺丝上分别引出连接至电阻抗成像***(8)输入端的导线；

所述盐水槽(1)的顶部设有一支架(3)，所述支架(3)上固定有电机***(4)，所述电机***(4)通过一传动***(5)带动一丝杠(6)在进行自转的同时沿轴向作上下运动，所述丝杠(6)的下部伸入到所述盐水槽(1)的盐水中，所述丝杠(6)的底端固定有一绝缘弹性固态圆柱形介质(7)；所述绝缘弹性固态圆柱形介质(7)的电导率与所述盐水的导电率不同。

2.根据权利要求1所述一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，其特征在于，所述盐水槽(1)的内径为25cm、高为30cm、壁厚为0.6cm的有机玻璃圆桶。

3.根据权利要求1所述一种用于电阻抗成像检测的胃排空模拟装置，其特征在于，锰钛合金电极片的数量为8或16或32个，锰钛合金电极片的高为2cm、宽为1.5cm、厚为0.1cm。