CN110186922B - 一种监测结肠移行性复合运动的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种监测结肠移行性复合运动的实验装置及方法，属于实验装置技术领域。通过肠管固定装置将离体结肠肠管固定在Krebs‑Ringer缓冲液中，通过恒温水浴槽将Krebs‑Ringer缓冲液的温度维持在37±0.1℃，通过视频采集装置对离体结肠肠管的CMMC进行视频采集，然后通过数据处理终端对采集到的视频数据进行处理，得到所需的结果后进行后续的分析研究。该装置除必要的设备外，没有过于复杂的设备和结构，最大程度地减少了对肠道组织外界干扰，保证了肠道生理功能的正常运行；而且克服了使用张力换能器的诸多缺点。该装置结构设计合理，对实验操作者的技术水平要求较低，提高了实验的一致性和可重复性。

Description

一种监测结肠移行性复合运动的实验装置及方法

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种监测结肠移行性复合运动的实验装置及方法。

背景技术

腹泻、便秘等是临床上常见的胃肠道运动功能障碍，常常出现在炎症性肠病、老年性便秘、术后肠麻痹、脓毒症等疾病中，发病率日益增高，严重影响患者的预后及生活质量。肠道运动功能障碍，是由于某一种或多种因素共同作用，造成小肠或结肠转运速度延迟或加速，可以单独或伴随其他疾病一起发生，对患者生活质量或预后造成不良影响，但其发生机制尚未明确。

据目前研究显示，结肠移行性复合运动(colonic migrating motor complex,CMMC)是一种神经介导的、周期性的收缩活动，作为结肠推进性运动的主要动力，是许多哺乳动物大肠的主要运动模式。并且CMMC在离体的结肠中仍然存在，因而CMMC这一相对准确和客观的实验指标已被广泛用于胃肠道运动功能的评价。目前用于CMMC测定的实验手段主要停留在肠道肌张力的测定上，但是一方面，张力传感器不能传导肠道运动在多个方向上的变化，且肠道运动要达到一定的幅度才能被传感器所捕捉，缺乏灵敏性；另一方面，张力换能器通过丝线与肠管相连，造成肠道的机械性损伤。可见之前的CMMC监测方法的操作有很多限制，实验结果影响因素较多，且实验结果分析较为困难。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种监测结肠移行性复合运动的实验装置及方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种监测结肠移行性复合运动的实验装置，包括视频采集装置、肠管固定装置、恒温水浴槽和内槽；内槽设在恒温水浴槽内，肠管固定装置设在内槽内；

实验时，离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽内部，肠管和内槽内填充有Krebs-Ringer缓冲液，恒温水浴槽将Krebs-Ringer缓冲液的温度维持在37±0.1℃，视频采集装置将采集到的结肠移行性复合运动的视频数据传输至数据处理终端。

优选地，肠管固定装置包括肠管支撑管、两个直角弯管和两个弹性固定圈；两个直角弯管分别固定在内槽内部两侧，两个直角弯管的竖直段伸出内槽，水平段相对放置；实验时，离体结肠肠管的两端分别套在两个直角弯管的水平段上并通过弹性固定圈固定，肠管支撑管穿套在离体结肠肠管内，并且肠管支撑管的两端分别***两个直角弯管的水平段内。

进一步优选地，直角弯管水平段的管口直径为肠管支撑管直径的1.5～2.0倍。

进一步优选地，内槽内两侧分别设有平台，直角弯管的水平段固定在平台上，竖直段固定在内槽的侧壁上，平台上设置有用于固定弹性固定圈的固定结构。

进一步优选地，肠管固定装置还包括双头挂钩，双头挂钩的一端与弹性固定圈连接，另一端挂在内槽的侧壁上。

进一步优选地，内槽的侧壁上设有用于定位和固定直角弯管竖直段的管槽。

优选地，视频采集装置包括摄像头和固定架，固定架固定在恒温水浴槽或内槽上，固定架上设置有十字滑台，摄像头固定在十字滑台的滑块上。

进一步优选地，摄像头为全高清摄像头。

优选地，数据处理终端内置有能够对视频采集装置采集到的结肠移行性复合运动的视频数据进行视频帧预处理、二值化的程序，将数据转化为肠道各点直径随时间变化的数据，生成时空图。

本发明公开了采用上述监测结肠移行性复合运动的实验装置进行结肠移行性复合运动监测的方法，包括以下步骤：

步骤1：打开恒温水浴槽，维持水浴温度37±0.1℃；将37℃的Krebs-Ringer 缓冲液倒入内槽中，通入95％O₂+5％CO₂；

步骤2：将处理完毕的离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽内，向离体结肠肠管内注入Krebs-Ringer缓冲液，使离体结肠肠管充盈，平衡15～30min；

步骤3：使用视频采集装置采集离体结肠肠管的移行性复合运动的视频数据，并传输至数据处理终端进行处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种监测结肠移行性复合运动的实验装置，通过肠管固定装置将离体结肠肠管固定在Krebs-Ringer缓冲液中，通过恒温水浴槽将 Krebs-Ringer缓冲液的温度维持在37±0.1℃，通过视频采集装置对离体结肠肠管的CMMC进行视频采集，然后通过数据处理终端对采集到的视频数据进行处理，得到所需的结果后进行后续的分析研究。该装置除必要的设备外，没有过于复杂的设备和结构，最大程度地减少了对肠道组织外界干扰，保证了肠道生理功能的正常运行；而且克服了使用张力换能器不能传导肠道运动在多个方向上的变化，且肠道运动要达到一定的幅度才能被传感器所捕捉、缺乏灵敏性等缺点。该装置结构设计合理，对实验操作者的技术水平要求较低，提高了实验的一致性和可重复性。

进一步地，肠管固定装置采用肠管支撑管、直角弯管和弹性固定圈配合，能够在不造成机械损伤的前提下对离体结肠肠管进行可靠地固定，使离体结肠肠管能够保持自由的伸长状态，便于进行监测；同时，不需要针线缝合，不需要特定的、价格昂贵的组织黏合剂，减少了对肠道组织的化学刺激。同时，可以通过直角弯管竖直段的管口向离体结肠肠管内注入Krebs-Ringer缓冲液，操作简便。

更进一步地，直角弯管水平段的管口直径为肠管支撑管直径的1.5～2.0倍，一方面可以避免肠管支撑管产生过大的位移，维持离体结肠肠管的稳定性；另一方面，便于注入的Krebs-Ringer缓冲液进入离体结肠肠管。

更进一步地，内槽内两侧分别设有平台，使直角弯管的水平段能够稳定地固定在平台上，而竖直段固定在内槽的侧壁上，形成90°的可靠支撑，同时，通过固定结构对弹性固定圈进行固定，多方面的提高了离体结肠肠管的稳定性。

更进一步地，双头挂钩的一端与弹性固定圈连接，而弹性固定圈又与平台上的固定结构连接，另一端挂内槽的侧壁上，形成了稳定的三角形，对肠管固定装置和离体结肠肠管进行了可靠地固定。

更进一步地，内槽的侧壁上的管槽，可以对直角弯管的竖直段进行有效的定位和固定，避免直角弯管在实验中产生位移，影响实验监测结果。

更进一步地，摄像头固定在十字滑台的滑块上，能够实现摄像头的两方向位移，便于调整摄像头的位置。

更进一步地，摄像头为全高清摄像头，一般分辨率为1920×1080，能够清晰地采集到分辨率高的视频数据，使后续的数据处理得出的结果更加精确。

更进一步地，数据处理终端内置的程序对视频数据进行处理后，最终的实验监测结果以视频和时空图的形式展现，准确直观，便与后续的研究和分析。

本发明公开的采用上述监测结肠移行性复合运动的实验装置进行结肠移行性复合运动监测的方法，操作简便，不需要实验操作者具有很高的专业技术水平，实验的一致性和可重复性好，实验操作和分析方法易于掌握。

附图说明

图1为本发明的内槽和恒温水浴槽内的整体结构示意图；

图2为本发明的内槽的结构示意图；

图3为本发明的内槽的俯视结构示意图；

图4为本发明的内槽置于恒温水浴槽内的俯视结构示意图；

图5为本发明的***构成示意图；

图6为采用本发明采集到的视频数据在Matlab程序下生成的时空图；

图7为采用本发明采集到的视频数据在Matlab程序下生成的模式图。

图中：1-数据处理终端，2-固定架，3-视频采集装置，4-恒温水浴槽，5-内槽，6-平台，7-固定结构，8-管槽，9-直角弯管，10-双头挂钩，11-弹性固定圈， 12-肠管支撑管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1、图5，为本发明的监测结肠移行性复合运动的实验装置，包括视频采集装置3、肠管固定装置、恒温水浴槽4和内槽5；内槽5设在恒温水浴槽4 内，肠管固定装置设在内槽5内；实验时，离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽5内部，肠管和内槽5内填充有Krebs-Ringer缓冲液，恒温水浴槽4将Krebs-Ringer缓冲液的温度维持在37±0.1℃，视频采集装置3 将采集到的结肠移行性复合运动的视频数据传输至数据处理终端1。

如图4，视频采集装置3包括摄像头和固定架2，固定架2固定在恒温水浴槽4或内槽5上，固定架2上设置有十字滑台，摄像头固定在十字滑台的滑块上。摄像头采用1920×1080分辨率的全高清摄像头。

肠管固定装置可以采用多种方案实现，可以在内槽5内壁固定两个固定柱，将离体结肠肠管的两端套在固定柱上然后用绑扎线将离体结肠肠管与固定柱固定。下面提供一种优选的方案：

肠管固定装置包括肠管支撑管12、两个直角弯管9和两个弹性固定圈11；两个直角弯管9分别固定在内槽5内部两侧，两个直角弯管9的竖直段伸出内槽5，水平段相对放置；实验时，离体的结肠肠管的两端分别套在两个直角弯管9的水平段上并通过弹性固定圈11固定，肠管支撑管12穿套在离体的结肠肠管内，并且肠管支撑管12的两端分别***两个直角弯管9的水平段内。直角弯管 9水平段的管口直径一般为肠管支撑管12直径的1.5～2.0倍。

如图2、图3，内槽5内两侧分别设有平台6，直角弯管9的水平段固定在平台6上，竖直段固定在内槽5的侧壁上，平台6上设置有用于固定弹性固定圈11的固定结构7。固定结构7可以采用如下形式：在平台上开设两个缺口，弹性固定圈11可以挂在两个缺口之间的窄条上；也可以在平台上固定一凸起的窄条，弹性固定圈11挂在该窄条上。

肠管固定装置可以增加双头挂钩10，双头挂钩10的一端与弹性固定圈11 连接，另一端挂在内槽5的侧壁上。内槽5的侧壁上设有用于定位和固定直角弯管9竖直段的管槽8；也可以在内槽5的侧壁上固定若干弹性管夹，也能起到良好的定位与固定作用。

采用上述监测结肠移行性复合运动的实验装置进行结肠移行性复合运动监测的方法，包括以下步骤：

步骤1：打开恒温水浴槽4，维持水浴温度37±0.1℃；将37℃的Krebs-Ringer 缓冲液倒入内槽5中，通入95％O₂+5％CO₂；

步骤2：将处理完毕的离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽5内，向离体结肠肠管内注入Krebs-Ringer缓冲液，使离体结肠肠管充盈，平衡15～30min；

步骤3：使用视频采集装置3采集离体结肠肠管的移行性复合运动的视频数据，并传输至数据处理终端1进行处理。

数据处理终端1内置有能够对视频采集装置3采集到的结肠移行性复合运动的视频数据进行视频帧预处理、二值化的程序，将视频数据转化为肠道各点直径随时间变化的数据，以时空图表现，根据时空图计算得出：结肠移行性复合运动的频率、收缩间隔时间、收缩持续时间、收缩幅度、收缩范围和结肠移传播速度。

下面以一个具体实施例为例，对发明进行进一步的解释，实施例中所采用的部分部件为采用现成的医疗器械制成，是便于本领域技术人员理解，并且可以就地取材，但不可理解为是对该部件的限定：

内槽5中的每侧平台7上均开有两个宽约1mm的凹槽，两个凹槽相距约 3mm，用于弹性固定圈11的固定；肠管支撑管12采用外径1mm的毛细玻璃管，直角弯管9采用普通滴管烧制而成，水平段的管口直径略大于毛细玻璃管；弹性固定圈11通过剪裁橡皮管所得，内径约3～4mm，宽约1～2mm；双头挂钩10 采用回形针改制而成，展开后形成S形的双头挂钩。

实验时，先将小鼠脱颈安乐死后，沿腹正中线打开腹腔，从回盲部及直肠最远端离断肠管，并修剪肠系膜；然后将离体结肠肠管浸泡于37℃的 Krebs-Ringer缓冲液中，清理结肠内容物；37℃的Krebs-Ringer缓冲液倒入内槽 5中，通入95％O₂+5％CO₂；将离体结肠肠管套于毛细玻璃管上，两个橡皮圈分别套于离体结肠肠管两端外，在离体结肠肠管一侧将S形回形针一端勾于橡皮圈上，拖动橡皮圈的同时将橡皮圈套入平台7的凹槽中，而后将离体结肠肠管用镊子推入橡皮圈约2-3mm，拉动S形回形针，使得其另一端勾于内槽5侧壁，起到固定作用；平衡15～30min后开始记录结肠移行性复合运动；将高清摄像头固定于离体结肠肠管正上方7～8cm处，以确保肠管位于视野正中，录制若干个时间段的视频，保存为avi格式或其他常用视频格式，用于后期数据分析；使用 Matlab编写的程序对视频帧预处理、二值化，将视频资料转化为时间空间相关的肠道直径大小，绘制时空图，根据时空图计算相关参数，包括：结肠移行性复合运动的频率、收缩间隔时间、收缩持续时间、收缩幅度、收缩范围、结肠移传播速度。

如图6，为采用本发明采集到的视频数据在Matlab程序下生成的时空图，反映15分钟内发生结肠移行性复合运动情况。从图中可以得出，15min内该肠管一共发生结肠移行性复合运动6次，传播范围约93％。

如图7，为采用本发明采集到的视频数据在Matlab程序下生成的模式图，反映距肠管口端1cm处，结肠直径随时间变化的情况。

根据得出的时空图和模式图，可以进一步得出其它数据结果。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的***所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，包括视频采集装置(3)、肠管固定装置、恒温水浴槽(4)和内槽(5)；内槽(5)设在恒温水浴槽(4)内，肠管固定装置设在内槽(5)内；

肠管固定装置包括肠管支撑管(12)、两个直角弯管(9)和两个弹性固定圈(11)；两个直角弯管(9)分别固定在内槽(5)内部两侧，两个直角弯管(9)的竖直段伸出内槽(5)，水平段相对放置；实验时，离体结肠肠管的两端分别套在两个直角弯管(9)的水平段上并通过弹性固定圈(11)固定，肠管支撑管(12)穿套在离体结肠肠管内，并且肠管支撑管(12)的两端分别***两个直角弯管(9)的水平段内；内槽(5)内两侧分别设有平台(6)，直角弯管(9)的水平段固定在平台(6)上，竖直段固定在内槽(5)的侧壁上，平台(6)上设置有用于固定弹性固定圈(11)的固定结构(7)；肠管固定装置还包括双头挂钩(10)，双头挂钩(10)的一端与弹性固定圈(11)连接，另一端挂在内槽(5)的侧壁上；

实验时，离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽(5)内部，肠管和内槽(5)内填充有Krebs-Ringer缓冲液，恒温水浴槽(4)将Krebs-Ringer缓冲液的温度维持在37±0.1℃，视频采集装置(3)将采集到的结肠移行性复合运动的视频数据传输至数据处理终端(1)。

2.根据权利要求1所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，直角弯管(9)水平段的管口直径为肠管支撑管直径的1.5～2.0倍。

3.根据权利要求1所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，内槽(5)的侧壁上设有用于定位和固定直角弯管(9)竖直段的管槽(8)。

4.根据权利要求1所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，视频采集装置(3)包括摄像头和固定架(2)，固定架(2)固定在恒温水浴槽(4)或内槽(5)上，固定架(2)上设置有十字滑台，摄像头固定在十字滑台的滑块上。

5.根据权利要求4所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，摄像头为全高清摄像头。

6.根据权利要求1所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置，其特征在于，数据处理终端(1)内置有能够对视频采集装置(3)采集到的结肠移行性复合运动的视频数据进行视频帧预处理、二值化的程序，将数据转化为肠道各点直径随时间变化的数据，生成时空图。

7.采用权利要求1～6任意一项所述的监测结肠移行性复合运动的实验装置进行结肠移行性复合运动监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打开恒温水浴槽(4)，维持水浴温度37±0.1℃；将37℃的Krebs-Ringer缓冲液倒入内槽(5)中，通入95％O₂+5％CO₂；

步骤2：将处理完毕的离体结肠肠管通过肠管固定装置以自然伸直状态固定在内槽(5)内，向离体结肠肠管内注入Krebs-Ringer缓冲液，使离体结肠肠管充盈，平衡15～30min；

步骤3：使用视频采集装置(3)采集离体结肠肠管的移行性复合运动的视频数据，并传输至数据处理终端(1)进行处理。

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