專利名稱：氣壓式壓力測頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測量生理液體壓力的器件，具體是涉及氣壓式壓力測頭。
先有技術的氣壓式壓力測頭-也稱為壓力計(眼壓計)-通常是壓平式或力平衡式壓力感測器件。壓平式壓力傳感器通過測量壓平一個在包裹著液體的表面上的預定面積所需的力而進行工作。
授予韋勃的美國專利3，714，819號示出了一種有代表性的先有技術壓力計。這個器件使用一個設置有由驅動該活塞的氣體操縱的感測頂端的氣動活塞。在該器件應用在其上的器官-例如一只眼-和該器件本身的感測頂端之間維持著力的平衡。即是，感測頂端上的膜片推靠眼睛的力等于在器件內的氣體推靠驅動感測頂端的活塞的力。
在授予韋勃的美國專利3，714，819號描述的氣壓式傳感器中，用來保證讀數(shù)穩(wěn)定的方法是提供一個圓筒形裝置給測頭讓后者通過氣壓裝設在前者內進行運動，有一條泄漏途徑讓工作氣體從汽缸通過活塞到達頂端。活塞可活動地裝在汽缸的一個多孔的透氣軸承里，這軸承是一個多孔青銅軸套，它提供一層氣體薄膜，活塞可以在膜上面走動，摩擦很小。通過在壓力室內加入一個凸緣防止自由活動的活塞脫離其支座。穿過多孔青銅軸套的氣流，部分進入壓力室，部分沿著活塞排入大氣。在這兩個通道的氣流分配在敞開在大氣中時差不多是相等的，但是進行壓力測量時就變成不相等。這個不相等是從壓力室內發(fā)展的反壓形成的。這種通用型的測頭也描述在“實驗眼科研究”1975年20期，167至172頁，沃克和蘭厄姆所寫的文章里。
用上述經過改進的、帶有一個自由活動的活塞的測頭來測量眼睛里的液壓，可能發(fā)生的誤差是很明顯的。首先，活塞頂靠眼睛的運動引起眼內壓力提高，即是所要測量的壓力起變化。這個眼內壓力的提高是由于在壓力室內發(fā)展的壓力作用到活動活塞的凸緣上而引起的。這個凸緣起阻擋作用，阻止活塞從測頭完全脫離開。施加到凸緣上的壓力傳送到活動活塞的跟角膜接觸的觸板上。作用在此觸板上的力隨著壓力室內發(fā)展的壓力而增加，這個壓力又是眼內壓力的函數(shù)，也是測頭的機械增益的函數(shù)(機械增益表示眼內壓力對壓力室的壓力的比)。先有技術測頭的這個比是在0.5的等級。
由于活塞頂靠人與動物的眼睛的運動引起的對眼內壓力的干擾概括在

圖1、2、3與4中。圖1(a)至1(d)示出在使用壓力傳感器期間在一個人眼內部錄得的壓力。圖1(a)與1(c)示出先有技術氣體軸承氣壓式測頭將眼內壓力提高了6mm水銀柱，即是從設定的15mm水銀柱的IOP(眼內壓力)值升到在測頭使用到眼睛上的期間的21mm水銀柱。與此對比，圖1(b)與1(d)示出本發(fā)明的測頭只將設定的15mm水銀柱的IOP提高了不到1mm水銀柱。
使用先有技術測頭在兔子與貓的眼睛上對其IOP的干擾更為嚴重，如圖2(a)與2(b)分別所示。例如圖2(a)示出在平均IOP為20mm水銀柱的兔子，用先有技術測頭使壓力增高到超過30mm水銀柱。
在使用氣體軸承氣壓式測頭的眼內壓力測量中的第二個誤差源導致標定曲線的明顯的彎曲(圖3與4)。這是由于在眼內壓力提高的情況下通過壓力室的氣流的流損增高了。提高的眼內壓力引起一個對氣流的節(jié)流作用，并且氣體直接排入大氣的量也因而按比例增高了。這個流損的大小，因而標定曲線的非線性，跟排氣通路的幾何結構有密切的關系。在實踐中，這是很難控制的，因而測頭的曲線可能有顯著的差別。
這個誤差源在本發(fā)明的測頭中通過排除了氣體軸承的活塞裝置而消除了。圖3與5示出使用本發(fā)明的測頭由于消除了這種氣體泄漏而導致線性的人眼標定曲線。
因此，希望提供一種避免了先有技術器件的固有誤差并提供一個快速并準確的透過體膜測量液體壓力的裝置的氣壓式壓力測頭。本發(fā)明滿足了這些要求。
本發(fā)明是一種提供比較快速而準確的器官-例如眼睛或血管-內液體壓力的測量而不使該器官本身發(fā)生畸變的氣壓式壓力測頭。該測頭使用一個接觸著該器官但不在其上┘右蟛畹牧Φ拇釁魍貳 本發(fā)明的氣壓式壓力測頭包括有一個界定一個壓力室的空心手柄和一個可滑動地容納在該手柄內的可縮進的空心軸?？招妮S的近端跟壓力室連通但不被在該室內發(fā)展的壓力所影響。一個傳感器頭裝在空心軸的遠端上，并界定一個接觸面和一個腔穴，這腔穴提供一個伸展到并終止在一個在接觸面內的感測孔口的通氣室。此感測孔口可以有選擇地用一個膜片復蓋著?？招妮S伸展進入此腔穴并端接著一個基本上跟由接觸面構成的平面共面的推力管咀。
在使用中，接觸面放置在包圍著一個器官-如眼睛-的膜上面跟它接觸但不使它發(fā)生畸變。從推力管咀排出的氣體的推力施加一個有限的力到貼近推力管咀那部分膜的上皮而不使內皮的形狀發(fā)生畸變。結果是，沒有力施加到其壓力要進行測量的體液上。這在圖1(b)與1(d)內進行說明，在其中人眼的眼內壓力在測頭作用在眼睛上時被記錄下來，眼內壓力為15mm水銀柱?？梢钥吹?，測頭使眼內壓力提高不到1mm水銀柱。
但是，空心軸允許傳感器頭相對于手柄活動，從而抵消了操作者手部活動的影響。
患者在測量液體壓力過程中可以站著、坐著或仰臥著。
從下面的本發(fā)明的詳細描述、附帶的示例、附圖與權利要求中，本發(fā)明的許多其它優(yōu)點與特點將會很快顯露出來。
圖1(a)至1(d)是一個先有技術的氣壓式壓力測頭和一個本發(fā)明的壓力測頭的性能數(shù)據(jù)的圖解表示。圖1(a)與1(c)是一個先有技術氣體軸承氣壓式測頭的性能數(shù)據(jù)的圖解表示，示出了當先有技術測頭接觸眼睛時IOP明顯增高。圖1(b)與1(d)是本發(fā)明的測頭的性能數(shù)據(jù)的圖解表示，示出當本發(fā)明的測頭接觸眼睛時IOP的增高是最小的。
圖2(a)與2(b)分別是用一個先有技術氣壓式壓力測頭去測量兔子與貓的眼睛的性能數(shù)據(jù)的圖解表示。中間開口的點子代表由先有技術壓力測頭測定的眼內壓力。中間涂黑的點子代表不存在壓力干擾的情況下的眼內壓力的數(shù)值。這兩種點子之間的壓力差表示由于先有技術測頭接觸眼睛所引起的壓力增高。數(shù)據(jù)取自“實驗眼科研究”1984年39期，791至805頁，哈蒙德與巴塔卻基寫的文章。
圖3是使用一個先有技術氣壓式壓力測頭與一個本發(fā)明的壓力測頭的性能數(shù)據(jù)的圖解表示，示出在同一人眼上使用先有技術氣體軸承測頭與本發(fā)明測頭的標定數(shù)據(jù)的比較。
圖4是使用一個先有技術氣壓式壓力測頭的性能數(shù)據(jù)的圖解表示，示出設定眼內壓力跟使用一個先有技術氣體軸承測頭在十個摘出人眼上記錄所得的眼內壓力的關系。結果是取自“實驗眼科研究”1978年27期，17至25頁，差厄姆與托梅寫的文章。
圖5是設定眼內壓力跟使用本發(fā)明測頭在十個摘出人眼上記錄所得的壓力的關系的圖解表示。
圖6(a)與6(b)是使用一個實施本發(fā)明的測頭在一個坐著的有知覺的人體上所得的眼內壓力的記錄的圖解表示。圖6(a)示出在一個沒有受干擾的眼睛內的眼內壓力脈沖，而圖6(b)則示出在同一眼睛內眼內壓力等于臂動脈壓力的一半的眼內壓力脈沖。
圖7是一個體現(xiàn)本發(fā)明的氣壓式壓力測頭的透視圖。
圖8是沿圖7的8-8平面切取的斷開的剖視圖，示出體現(xiàn)本發(fā)明的氣壓式壓力測頭的傳感器頭和部分手柄的內部細節(jié)。
圖9是體現(xiàn)本發(fā)明的傳感器頭的一個放大透視圖。
圖10是體現(xiàn)本發(fā)明的傳感器頭的另一設計方案的剖視圖。
圖11是體現(xiàn)本發(fā)明的手柄的另一設計方案的斷開的剖視圖。
圖12是一個斷開的剖視圖，示出裝在一個體現(xiàn)本發(fā)明的氣壓式壓力測頭的手柄里的可伸縮空心軸。
圖13是一個斷開的剖視圖，示出裝在一個體現(xiàn)本發(fā)明的氣壓式壓力測頭的手柄里的回行軸向可收縮空心軸。
圖14是圖8的傳感器頭作用在眼的角膜上的斷開的放大剖視圖。
圖15是圖10的傳感器頭作用在眼的角膜上的斷開的放大剖視圖。
盡管本發(fā)明允許有很多不同形式的實施例，本發(fā)明將按最佳實施例進行描繪與描述。但是應當理解到在此公開的只是作為本發(fā)明的原理的示范，并不意味著將本發(fā)明限制在所述的實施例內。
圖7至9示出本發(fā)明的一個實施例-一個氣壓式壓力測頭12。這氣壓式壓力測頭12包括有一個空心長形手柄14，一個空心長形并可縮進的軸24，這空心軸24具有一個近端26(圖8)伸展進入手柄14內，和一個傳感器頭34裝在空心軸24的遠端32上。
手柄14在其內界定一個壓力室16。一個加壓氣體通道18跟這壓力室連通并適應于可控制地跟一個常規(guī)加壓氣源(未示出)連接以對壓力室16加壓。一個節(jié)流裝置22在加壓氣體通道18內將氣流進行調節(jié)以在氣源與壓力室16之間產生一個壓力梯度。這壓力梯度保證氣流恒定，使它在器件使用時由在壓力室16內發(fā)展的壓力對它影響最小。節(jié)流裝置22也可以設置在氣源與壓力室之間的另外地方，也可以取消掉。一個氣體出口通道20跟壓力室16連通并適應于跟一個常規(guī)壓力傳感器(未示出)連通以測量壓力室16內的壓力。
空心手柄14還在其內界定一個阻尼室28。空心軸24伸展穿過這阻尼室。同時空心軸24通過可滑動地容納在手柄內而可相對于手柄24縮進，這就允許接觸面36跟體膜保持比較穩(wěn)定的接觸，盡管操作者手部有明顯可見的活動?？招妮S24藉以縮進的機構并不是很嚴格的，只要它不影響要測量的液體壓力?？招妮S24的近端26跟壓力室16連通。在壓力室16與阻尼室28之間基本上沒有氣體泄漏。一個附加在空心軸24上的運動限制裝置30限制傳感器頭34相對于手柄14的運動。一個最佳的運動限制裝置30是一個具有較低摩擦系數(shù)的盤(例如一個用商品名為“特氟隆”的固體鹵代烴聚合物制成的盤)。因為這盤是設在阻尼室28內，流動氣體不施加力于其上，因此這盤只限制傳感器頭34的運動但并不傳遞任何力量到傳感器頭上。
傳感器頭34界定一個基本上是平的接觸面36和一個提供一個伸展到并終止于一個在接觸面36里面的感測孔口38的通氣室44。圓周通氣口42設置在傳感器頭34內并與通氣室44連通。推力管咀40是空心軸24的延續(xù)并伸展穿過通氣室44。推力管咀最好跟接觸表面36共面，但是也可以從由接觸面36構成的平面稍為后退一點。這后退量可以達到約0.005英寸(0.013mm)。
盡管接觸面36可以直接作用到體膜的壁上，但是在有些情況下不希望如此。在這些情況下，用一塊通常約為5至10微米厚的光滑硅橡膠保護膜片70不帶張力地裝在接觸面36上。這保護膜片70用一個在這里示出為一個卡夾48的膜片夾持裝置夾持就位，這卡夾在接觸面后面跟圓周槽46配合。這個卡夾也可以跟膜片做在一起。通氣室44通過空心軸24和它的端頭的推力管咀40跟壓力室16連通。
圖10示出一個不用保護膜片的傳感器頭的另一個實施例134。推力管咀140基本上跟由接觸面136構成的平面共面。
圖11示出手柄的另一個實施例214。在此特定實施例中，手柄214只界定一個壓力室216，但沒有阻尼室。跟壓力室216連通的是可滑動地容納在手柄214的中心孔225內的可縮進軸224的近端226。
圖12與13示出圖7至9所示的空心長形可縮進軸24的另外的實施例。在圖12中，軸324由互相作用的構件352、354與356組成，這些構件互相配合讓軸324可以正反方向伸縮。在圖13中，軸424有一個允許縮進的回行可收縮段460。
本發(fā)明的器件的操作具體連系著圖14示出，圖14只作為示范，在圖上示意地示出本發(fā)明的傳感器頭在測量眼睛內的眼內壓力(IOP)。從上述壓力室流出的總氣流通過空心軸24導向傳感器頭34，在那里氣體從推力管咀40排出。被膜片70蓋住的接觸面36被放置靠著眼睛的角膜62的上皮64。從推力管咀出來的推力施加一個力到上皮64貼近推力管咀40的區(qū)域上。隨著壓力在通氣室44內建立，上皮64的被感測孔口38圈住的區(qū)域內的曲度稍為減小一些，但是內皮66的曲率半徑保持基本上不變。上皮64施加一個反作用力到從推力管咀40排出的氣體上。這個力接著在諸如圖8內的室16這樣的壓力室內產生一個壓力。裝設在氣體出口通道上的壓力傳感器測量壓力室內的壓力。氣體通過通氣口42離開傳感器頭34。盡管用來確定眼內壓力那個區(qū)域的曲度降低了，但怯捎諛諂 6沒有被壓平，眼睛的前房72(在角膜后的腔室)的形狀和其內的壓力不因使用壓力測頭而受影響。
由傳感器測出的壓力室內的壓力基本上相應于眼內的瞬時壓力。因此眼內的壓力波動可以很快被監(jiān)測出來并被記錄下來。這樣，患者的眼睛可以被利用來作為一個適用于監(jiān)測不只IOP而且也監(jiān)測患者的循環(huán)系統(tǒng)的、埋設在患者機體內的傳感器。要測量IOP，通過推力管咀40的氣流流率就要調整到使它能夠提供一個足夠的推力靠著眼睛的角膜62使角膜62的上皮64的曲度降低而不將內皮66壓平。在測量過程中，在通氣室44內的壓力，從而跟它連通的壓力室內的壓力，被維持在一個高于大氣壓的基本上恒定的壓力水平上。這樣，被測頭檢測出的瞬時壓力波動就能夠很快被測出并記錄下來。推力管咀40與通氣室44現(xiàn)有的結構形狀也有可能將檢測出來的瞬時波動放大。特別是，已經發(fā)現(xiàn)增益是跟角膜接觸的推力管咀40的面積的函數(shù)。對IOP的測量，最好用一個約為2至3的增益。這里所用的“增益”是指表示成IOP對在測量器件內部的壓力的比的機械增益。
當傳感器頭134如圖15所示那樣使用時，即不帶保護膜片，所連帶的氣體通道、壓力室、空心軸124、通氣口142、氣體出口通道和壓力傳感器跟前述一樣地工作。從推力管咀140排出的氣體的推力稍為降低了貼近推力管咀140的上皮64的曲度但不影響內皮66的曲度。只有貼近推力管咀140的上皮的區(qū)域受影響。
本發(fā)明的壓力測頭在診斷中用來確定IOP與IOP的波動、即眼壓振幅(PA)，是特別有用的。
眼睛灌流壓力(流過眼睛的液體的壓力)的情況也可以從IOP與PA估計出來。為此目的，患者可以在測量壓力的過程中采取任何的舒服位置。在這方法中，患者的眼睛的PA可以記錄在正常IOP狀態(tài)下。然后將IOP提高到臂部動脈隨心臟收縮所產生的壓力的一半。提高IOP的便利的方法包括用一個真空裝置對眼睛施加吸力，或者用指壓上下眼瞼。在這提高IOP狀態(tài)下記錄下PA。對其眼睛灌流壓力等于或超過正常值的眼睛，在完全相同的狀態(tài)下的成雙的眼睛的PA數(shù)值是對稱的，并且在提高IOP狀態(tài)下的PA數(shù)值約為起始數(shù)值的50%。
另一方面，對患有內頸動脈狹窄、忍受眼動脈壓力及眼睛灌流壓力的患者，反映出來的是PA降低。如只有一只眼受影響，在完全相同狀態(tài)下的一對眼睛的PA就不會是對稱的。在提高IOP狀態(tài)下，受影響的眼睛的PA大大低于起始數(shù)值并且可能降到零。PA為零表示眼動脈壓力低于IOP。這個方法使對顯示頸動脈與眼動脈的狀態(tài)的眼睛灌注壓力進行快速估計成為可能。
本發(fā)明的氣壓式壓力測頭的準確度取決于保持一個幾乎是恒定的氣流通過傳感器頭。如果這個達到了，在眼內壓力跟在壓力室內的壓力之間的關系就成線性關系，如圖5所示。這個線性關系沒有發(fā)現(xiàn)過存在在空氣軸承壓力測頭中，這從圖4可以看出。在圖4中，眼內壓力水平增高就會出現(xiàn)對線性的偏離。
以上的詳細說明只是作為解說性的而并非限制性的。還有其他在本發(fā)明的精神和范圍內的變化是可能的，而且內行人很快就會發(fā)現(xiàn)。
權利要求
1.一種氣壓式壓力測頭，其特征在于它含有一個空心長形手柄，在其內界定一個壓力室、一個加壓氣體通道跟該壓力室連通并適應于可控制地跟一個加壓氣源連接以對壓力室加壓、和一個氣體出口通道跟壓力室連通并適應于跟一個壓力傳感器裝置連通，一個空心長形并容納在該手柄內可縮進的軸，此軸具有一個近端伸展進入該壓力室內而其遠端伸展越出手柄，和一個傳感器頭裝到該空心軸的遠端上并界定一個基本上是平的接觸面用來放置在一個器官的上皮上、一個提供一個伸展到并終止在一個在接觸面里的感測孔口的通氣室的腔穴、和圓周通氣裝置跟這腔穴連通，該軸的遠端伸展進入該腔穴一段固定距離并終接有一個基本上跟由該接觸面構成的平面共面但不伸展越出該平面的推力管咀，和該壓力室通過該空心軸跟該腔穴連通。
2.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該推力管咀從由接觸面構成的平面后退一個達約0.005英寸(0.013cm)的距離。
3.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該傳感器頭還含有一個保護膜片夾持裝置用來將一塊可卸下的保護膜片夾持在蓋著該接觸面的位置上。
4.按權利要求3的氣壓式壓力測頭，其特征在于該保護膜片夾持裝置由傳感器頭界定為一個圓周槽并且該保護膜片夾持裝置還含有一個可拆下地跟該槽配合的一個卡夾。
5.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該空心軸可滑動地容納在該手柄內。
6.按權利要求5的氣壓式壓力測頭，其特征在于還含有一個運動限制裝置用來限制該傳感器頭相對于該手柄的運動。
7.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該手柄還在其內界定一個阻尼室，該空心軸的該近端伸展穿過該阻尼室并進入該壓力室
8.按權利要求7的氣壓式壓力測頭，其特征在于該空心軸可滑動地容納在該手柄內。
9.按權利要求8的氣壓式壓力測頭，其特征在于還含有一個運動限制裝置跟該軸連在一起用來限制該傳感器頭相對于該手柄的運動。
10.按權利要求9的氣壓式壓力測頭，其特征在于該運動限制裝置設置在該阻尼室內。
11.按權利要求10的氣壓式壓力測頭，其特征在于該運動限制裝置是一個附加到該空心軸上的一個盤。
12.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該空心軸是一個可伸縮的空心軸。
13.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該空心軸是一個回行可收縮的空心軸。
14.按權利要求1的氣壓式壓力測頭，其特征在于該加壓氣體通道包括有一個節(jié)流裝置用來在該氣源與該壓力室間產生一個壓力梯度。
15.一個用于氣壓式壓力測頭的傳感器頭，其特征在于該傳感器頭含有一個一端敞開并界定一個基本上是平的接觸面用來放置在一個器官的上皮上，一個提供一個伸展到并終止于一個在該接觸面里的感測孔口的通氣室的腔穴，一個伸展進入該腔穴并終接有一個基本上跟由該接觸面構成的平面共面但不伸展越出該平面的推力管咀，和圓周通氣裝置跟該腔穴連通。
全文摘要
一種快速而準確地跨在體膜上測量器官內液體壓力而不對該器官本身加壓的氣壓式壓力測頭，此氣壓式壓力測頭包括一個通過一空心軸可活動地裝到界定有一壓力室的手柄上的傳感器頭。此傳感器頭界定一個其內設有一個通過空心軸跟壓力室連通的推力管嘴的通氣室。從推力管嘴排出的氣體將通氣室加壓并施加最小的力到其內的液體壓力需要測定的體膜的上皮上。通過室內的壓力通過推力管嘴傳遞到壓力室并通過一個壓力傳感器進行監(jiān)測。
文檔編號A61B3/16GK1032900SQ8810769
公開日1989年5月17日 申請日期1988年11月5日 優(yōu)先權日1987年11月5日
發(fā)明者莫里斯·E·蘭厄姆 申請人:眼血流實驗室有限公司