实验动物空腔脏器耐压力学测试系统

嵇承栋 李 桢 郑 风 秦海庆 许 畅

1(上海市杨浦区中心医院麻醉科，上海 200090)

2(上海市杨浦区中心医院普外科，上海 200090)

3(上海理工大学医疗器械专科学校，上海 200090)

4(上海市杨浦区中心医院科研管理部，上海 200090)

引言

在医学临床实践中，空腔脏器，尤其是结直肠吻合口愈合不良，甚至吻合口漏时有发生，给患者身心造成严重后果［1－2］。为探索结直肠吻合口漏发生的相关因素、降低吻合口漏的发生率，人们进行了许多动物实验［3－5］，但在实验中精确测定结直肠吻合口处肠管所能承受的压力，即吻合口破裂压，一直没有很好的实验手段。试验多采用的是水银或气囊加压测压器［5－7］，用人眼观察吻合口所能承受的压力，难免会造成较大的实验误差，影响实验结果的可靠性。

近年来，为缓解手术后疼痛，非甾体类抗炎镇痛药物被越来越广泛地应用于术后镇痛［8－9］，且非甾体类抗炎镇痛药可能引起的不良作用已引起人们的重视［10－11］。但此类药物对结直肠手术后吻合口愈合的影响，即非甾体类抗炎镇痛药是否会增加结直肠吻合口漏的发生率，文献报道不一［6－7，11－12］。在非甾体类抗炎镇痛药对实验大鼠结肠吻合口愈合影响的实验中，为精确地测量出吻合口可以承受的最大压力，本研究设计并实现了实验动物空腔脏器耐压力测试系统。

1 系统装置组成

本系统所涉及实验动物组织耐压测试装置包括双通管、三通管、加压模块和压力检测记录模块，测试记录软件及电脑。图1为压力测试装置示意图，可见三通管分别与双通管、加压模块和压力检测记录模块相连。根据测试肠管或其它空腔脏器最大耐压范围的不同，确认具体实验时的压力范围(大鼠结肠的压力范围为0～0.2 MPa)，压力传感器为单硅片压力传感器(40PC015G，Honeywell公司，美国)。压力测试系统图见图2，由实验动物空腔脏器耐压力学测试装置与一台装有测压软件的计算机组成。

图3所示带凹槽的接肠管或其它组织双通管采用无毒害尼龙材料制作，一端通过乳胶管接三通接头，另一端接受试肠管或其它组织;该双通管可按肠管或其它组织管径的不同而做成多种规格，以适合不同实验之需。

在使用本系统装置进行耐压实验时，压力检测记录模块可以实时记录压力数据，并在电脑显示屏上显示、记录，从而使实验过程变得简单，观测更加直观。

图1 压力测试系统示意图Fig.1 Pressure test system diagram

图2 压力测试系统组成Fig.2 Pressure test system components

2 系统工作原理

该系统包括双通管、三通管、加压模块和压力检测记录模块，双通管一端连接三通管，另一端连接实验动物组织。

图3 双通连接管示意图Fig.3 Double-pass connecting pipe diagram

压力检测记录模块包括压力传感器、数据采集卡和压力数据显示仪，该系统的压力量程范围可根据实验需要而设计，对于实验大鼠结肠的压力量程范围为0～0.2 MPa，此压力量程范围来自预实验结果。压力传感器的信号输出端连接所述的数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端连接所述的压力数据显示仪。压力数据显示仪包括输入输出单元、主控单元、存储单元和显示单元，输入输出单元、存储单元和显示单元均和主控单元相连接，输入输出单元连接数据采集卡的输出端。其中，主控单元包括压力曲线绘制子单元和最大压力值检测单元，压力曲线绘制子单元和最大压力值检测单元均分别连接输入输出单元、存储单元和显示单元，主控单元的采样频率为300 Hz，精度为 +0.2%。压力曲线绘制子单元从输入输出单元实时获取压力值并绘制在一坐标平面上，并将该坐标平面通过所述的显示单元显示。最大压力值检测单元从输入输出单元实时获取压力值，并实时将最大压力值通过所述的显示单元显示。测压系统工作原理图见图4。

实验开始时，先将受试肠管套入图3所示双通管连接端，然后用缝合线绑紧在连接端的凹槽内，以免滑脱。为减少绑线对肠壁损伤而影响实验结果，也可用约1 cm宽的胶布，在肠管和连接端接触处进行缠绕，加大连接的可靠性。受试肠管与接肠双通以及三通接头连接完毕后，与节流阀和气泵连接。

测试装置的USB接口与装有该系统专用软件的电脑相连接。实验开始时，运行测试软件以确保接口驱动安装正确。然后运行耐压力学测试系统，调节电流量控制旋钮，并观察测试软件中显示的压力曲线，尽量保持其可以稳步上升，防止肠壁被突变的气流冲破，影响实验结果，逐渐提高气泵压力，使结扎的肠管逐渐胀大，直至胀破。实验过程中，实时绘制压力随时间变化的曲线图，横坐标为时间坐标(s)，纵坐标为压力坐标(kPa)，并且可以显示最大压力值(即破裂前的即刻压力峰值)，实验结果可以存储并显示。

在此系统中，使用缓慢调节电流量旋钮的方式，气泵可以输出稳定的压力改进了使用手工挤压气囊或者推注气体的方法，使得压力检测记录模块可以更准确地记录空腔脏器吻合口破裂的瞬时压力，从而极大提高了实验结果的可靠性。

图5为大鼠结肠力学测试系统的实时压力曲线图。曲线最初的上升阶段表示调节电流量控制旋钮时，气泵输出压力逐渐增强，致使结肠内压力不断增强。曲线的最高点表示空腔脏器所接受到的最大压力，即破裂压。曲线的下降阶段表示空腔脏器胀破后压力逐渐减小。

图4 测压系统工作原理Fig.4 Manometry system

图5 大鼠结肠实时压力曲线图Fig.5 The rat colon real-time pressure curves

3 验证方法与结果

实验动物为大鼠，10只，每只各取靠近胃幽门的2 cm肠管4段，2 cm下腔静脉血管2段，最后共有肠管40段，下腔静脉血管20段。同时采用本测压系统和传统压力表测压方法测试某时刻的组织压力值。将所设计的测压系统的结肠双通换为三通接头，一端连接气泵、节流阀和压力传感器，一端连接压力表头，一端连接大鼠待测压组织。打开测试装置电源开关，单击“开始”按钮，运行该测压系统，缓慢匀速调节节流阀，逐渐提高气泵压力，使组织逐渐膨胀，至吻合口破裂时，同时读取压力表上和系统电脑屏幕上的数字，结果如表1。

表1 大鼠肠管和血管压力(kPa)测试结果Tab.1 Results of rat intestinal and vascular pressure(kPa)test

由表中结果可知，所设计的测压系统测试结果存在一定程度的相对误差，但比较两者的绝对读数，发现测压系统的测量值较之压力表读数普遍偏小，说明相对误差中包含一定比例的系统误差，可以通过附加的系统校正避免。同时，我们也发现，在同样的测试条件下，测压系统所测得数据的变异系数较压力表读数为小，说明其离散程度低，性能较为稳定，反映了在避免肉眼观察等主观影响方面的成效。

4 讨论和结论

本研究所设计的实验动物空腔脏器耐压力学测试系统改进了实验动物空腔脏器破裂压的测试，使实验操作更加简便，结果更加准确。实验动物空腔脏器压力检测装置可以很好的记录空腔脏器所受的实时压力值，使得数据的观察更加直观。也为今后研究人员进行实验动物空腔脏器耐压力学相关的实验提供一种新的方式。

本测压系统包括双通管、三通管、加压模块和压力检测记录模块，在使用该系统进行实验的过程中，通过加压模块对待测组织内部进行加压，整个加压过程和压力变化通过压力传感器和数据采集卡实时收集并使用电脑实施描记和监控，一旦组织的完整性有细微变化，本系统将及时准确捕捉到该时间点的压力变化，从而了解到为保持其完整性受试组织所能承受的最大压力，即破裂压，为实验提供科学数据。其结构简单，可优化实验流程，可广泛应用于肠管、血管、皮肤等组织的耐压力学测试。

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