專利名稱：測(cè)定生物組織狀況的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)定人和動(dòng)物組織特性的一種方法，尤其是通過在組織中引入聲波，然后記錄聲波的方法測(cè)定諸如肺和氣道等組織的特性。本發(fā)明還包括能進(jìn)行這種測(cè)定的儀器。
背景技術(shù)：
非侵入性測(cè)定生物組織的特性是很有用的，尤其是因病人不能配合或組織不能接近，為便于進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候很有用。
現(xiàn)在在用的測(cè)定生物組織特性的技術(shù)包括X-射線，磁共振成象(MRI)和放射性同位素成像。這些技術(shù)一般價(jià)格高，還常常涉及到與用X-射線，放射性物質(zhì)或γ-射線輻射相關(guān)的，一定程度的危險(xiǎn)性。而且這些技術(shù)常很復(fù)雜，需要裝備大型和昂貴的儀器，在大多數(shù)情況下不能被移動(dòng)到床邊對(duì)因病情不允許被移動(dòng)的病人的生物組織檢測(cè)。本發(fā)明提供了一種能夠減輕這些困難的方法，它是一種非侵入的，花費(fèi)適當(dāng)?shù)?，可移?dòng)的測(cè)定和監(jiān)測(cè)人和動(dòng)物等生物組織狀況的方法。
聲波，尤其是在超聲波范圍的聲波已被用來監(jiān)測(cè)和觀察病人或諸如胎盤或胎兒等這種被選擇出的組織的狀況。但是這個(gè)過程需要復(fù)雜、有時(shí)昂貴的技術(shù)，不能用在諸如肺等有大量氣體的組織。
每年在澳大利亞有約5000個(gè)新生兒需要一段時(shí)間的強(qiáng)化監(jiān)護(hù)(intensive care)(ANZNNAnnual Report，1996-1997)。呼吸衰竭是最常見需要援助的問題，常常用一段時(shí)間的機(jī)械通氣進(jìn)行治療。在過去的十年內(nèi)因呼吸衰竭而引起的嬰兒死亡率已有明顯下降，至少部分應(yīng)歸因于機(jī)械通氣方面技術(shù)的改進(jìn)和表面活性劑(surfactant)替代療法的引入(Jobe，1993)。現(xiàn)在大部分嬰兒能度過最初的急性呼吸道疾病而活下來，但伴隨機(jī)械通氣的肺損傷會(huì)引起許多嬰兒產(chǎn)生“慢性肺病”。慢性肺病的特征是持續(xù)的炎癥和纖維化改變，導(dǎo)致妊娠不足28周的出生后存活嬰兒的90％以上和妊娠為28-31周出生嬰兒的30％在28天齡內(nèi)需要補(bǔ)充氧氣。這些嬰兒中，過半數(shù)在達(dá)到36周孕期(停經(jīng)后年齡)仍需要補(bǔ)充氧氣(ANZNN Annualreport，1996-1997)。還常常需要用持續(xù)氣道正壓通氣或人工通氣進(jìn)行協(xié)助。
歷史上氣壓性創(chuàng)傷和氧的毒性在慢性肺病的病因中被認(rèn)為是主要原因。(Northway etal，1967；Taghizadeh & Reynolds，1976)。但嘗試預(yù)期能減小氣壓性損創(chuàng)傷和/或?qū)ρ鯕獗┞兜臋C(jī)械通氣的新戰(zhàn)略，令人失望地經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這對(duì)慢性肺疾病的發(fā)病率僅有非常小的影響(HIFIStudy Group，1989；Bernstein et al，1996；Baumer，2000)。對(duì)動(dòng)物中常規(guī)機(jī)械通氣的戰(zhàn)略比較表明高的肺體積可能比高的肺內(nèi)壓造成更大的損害，這導(dǎo)致引入了這樣一個(gè)概念因?yàn)榉芜^度充氣引起的“容積性創(chuàng)傷”(volutrauma)。在此同時(shí)高頻振蕩通氣(HFOV)的經(jīng)驗(yàn)表明避免充氣不足(under-inflation)也是同等重要的。HFOV具有以很高的頻率提供特殊的小的潮氣量來減少肺損傷的能力。但是當(dāng)平均肺體積低時(shí)這個(gè)技術(shù)并不能帶來好處(HIFIStudy Group，1989)，然而當(dāng)能維持正常的肺體積時(shí)是它是成功的(McCulloch et al，1988；Gersmann et al，1996)。這突出地顯示保持該膨脹不全的易于出事故的張開的重要性(Froese，1989)。這類證據(jù)導(dǎo)致了這樣一個(gè)概念存在一個(gè)肺體積的“安全窗”，其內(nèi)肺損傷的可能性能被降低。阻止肺損傷的關(guān)鍵可能是保持肺體積在安全窗內(nèi)，從而避免反復(fù)的過度充氣或持續(xù)膨脹不全(見

圖1)。
在臨床中試圖維持肺的最佳體積是困難的，因?yàn)槿狈线m的方法監(jiān)測(cè)肺的充氣程度。在現(xiàn)今的實(shí)踐中，主要應(yīng)用的技術(shù)是評(píng)估肺對(duì)氧的需求和肺的X線檢查。可是氧的需求除了肺的體積外可能受別的因子的影響(如心內(nèi)或心外右到左的分流術(shù))，暴露于放射性的危險(xiǎn)使得放射性測(cè)定不能象需要的那樣經(jīng)常做。
在過去十年中對(duì)嬰兒機(jī)械通氣的監(jiān)測(cè)已大大得到改善，這是由于把呼吸速度描記器(poeumotachograph)和熱導(dǎo)線氣流計(jì)(hot-wire anemometer)引入到許多新生兒通氣機(jī)的設(shè)計(jì)中。雖然這提供了一個(gè)有價(jià)值的工具來監(jiān)測(cè)潮氣量和順應(yīng)性(compliance)，但它僅從壓力-體積曲線的形狀給出的是非常間接的指標(biāo)，說明潮氣量的被輸送是設(shè)量在充氣不足、最佳充氣還是過度充氣狀態(tài)。而且，雖然肺氣體的絕對(duì)體積可以用氮?dú)鉀_洗或氦氣稀釋的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來測(cè)量，但他們作為常規(guī)的臨床應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。
甚至當(dāng)肺的體積維持在安全窗的范圍內(nèi)，可由于肺的一般的損傷或發(fā)育不全的的肺導(dǎo)致肺的狀況的改變也可以是明顯的。液體和血可能在肺中積累，對(duì)病人構(gòu)成了額外的威脅。用聽診器評(píng)價(jià)來源于肺內(nèi)的可聽的見的聲音(呼吸音)或被引入到肺中的可聽的見的聲音(通過扣診或語音)的形式是任何常規(guī)醫(yī)療檢查的一個(gè)必需部分。但是，在有病的新生兒，由于嬰兒個(gè)頭小，不能配合和存在背景噪音大大限制了這些技術(shù)的價(jià)值。
測(cè)定和監(jiān)測(cè)新生兒肺的狀況是困難的，測(cè)定成年人肺的狀況同樣是挑戰(zhàn)性的，尤其是病人失去知覺或不能配合時(shí)。這是對(duì)現(xiàn)時(shí)可用的監(jiān)測(cè)肺的狀況的技術(shù)提出的另一個(gè)限制。因此臨床中顯然需要一種簡(jiǎn)單的、非侵入的、方便的方法來密切監(jiān)測(cè)肺的狀況。同樣地需要一種簡(jiǎn)單、非侵入性、方便的方法來檢測(cè)其他的生物組織的狀況，這些組織由于病理或類似原因易于在他們的性狀發(fā)生改變。
相應(yīng)地，本發(fā)明克服或至少減少了上面技術(shù)中的一些問題。
發(fā)明概要本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供了一種原位測(cè)定生物組織性狀的方法，所說的方法包括在第一個(gè)位置引入組織一個(gè)聲波；聲波在組織中穿行后，在空間上與第一個(gè)位置相隔的另一個(gè)位置，檢測(cè)這個(gè)聲波；計(jì)算從第一個(gè)位置穿過組織到達(dá)第二個(gè)位置的聲波的速度和衰減；分析該被檢測(cè)的聲音速度和衰減與生物組織性狀的關(guān)系。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供了一種測(cè)定生物組織性狀的儀器，本儀器包括一個(gè)發(fā)聲裝置產(chǎn)生一個(gè)聲波；一個(gè)記錄裝置，記錄下從生物組織的一個(gè)位置，穿過組織到達(dá)組織的另一個(gè)位置的聲波；一個(gè)分析裝置，計(jì)算聲音穿過組織的速度和衰減，最好能對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜分析。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種原位測(cè)定病人呼吸道上氣道的狀態(tài)的方法，所說的方法包括在上呼吸道的第一個(gè)位置引入一個(gè)聲音；聲音在上呼吸道中傳播，到達(dá)跟第一個(gè)位置空間上隔開的另一個(gè)位置，測(cè)定這個(gè)位置的聲波；計(jì)算聲音從上呼吸道第一個(gè)位置到達(dá)另一個(gè)位置的速度和衰減；并且分析聲音的速度和衰減和上呼吸道的狀態(tài)的關(guān)系。這種方法對(duì)監(jiān)測(cè)睡眠型呼吸暫停特別有用。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種原位監(jiān)測(cè)肺的性狀的方法，所說的方法包括在胸部引入一種聲波，使聲音從胸腔的一邊，穿過肺，到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定聲音從胸腔的一邊，穿過肺，到達(dá)胸腔的另一邊時(shí)的速度和衰減；并且分析該衰減、聲音速度和速度的傳播(dispersion)與肺的狀況的關(guān)系。
以前的工作表明單單測(cè)定聲音的速度可以用來價(jià)估測(cè)肺的密度技術(shù)和了解肺充氣的程度。但是還沒有嘗試評(píng)價(jià)用測(cè)定聲音的速度和衰減作為臨床工具的潛力。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種測(cè)定肺的充氣的方法，所說的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲音，聲音從胸腔的一邊，穿過肺達(dá)到胸腔的另一邊；測(cè)定聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的速度和衰減；并且找出肺的體積和充氣與聲音速度和衰減的關(guān)系。
本發(fā)明的還有一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種預(yù)測(cè)嬰兒慢性肺病的方法，所說的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)的聲音，使聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的聲音速度和衰減；并且把所測(cè)的聲音速度和衰減跟沒有慢性肺病的正常肺測(cè)得的情況進(jìn)行比較。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種診斷肺病的方法，所說的方法用如下方式測(cè)定肺的容積經(jīng)胸廓引入一個(gè)的聲波，使聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的速度和衰減；找出聲音的速度和衰減和肺的密度的關(guān)系，把診斷的肺的密度和正常的肺的密度進(jìn)行比較，以判定被診斷的肺是否有病。
本發(fā)明的又有一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種防止肺損傷的方法，所說的方法通過以下方式監(jiān)測(cè)肺的性狀經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的速度和衰減；找出聲音的速度和衰減與肺的容積的關(guān)系；并且維持肺的容積在最佳容積，這樣使肺大大減少膨脹不全和過度充氣(容積性創(chuàng)傷)的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種監(jiān)測(cè)肺的狀況的儀器，所說的儀器包括一種發(fā)聲方式，能經(jīng)胸廓產(chǎn)生聲波，使聲波從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；一種記錄方式，能記錄從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的聲音；一種分析裝置，能計(jì)算聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊時(shí)的速度和衰減，最好能對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜分析。
附圖的簡(jiǎn)要說明圖1是一個(gè)有中度疾病的肺的壓力-容積曲線，說明肺容積的兩個(gè)危險(xiǎn)區(qū)以及中間的最佳安全窗(自Froese，1997年)。
圖2顯示(A)從5個(gè)成年個(gè)體得到的屏住呼吸時(shí)殘留氣量(RV)、機(jī)能余氣量(FRC)和全肺氣量(TLC)的聲音壓力水平(dB，分貝)、聲音速度(m/s)對(duì)聲音頻率的曲線。(B)孕期26周具有健康肺的嬰兒的結(jié)果，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表收集的5次測(cè)量的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。這些結(jié)果是用轉(zhuǎn)換器(transducer)在成人的前胸第二右肋間和新生兒的右上胸的參考點(diǎn)獲得的。在成人和嬰兒，麥克風(fēng)放置在跟轉(zhuǎn)換器成直線的對(duì)面胸壁上。
圖3表明聲音的速度、組織的容積分?jǐn)?shù)h、肺的平均密度間的關(guān)系。
圖4(a)是一個(gè)模擬胸腔聲音特性的電路，圖4(b)說明用模擬電路模型測(cè)定的聲波喪失大、中、小時(shí)的情況，它們代表當(dāng)輸入的聲波壓力水平是105分貝時(shí)，在胸部的麥克風(fēng)被測(cè)得的聲音輸出壓力水平。
圖5(a)說明在胸部的麥克風(fēng)測(cè)得的聲音壓力值，在三個(gè)早產(chǎn)兒應(yīng)用表面活性劑之前(pre)和之后(post)測(cè)定，此時(shí)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的聲波值是105分貝(Sheridan2000)。圖5(b)是圖5(a)的電路模擬圖，表明在胸腔壁測(cè)得的聲音壓力值改變對(duì)肺的順應(yīng)性成三倍增加，這里變轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的聲波值仍是分貝。
圖6表明頻率和衰減系數(shù)α間的關(guān)系，以組織分?jǐn)?shù)h作為參數(shù)所繪的圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了一種原位測(cè)定生物組織性狀的方法，包括在第一個(gè)位置引入一個(gè)聲波到組織；聲音在組織中穿行，測(cè)定與第一個(gè)位置空間隔開的另一個(gè)位置的該聲音；計(jì)算聲音從第一個(gè)位置到另一個(gè)位置的穿過該組織的聲音的速度和衰減；并且找出該被測(cè)定的聲音的速度和衰減跟生物組織性狀的關(guān)系。
可以通過測(cè)定在組織中傳播的聲音的速度和衰減來檢測(cè)生物組織的性狀。這可以通過引入一個(gè)聲波到組織特定的局部或位置，讓聲波透過組織傳播，檢測(cè)其從聲源到目的地的速度和衰減來實(shí)現(xiàn)，目的地有一個(gè)與聲源空間上分離的接受器。
生物組織的性狀指組織的某一特征，這些特征包括但不限于組織的組成、體積、狀況或在身體中的位置。
生物組織包括任何單一組織或組成一個(gè)器官、身體一部分或區(qū)域的或組織群。組織可以由同一的細(xì)胞材料組成，也可以是復(fù)合的結(jié)構(gòu)，如那些包括象胸腔(以胸腔為例它包括肺組織、氣體、骨骼組織和肌肉組織)等身體區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。但是，優(yōu)先指多孔的組織，該組織是由組織和氣體組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，或象骨組織一樣有高密度和低密度區(qū)域。
組織優(yōu)先指呼吸系統(tǒng)、尤其是肺組織或那些從呼吸系統(tǒng)的上呼吸道來源的組織。上呼吸道優(yōu)先指從口腔部延伸到進(jìn)肺前的氣管。
在本說明書的整個(gè)描述和權(quán)利要求中，詞語“包含”(comprise)和它的變化形式，如“comprising”和“comprises”并沒有意圖排除別的附加物、成分、整體或步驟。
為了最好地利用本發(fā)明獲得的生物-聲學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)聲波在組織中傳遞的理論方面的理解是必需的。
聲音在肺軟組織中傳播的一個(gè)特征是聲音的速度比組織(1500ms-1)或空氣中(343ms-1)預(yù)期的低。這可以部分通過考察聲音的速度v和聲音在其中傳播的肺組織的物理特性之間的基本關(guān)系來解析。關(guān)系式如下v=1ρC......(1)]]>這里ρ是密度，C是容積順應(yīng)性或或每單位容積的容積強(qiáng)度的倒數(shù)。測(cè)定聲音在空氣中的速度時(shí)，把空氣的密度1.2Kgm-3和空氣的順應(yīng)性7.14×10-6Pa-1代入，得到聲音在空氣中的速度342ms-1。
Rice(1983)表明對(duì)于像肺一樣具有緊密小室結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合物質(zhì)，本關(guān)系式也是成立的，但ρ和C由組織的平均或復(fù)合值代替。如用組織的容積分?jǐn)?shù)h和氣體的容積分?jǐn)?shù)(1-h)、各組成成分的密度和順應(yīng)性表達(dá)這些值，可得到組織密度的表達(dá)式ρ＝(1-h)ρg+hρl(2)和容積順應(yīng)性的表達(dá)式C＝(1-h)Cg+hC2(3)這里ρ，ρg，ρl分別表示復(fù)合的、氣體和組織的密度，C，Cg，Cl分別表示復(fù)合的、氣體和組織的順應(yīng)性。
把等式(2)和(3)代入等式(1)，得到一個(gè)表達(dá)式，把經(jīng)過該復(fù)合組織中聲音的速率和組成該物質(zhì)的組織和氣體的容積分?jǐn)?shù)以及物理性質(zhì)聯(lián)系起來v=1((1-h)ρg+hρl)((1-h)Cg+hCl)......(4)]]>必需注意的是空氣的密度比大多數(shù)組織的密度小三個(gè)數(shù)量級(jí)，空氣的容積順應(yīng)性比大多數(shù)組織的大約4個(gè)數(shù)量級(jí)。這可以用來測(cè)定肺中有可能見到的容積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)(從TLC時(shí)的0.05，到完全不張/塌陷的0.5-0.9)聲音在肺中的傳播速度。這些速度可以用簡(jiǎn)化的等式(4)如下測(cè)定v=1h(1-h)1ρtCg.........(5)]]>等式5跟圖3聯(lián)合說明聲音的速率依賴組織的容積分?jǐn)?shù)、空氣的容積分?jǐn)?shù)、組織的密度和氣體的順應(yīng)性。組織的順應(yīng)性和氣體的密度對(duì)速度測(cè)定基本上沒有作用。
在復(fù)合材料中聲音的速度部分是由組織的密度和氣體的順應(yīng)性決定的。從這得出的結(jié)果是就考慮聲音的傳播來說，肺軟組織如同均勻質(zhì)量負(fù)載的空氣，因此聲音在組織中傳播的速率明顯比空氣中的慢。把組織密度ρt和氣體順應(yīng)性Cg的已知值代入等式(5)，得v=11.82h(1-h).......(6)]]>等式(6)中v對(duì)h的微分決定了在h＝0.5時(shí)速度有最小值，此時(shí)v＝23.6ms-1。h＜0.5時(shí)速率隨肺的密度降低而增加，相反，當(dāng)h＞0.5速度隨肺的密度降低而降低。這可由圖3清楚地說明。
等式(6)是一個(gè)二次方程，表明對(duì)任一個(gè)測(cè)定的速度特值存在兩個(gè)h值，這些值是h=0.5±0.25-139.56/v2......(7)]]>因此，要斷定h是高于或低于0.5，須以生理基礎(chǔ)進(jìn)行或在不同的測(cè)量中h改變時(shí)，進(jìn)行成對(duì)的速率測(cè)定。關(guān)聯(lián)的速度變化的方向(增加或降低)可以用來指示h高于或低于0.5。因此，肺中組織和氣體的容積分?jǐn)?shù)以及肺的密度能直接通過測(cè)量聲音在組織中傳播的速率來測(cè)定。
聲波可以通過任何非侵入的方式來引入，如扣診，或用任何能產(chǎn)生可聽見的聲波的機(jī)械的、電子的或別的變頻器。最好的是，被引入到組織中的聲音具有很容易與環(huán)境中可能存在的噪音分辨開來的特性。例子如單音信號(hào)或正弦波。本發(fā)明較佳的一個(gè)具體例子是用一個(gè)電聲變頻器產(chǎn)生一種偽隨機(jī)噪音(pseudo-randam noise)，并把它引入到組織中。此變頻器最好接到所測(cè)生物組織的表面通過它聲音的速度可被測(cè)量。此所用的偽隨機(jī)噪音信號(hào)最好跟白噪音(white noise)信號(hào)有相似的特征，但又有這樣的數(shù)學(xué)特性，使它的振幅能在該時(shí)間段的任何時(shí)刻及時(shí)定義。而且，較佳的是，引入到組織的偽隨機(jī)噪音最好突然產(chǎn)生，較佳地為0.1-20秒的持續(xù)期，和所產(chǎn)生的音的頻率最好在20赫茲-25千赫茲，壓力在1到100帕斯卡范圍內(nèi)。接著在一個(gè)空間上跟聲音引入的位置隔開的另一位置記錄下聲音，最好在空間上與變頻器位置不同的生物組織表面用聲音檢測(cè)手段(如麥克風(fēng))或振動(dòng)探測(cè)器(如加速記)(它的頻率反應(yīng)在可聽見的聲波區(qū)是平的，尤其在20赫茲-25千赫茲)測(cè)定。提倡用至少兩個(gè)探測(cè)器來測(cè)量聲音，一個(gè)放置在產(chǎn)生聲音的聲波變頻器旁邊，另一個(gè)放在所測(cè)組織上一個(gè)與第一個(gè)位置空間隔開的地方。這使得可聽見聲音變頻器產(chǎn)生的信號(hào)(輸入信號(hào))的聲壓、相位和頻率情況可以在被第二個(gè)空間上隔開的檢測(cè)器檢測(cè)前精確地定義。第二個(gè)檢測(cè)器最好放在跟聲音變頻器和第一個(gè)檢測(cè)器大致呈直線的位置。
檢測(cè)器，特別是麥克風(fēng)的輸出可以用低噪音分離放大器和帶通(band-pass)濾波器(其截?cái)囝l率(cut off frequencies)和滑移性質(zhì)(roll-off)依賴于所測(cè)組織的聲音特性)放大。例如對(duì)新生兒肺的測(cè)定，帶通最好在50赫茲到5千赫茲，滑移則相當(dāng)于一個(gè)4級(jí)線性相位濾波器。這些濾波器除去了任何很低頻率環(huán)境噪音(如低于10赫茲)，它們可能對(duì)濾過信號(hào)輸入的自適應(yīng)放大器(auto-scaling amplifitiers)產(chǎn)生不利影響。
接著對(duì)檢測(cè)器或麥克風(fēng)的已放大的輸出信號(hào)用任何必要的程序進(jìn)行加工，對(duì)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行交叉關(guān)系分析。
交叉關(guān)系函數(shù)可以用靠近聲音變頻器的麥克風(fēng)的輸出作為輸入信號(hào)x(t)，在組織的另一面第二個(gè)麥克風(fēng)的輸出作為輸出信號(hào)y(t)計(jì)算函數(shù)如下Rxy(τ)=limT→∞1T∫0Tx(t)y(t+τ)dt]]>這里T是測(cè)定時(shí)間，τ是在計(jì)算Rxy(τ)時(shí)x(t)、y(t)間的延遲時(shí)間。
也可以測(cè)定系統(tǒng)在此時(shí)間區(qū)的脈沖反應(yīng)。最好對(duì)脈沖反應(yīng)進(jìn)行快速傅里葉變換，把信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率區(qū)間，這樣可以測(cè)定組織的轉(zhuǎn)移函數(shù)。此轉(zhuǎn)移函數(shù)對(duì)組織的性狀提供了一個(gè)定量的指標(biāo)，其中(a)轉(zhuǎn)化的大小提供了跟在組織中傳播的聲音傳遞(它是頻率的函數(shù))相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)(Rife andVanderkooy，1989)；(b)轉(zhuǎn)化的相位能用來計(jì)算聲音變頻器引入組織中的偽隨機(jī)聲音信號(hào)每個(gè)頻率的相差、時(shí)間延遲和聲音的速度。
可以用現(xiàn)在商業(yè)上提供的聲音硬件和軟件包來產(chǎn)生偽隨機(jī)聲音信號(hào)和進(jìn)行原始數(shù)據(jù)加工。不被引入組織的外部信號(hào)，雖是偽隨機(jī)聲音信號(hào)的一部分，但被交叉關(guān)系加工強(qiáng)烈地抑制掉，因此改善了所作測(cè)量的質(zhì)量。
聲音通過組織的相對(duì)傳遞分隔的分析，可以用來辨別所測(cè)定組織的共振和抗共振頻率。這些頻率的改變可以用來評(píng)估組織局部解剖的區(qū)域性變化，這些變化可能跟病理有關(guān)。
盡管有許多把聲源放到嘴中，對(duì)穿過肺的聲音傳遞的實(shí)驗(yàn)觀察，(Kraman 1983，Goncharoff等1989，Wodicka和Shannon 1990)但還沒有理論模型來描述聲音通過胸腔的傳遞。本發(fā)明以建筑聲學(xué)上的雙墻壁傳遞模型為基礎(chǔ)(Fahy 1985)，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來描述由一個(gè)可順從的空氣層隔開的雙墻壁的聲音衰減效應(yīng)，這種情況存在于肺中。
這個(gè)模型的一個(gè)基本特征是涉及可以用等價(jià)電路來代替胸膛，以描述聲音通過胸腔傳遞的相關(guān)特征。它的示意圖如圖4(a)。分析聲音穿過胸腔傳遞的這個(gè)方法有利于用復(fù)雜的電路仿真軟件如SPICE來探尋改變模型參數(shù)的效果。在等價(jià)電路模型中Rcw是跟胸腔壁和實(shí)質(zhì)有關(guān)的損失部分
Mcw，Mp分別是胸腔壁和實(shí)質(zhì)的表面質(zhì)量；Cgl是肺的氣體順應(yīng)性Pin，Po分別是輸入和輸出聲波的壓力R0是自由空間聲音的阻抗(414 MKS Rayls)如圖4(b)所示，這個(gè)模型可以用來模擬改變Rcw對(duì)胸腔的等價(jià)電路轉(zhuǎn)移函數(shù)的效應(yīng)。這個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式P0(f)/Pin(f)描述，其中f是頻率，Pin(f)P0(f)、分別是輸入(變頻器)、輸出(胸部麥克風(fēng))的聲音壓力(SPL)。當(dāng)Rcw降低時(shí)，如圖4(b)曲線1和3所示，轉(zhuǎn)移函數(shù)逐漸變得更尖或共振。
在足夠高的頻率時(shí)，全部三條曲線中聲音的輸出壓力近于以60分貝每10個(gè)單位的速率漸近地下降。當(dāng)頻率高于上述共振頻率時(shí)，效應(yīng)主要由近和遠(yuǎn)端胸腔壁的慣性質(zhì)量(intertialmass)以及肺的分流氣體順應(yīng)性決定。它們一起作用產(chǎn)生了每10個(gè)單位60分貝的下降，因此胸腔在效果上相當(dāng)于一個(gè)三級(jí)低通量電子濾波器。忽略損失，對(duì)等價(jià)電路的分析表明，胸腔的共振頻率f0可以用下式測(cè)定f0=12π2Cgl(Mcw+Mp)........(8)]]>而且，如果測(cè)定了在f0和在另一個(gè)高于f0，比如3f0頻率#(frewuency well)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，用等價(jià)電路進(jìn)行分析，可以推導(dǎo)出肺的氣體順應(yīng)性Cgl的表達(dá)式Cgl=4.18×10-2Gf0.......(9)]]>這里G＝|P0(f)/Pin(f)|，是在3f0時(shí)測(cè)得的胸腔轉(zhuǎn)移函數(shù)的數(shù)量。這個(gè)等式已經(jīng)用SPICE模擬得到了證明。
接下來氣體容積可以用等式9如下計(jì)算Vgl＝γP0Cgl(10)這里γ是絕熱氣體常數(shù)，f0是大氣壓力。
這個(gè)模型的另一個(gè)重要的應(yīng)用如圖5(a)，5(b)所示。圖5(a)說明在一個(gè)早產(chǎn)兒中實(shí)驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)用表面活性劑之前(pre)和剛剛應(yīng)用之后(post)的胸腔轉(zhuǎn)移函數(shù)(Sheridan 2000)。應(yīng)用表面活性劑前對(duì)頻率高于1000赫茲的聲波傳遞速率有一個(gè)急速下降，應(yīng)用表面活性劑后下降向左方偏移，同時(shí)衰減增加了10分貝。相似的10分貝的改變可以通過增加Cgl三個(gè)因數(shù)，但維持別的參數(shù)恒定，用本模型來模擬，如圖5(b)所示。雖然在這些實(shí)驗(yàn)中沒有測(cè)定肺的氣體順應(yīng)性，這用現(xiàn)在可用的技術(shù)也是不可能實(shí)現(xiàn)的，但可以預(yù)測(cè)應(yīng)用表面活性劑后順應(yīng)性會(huì)增加(同時(shí)氣體容積增加)。
可用本等價(jià)電路模擬的聲音傳播的另一個(gè)重要成分是圖4(a)所示的損失分量Rcw，它包括聲音在胸腔壁和實(shí)質(zhì)的損失。因?yàn)樾厍槐趯?duì)聲音來說很薄，在其上的耗散性損失可以忽略，但在實(shí)質(zhì)的損失(包括眾多由組成實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)的氣體和組織形成的一系列質(zhì)量-順應(yīng)性界面)可以相當(dāng)明顯。曾提出一個(gè)模型來計(jì)算聲音在實(shí)質(zhì)的損失，它由水中的氣泡組成，已有對(duì)它的分析。在這個(gè)模型中，因?yàn)樾枰曇魜斫惶鎸?duì)這些氣泡進(jìn)行壓縮和膨脹，產(chǎn)生了吸收。
研究表明(Wodicka，1989)由N個(gè)氣泡在距離x產(chǎn)生的平面波衰減由下面等式給出P(x)=P0e-(Nσ2)x......(11)]]>其中σ=16π2r04ρtctR/{R2+(ωM-1/ωC)2}]]>P(x)是x的聲波壓力(SPL)P0是x＝0時(shí)的聲波壓力(SPL)r0是氣泡半徑ct是組織中的聲速R，M，C分別是氣泡的有效機(jī)械阻抗、質(zhì)量和順應(yīng)性。衰減(單位為dB/cm)α=P(x)P0]]>，可以寫成以下式α＝4.35Nσ (12)這是R，M，C的復(fù)合函數(shù)，但認(rèn)識(shí)到氣泡(alveoli)的聲波振動(dòng)主要由遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共振的頻率(對(duì)實(shí)際氣泡尺度＜10kHz)時(shí)氣泡的順應(yīng)性C決定，可以推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)化的表達(dá)式來描述衰減。衰減的簡(jiǎn)化表達(dá)式如下所示α=2.36×10-2r06f3N......(13)]]>每單位體積氣泡的數(shù)量跟氣體分?jǐn)?shù)(1-h)的關(guān)系式大致如下N=3(1-h)4πr03.......(14)]]>因此等式13可寫成α=1.35×10-3f3(1-h)2N.......(15)]]>從這些等式中可以看出(a)吸收跟氣體分?jǐn)?shù)(1-h)的平方有關(guān)，組織分?jǐn)?shù)h少量的增加，能引起高頻率時(shí)的衰減明顯降低(圖6)。這可以用來解析臨床中觀察到的肺的肺實(shí)變(pneumonic consolidation)后高頻聲波穿過胸腔壁的速度增加的現(xiàn)象。衰減明顯降低(圖6)。這可以用來解析臨床中觀察到的肺的肺實(shí)變(pneumonic consolidation)后高頻聲波穿過胸腔壁的速度增加的現(xiàn)象。
(b)衰減是頻率f和氣泡直徑r0兩者的函數(shù)。這可以部分解析高頻時(shí)傳遞的聲音在成人和新生兒都快速下降。對(duì)氣泡直徑的依賴可以解析在肺氣腫時(shí)聲音通過胸腔的傳遞速度下降的現(xiàn)象。
而且，這些等式表明(a)吸收跟氣體分?jǐn)?shù)(1-h)的平方有關(guān)；(b)聲音傳播的衰減是頻率和氣泡半徑的函數(shù)。
利用聲音在組織中的傳播速度和組織自身特性間的這些關(guān)系，有可能找出聲音的度量和肺的病理或別的生物組織的病理、性狀等的可使用的關(guān)系。
這個(gè)方法利用分析某給定的聲波通過組織傳播的速度和衰減，提供了一個(gè)對(duì)組織性狀進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)地測(cè)定方法。它成年人、嬰兒，人和動(dòng)物都可以用。特別是本發(fā)明可用來測(cè)定嬰兒呼吸系統(tǒng)狀況，而現(xiàn)在常規(guī)的用聽診分析呼吸系統(tǒng)性狀的方法，需要發(fā)聲配合，嬰兒是不能配合的。本法對(duì)于重病、失去意識(shí)、不能反應(yīng)或發(fā)聲的病人測(cè)定肺的狀況也是有用的。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種原位測(cè)定病人呼吸道上部氣道狀態(tài)的方法，所說的方法包括在上呼吸道的第一個(gè)位置引入一個(gè)聲音；聲波在上呼吸道中傳播，在與第一個(gè)位置空間上隔開的另一個(gè)位置測(cè)定該聲波；計(jì)算該聲音穿過上呼吸道，從第一個(gè)位置到第二個(gè)位置時(shí)的速度和衰減；并且分析該聲音的速度和衰減和上呼吸道狀態(tài)的關(guān)系。上呼吸道的狀態(tài)可包括上呼吸道的任何狀況，如氣道堵塞或開放。測(cè)定該上部氣道的關(guān)閉或塌陷對(duì)諸如在阻塞性睡眠型呼吸暫停(obstructive sleep apnoea，OSA)等狀況中特別有用。
呼吸暫停，尤其是阻塞性睡眠型呼吸暫停(OSA)跟睡覺時(shí)上呼吸道的關(guān)閉和呼吸暫停(lapes in respiration)緊密關(guān)聯(lián)。本發(fā)明用聲音變頻器往氣管中引入一個(gè)偽隨機(jī)噪音，最好經(jīng)一個(gè)硅橡膠鼻狀接頭從上部氣管某一個(gè)位置導(dǎo)入。在正常呼吸時(shí)，氣道是開放的，該聲音經(jīng)氣道由氣管傳遞到肺，接著經(jīng)肺軟組織和胸腔傳到胸部表面。在胸部連上一個(gè)聲音檢測(cè)器，如麥克風(fēng)。在胸部區(qū)域測(cè)得的聲音變化可以用來模擬上呼吸道的開放程度。胸部區(qū)域可包括從口腔下面延伸到肺的下面的區(qū)域。
麥克風(fēng)最好放在胸的上部，一般低于頸部，剛剛高于肺部。
當(dāng)氣道關(guān)閉時(shí)，聲音通過組織的傳播而降低，以致用放在胸部的麥克風(fēng)不能檢測(cè)到。因此，當(dāng)聲音下降低于一定值時(shí)，可能表示氣道已經(jīng)關(guān)閉。如果放在胸部的麥克風(fēng)測(cè)定器檢測(cè)到的信號(hào)低于某一預(yù)設(shè)的值，就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提示氣道受阻。警報(bào)可叫醒病人，這常常會(huì)使該氣道接著重新開放；或者提醒在對(duì)OSA或其他的氣道機(jī)能障礙進(jìn)行監(jiān)測(cè)的病人的護(hù)理人員。用本方法檢測(cè)氣管阻塞或關(guān)閉有幾個(gè)益處，它包括(a)本技術(shù)是非侵入的；(b)本技術(shù)可同樣用在新生兒和成人，人或動(dòng)物；(c)用本技術(shù)監(jiān)測(cè)氣道的開放，沒有別的呼吸暫停檢測(cè)裝置中發(fā)生的氧氣消耗和運(yùn)動(dòng)缺乏。因此，病人對(duì)氧氣損耗的敏感性是在氧氣損耗發(fā)生之前檢測(cè)，減少了因規(guī)律呼吸過長(zhǎng)停止或暫停和氧氣缺乏引起不適和組織損傷的可能性。本方法可用來設(shè)定病人為了保持氣道開放需要的最佳持續(xù)氣道正壓，(CPAP)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種原位監(jiān)測(cè)肺的狀況的方法，所說的方法包括在胸部引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的聲音的速度和衰減；并且分析聲音的衰減、速度和速度的分布和肺的狀況的關(guān)系以前的工作表明單單測(cè)定聲音的速度可以用來估測(cè)肺的密度和充氣程度。但是還沒有嘗試評(píng)價(jià)用測(cè)定聲音的速度和衰減作為臨床工具的潛力。肺的狀況可以從下面一組中選擇，它包括但并不限于(a)肺組織的密度；(b)肺的氣體容積；(c)部分塌陷(膨脹不全)；(d)區(qū)域血液容積，間質(zhì)性水腫；以及(e)腫瘤等局部性肺病，肺氣腫等整體性肺病。
隨后，這些肺的狀況可以跟正常、健康的肺進(jìn)行比較。
為了測(cè)定肺的狀況，本發(fā)明的方法是優(yōu)選在胸腔的一邊優(yōu)選地用聲音變頻器引入一個(gè)聲波到胸腔，隨后到肺，在胸腔的另一邊放一個(gè)檢測(cè)器或麥克風(fēng)測(cè)定傳來的聲音，計(jì)算聲音的速度和衰減。以前測(cè)定肺的狀況和容積是經(jīng)氣管引入聲波到肺組織中。這個(gè)方法對(duì)肺有一些問題，因?yàn)椴恢罋夤芎托厍槐诘木嚯x，不能夠選擇性辨別氣管和肺軟組織對(duì)引入聲音速度的影響。在別的測(cè)量技術(shù)中，聲音是由個(gè)體呼吸、咳嗽、說話產(chǎn)生或通過叩診導(dǎo)入的。但是，其中一個(gè)重要限制是這些聲音的特性是個(gè)體依賴性的，無法控制，尤其是新生兒，它們不能按吩咐可靠地產(chǎn)生需要的聲音。
本發(fā)明通過引入一個(gè)已知、精確定義波譜內(nèi)容的聲音作為研究工具，提供了一種測(cè)定上呼吸道、胸腔等生物組織聲波特性的新型方法。對(duì)肺來說，在胸腔壁直接引入聲音，記錄穿過胸腔的聲音，消除了從氣管引入聲音的不確定性。并不限于此理論的是，研究表明在聲音通過胸腔傳播時(shí)，對(duì)速度改變起主要作用的是肺軟組織，氣道對(duì)聲波速度和衰減的改變的作用是不重要的。
許多肺病具有特性，它們能用胸部的聽診來測(cè)定(Low and Robinson，1970)。在正常的肺，頻率超過300-400Hz的聲波被胸腔組織重度衰減，聽診時(shí)呼吸音柔和，語音低沉、聽不到耳語音。相反的是，肺實(shí)變大大降低了高頻聲波的衰減，導(dǎo)致特征性的呼吸音“支氣管呼吸音”和耳語音(高頻)強(qiáng)的傳播(叫做耳語胸語音whispering pectoriloquy)。另一方面，胸腔積液，一般增加低頻音的衰減，引起口音有強(qiáng)的鼻音，叫做咩音(aegophony)。
已有考察肺的狀況對(duì)健康肺中聲音衰減的影響的研究結(jié)果發(fā)表。但是，這些研究沒能測(cè)定肺的充氣對(duì)聲音衰減的效應(yīng)。本發(fā)明利用胸部引入的聲波，測(cè)量聲音的速度和衰減來測(cè)定肺的狀況。用本發(fā)明評(píng)測(cè)的肺的狀況可以包括肺的密度和容積。但是，通過把某些已知肺的狀況有關(guān)的聲音的速度和衰減的變化跟用一個(gè)正常、健康的肺所測(cè)的聲音速度和衰減關(guān)聯(lián)起來，別的肺的狀況就可能測(cè)定。
組織的密度可以單用聲音速度來測(cè)量。但是，聲音衰減也可以用來作為測(cè)定組織密度的參數(shù)。組織密度是該組織中液體或血液量的衡量。在肺中，通過跟正常、健康的肺進(jìn)行對(duì)比，它也可以作為氣體容積、局部塌陷(膨脹不全)、局部血液容積、間質(zhì)性水腫、如腫瘤等灶性疾病和如肺氣腫等整體性疾病的指標(biāo)。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種測(cè)定肺的充氣的方法，所說的方法包括在胸部引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；并且分析聲音速度和衰減的變化跟肺的容積和充氣的關(guān)系肺的氣體容積跟肺的密度成反比，可以用聲音的速度、尤其是聲音的衰減來測(cè)定#。而且，對(duì)聲音從胸腔的一邊，穿過肺組織，到達(dá)胸腔的另一邊的速度的測(cè)定可以跟肺容積的變化(充氣)關(guān)聯(lián)起來。這可以分開作，或在臨床干預(yù)改變肺的充氣程度期間或之后作。所作的測(cè)定包括(a)在用表面活性劑處理之前和之后不時(shí)地做(b)存在肺透明膜病和(或)肺膨脹不全時(shí)，開始持續(xù)正壓通氣(Continuous PositiveAirway Pressure，CPAP)恢復(fù)肺的容積之前或之后不時(shí)地做；
(c)在開始機(jī)械通氣之前或之后不時(shí)地做；和(d)在支氣管內(nèi)插管之前或剛做完后。
聲音速度尤其是聲音衰減的變化程度可一起提供了一個(gè)表示肺充氣程度的更決定性指標(biāo)。肺充氣可以單個(gè)測(cè)定，也可以連續(xù)測(cè)定，因此能夠監(jiān)測(cè)肺病以及其治療的進(jìn)展情況。這對(duì)于在一段時(shí)間內(nèi)治療和監(jiān)測(cè)早產(chǎn)兒的肺功能障礙特別有用。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一個(gè)預(yù)測(cè)嬰兒慢性肺病的方法，所說的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；并且跟沒有慢性病的正常肺進(jìn)行所測(cè)的聲音速度和衰減的比較。
由于肺過高或過低充氣引起的不正常的肺密度，可能跟嬰兒中增高的肺損傷和發(fā)展慢性肺病的趨勢(shì)相關(guān)。因此測(cè)量早產(chǎn)兒中聲音速度和衰減(它們跟肺的密度有關(guān))，可以使肺的充氣最優(yōu)化，減少犯慢性肺病的危險(xiǎn)。
聲音的速度和衰減可以在第1、2、3、5、7、10和14天或任何時(shí)間間隔測(cè)量，以后以周為間隔測(cè)量，直到約36周。作為一種比較，和對(duì)本發(fā)明中測(cè)量的補(bǔ)充，可以在測(cè)量聲音的同時(shí)用金標(biāo)準(zhǔn)或早期建立的氦稀釋法測(cè)量肺的絕對(duì)體積。從那些逐漸發(fā)展慢性肺病(由28天齡或絕經(jīng)后36周齡依賴氧氣來確定)的嬰兒得來的結(jié)果跟那些不得病的嬰兒得來的結(jié)果進(jìn)行比較。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種診斷肺病的方法，所說的測(cè)肺的密度方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；并且分析聲音的速度和衰減跟肺的密度的關(guān)系，比較別診斷的肺的密度跟正常肺的密度以確定被診斷的肺是否有病。
有一種相似的技術(shù)，能用來幫助診斷肺的疾病，同樣地，在胸部引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊。測(cè)得的聲音速度和更好為聲音的衰減，跟正常的、健康的肺進(jìn)行比較。因?yàn)榈梅尾r(shí)常常表現(xiàn)肺的容積下降，這種對(duì)比可以用來指示一個(gè)人的肺是否有生肺病的趨勢(shì)。一般的肺病包括肺氣腫、哮喘、局部委陷(肺膨脹不全)、間質(zhì)水腫和灶性疾病(如腫瘤)以及整體性疾病(如肺氣腫)兩者。這些病中的每一種都可以將測(cè)量穿過發(fā)病的肺的聲音的傳播速度和衰減和正常狀況下的肺時(shí)的傳播速度和衰減的對(duì)比來確定。
本發(fā)明再有一個(gè)優(yōu)先方面是提供了一種預(yù)防肺損傷的方法，所說的方法包括用如下方式監(jiān)測(cè)肺的狀況經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；分析聲音的速度和衰減和肺的容積的關(guān)系；并且保持肺的容積在一個(gè)最佳的容積，從而大大地避免減少肺膨脹不全和過度充氣(體積性創(chuàng)傷)的發(fā)生。
本發(fā)明提供了一種可靠的方法來原位監(jiān)測(cè)肺的密度和容積。但是也可以作為預(yù)防肺損傷的方法，同樣通過經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊。測(cè)量從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度。它可以作為肺的容積的指標(biāo)，以此用法維持最佳肺的容積，從而大大地避免肺膨脹不全和過度充氣(容積性創(chuàng)傷)的危險(xiǎn)。這些最佳的肺容積值如圖1所示，存在一個(gè)安全窗能減少引起肺損傷的可能性。這個(gè)窗以過低充氣和過度充氣時(shí)的肺體積為邊界。如果肺的體積維持在這個(gè)窗口內(nèi)，能減少肺損傷的可能性。但是，為了確保肺的容積不要過度增高或降到肺膨脹不全的水平，必需經(jīng)常監(jiān)測(cè)肺的容積。
本發(fā)明的還有一個(gè)方面是提供了一種測(cè)量生物組織性狀的儀器，本儀器包括一種產(chǎn)生聲音的裝置，能產(chǎn)生聲音；一種記錄裝置，記錄從生物組織的一個(gè)位置，穿過組織，到達(dá)該組織的另一個(gè)位置后的該聲音。
一種分析裝置，用此計(jì)算該聲音穿過該組織的速度和衰減，最好能對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜分析。
本發(fā)明的再有一個(gè)方面是提供了一種監(jiān)測(cè)肺組織的性狀的儀器，本儀器包括一種產(chǎn)生聲音的裝置，能經(jīng)胸廓產(chǎn)生聲音，使該聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；一種記錄裝置，記錄從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊后的該聲音。
一種分析裝置，用其計(jì)算該聲音它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的速度和衰減，最好能對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜分析。
本發(fā)明可以用來提供一種測(cè)量聲音的速度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了測(cè)定患者肺的充氣程度，最好把聲音速度的數(shù)據(jù)跟聲音衰減的測(cè)量結(jié)合起來。脈沖反應(yīng)的波譜分析能夠顯示聲音信號(hào)中較其它占更重要位置的頻率成分，它們可用來作為組織病態(tài)或不正常的指標(biāo)。
測(cè)量和應(yīng)用生物組織的聲音信號(hào)的益處并不限于肺、氣道和別的跟呼吸有關(guān)的組織。本發(fā)明可以用來檢測(cè)別的多孔結(jié)構(gòu)和具高、低密度成分的復(fù)合生物組織的密度，其中實(shí)體對(duì)多孔組織的比率引起所測(cè)聲音的速度和衰減的改變。
本發(fā)明將進(jìn)一步用例子和圖詳細(xì)描述?？梢岳斫庀旅娴臄⑹鰞H是示例性的，并不僅限于此，或作為對(duì)以前描述的本發(fā)明應(yīng)用通用性的限制。
參考文獻(xiàn)澳大利亞和新西蘭新網(wǎng)絡(luò)，年報(bào)，1996-1997年度報(bào)告(Australian and New Zealand NeonatalNetwork.Annual Report，1996-1997.)波美·JH.，病人的國(guó)際隨機(jī)控制試驗(yàn)引發(fā)新生兒呼吸困難綜合癥的供氧，Arch Dis Child82F5-F10，2000年。(Baumer JH.，International randomised controlled trial of patient triggeredventilation in neonatal respiratory distress syndrome.Arch Dis Child 82F5-F10，2000)波恩斯坦·G、曼尼羅·FL、赫爾德·GP、卡拉翰·JD、布爾·DH、索拉·A、阿里格洛·RL、霍夫曼·GL、弗蘭茨·ID 3rd、喬奇·BI、羅伯茨·JL、德拉·克魯茲·TV和科斯塔·E，隨機(jī)同步比較多心試驗(yàn)和新生兒常見間歇性強(qiáng)制供氧，J Pediatr 128453-63，1996年。(Bernstein G，Mannino FL，Heldt GP，Callahan JD，Bull DH，Sola A，Ariagno RL，Hoffman GL，F(xiàn)rantz ID 3rd，Troche BI，Roberts JL，Dela Cruz TV，and Costa E.，Randomizedmulticenter trial comparing synchronized and conventional intermittent mandatory ventilation inneonates，J Pediatr 128453-63，1996)德萊弗斯·D、，巴賽特·G，索勒·P和索蒙·G，高膨脹壓力下的間歇性正壓換氣過度引起肺的微細(xì)血管損傷速率，Am Rev Resp Dis 132880-884，1985年。(Dreyfuss D，Basset G，Soler P and Saumon G.Intermittent positive-pressure hyperventilation with high inflation pressuresproduces pulmonary microvascular injury in rats.Am Rev Resp Dis 132880-884，1985.)費(fèi)哈·F，聲音和結(jié)構(gòu)振動(dòng)、輻射、傳輸和響應(yīng)，倫敦，學(xué)術(shù)出版社。(Fahy，F(xiàn).(1985)Soundand Strutural Vibration.Radiation，Transmission and Response.LondonAcademic Press.)Froese AB，在肺損傷中肺容量的作用HFO在易于肺膨脹不全的時(shí)候(Froese AB.Role of lungvolume in lung injuryHFO in the atelectasis-prone lung.Acta Anaesthesiol Scand Suppl 90126-130，1989)福勒斯·AB，對(duì)于成人呼吸困難綜合癥的高頻振動(dòng)供氧這一次讓我們做正確，Crit CaeMed 25906-908，1997年。(Froese AB.High frequency oscillatory ventilation for adult respiratorydistress syndromeLet′s get in right this time！Crit Cae Med 25906-908，1997)
格斯特曼·DR、密頓·SD、斯托達(dá)德·RA、梅瑞荻斯·KS、摩納哥·F、伯特蘭·JM、巴蒂斯迪·O、拉亨吉斯·JP，弗蘭克斯·A和克拉克·RH，普洛沃對(duì)新早期高頻振動(dòng)供氧試驗(yàn)改善了在兒科呼吸困難綜合癥肺和臨床的成果，981044-1057，1996年。(Gerstmann DR，Minton SD，Stoddard RA，Meredith KS，Monaco F，Bertrand JM，Battisti O，Langhendries JP，F(xiàn)rancois A and Clark RH.The Provo multicenter early high-frequency oscillatory ventilation trialimproved pulmonary and clinical outcome in respiratory distress syndrome Pediatrics.981044-1057，1996.)岡查洛夫·V、雅各布·JE和庫(kù)格爾·DW，人類肺的多頻聲學(xué)傳播，Med.Biol.Eng.Comp.27513-519，1989年。(Goncharoff，V.，Jacobs，JE，and Cugell，DW Wideband acoustictransmission of human lungs.Med.Biol.Eng.Comp.27513-519，1989.)HIFI學(xué)習(xí)研討會(huì)，高頻振動(dòng)供氧與常見的機(jī)械的供氧，在處理早產(chǎn)嬰兒呼吸困難的比較，N Engl J Med 32088-93，1989年。(HIFI Study Group.High frequency oscillatory ventilationcompared with conventional mechanical in the management of respiratory failure in preterm infants.N Engl J Med 32088-93，1989.)約比·A，肺的表面活性劑的療法，N Engl J Med 328861-864，1993年。(Jobe A.Pulmonarysurfactant therapy.N Engl J Med 328861-864，1993.)克雷曼·S.S，低頻聲音通過普通人肺的速度，J.Appl.Physiol.551862-1867，1983年。(Kraman，S.S.Speed of low-frequency sound through lungs of normal men.J.Appl.Physiol.551862-1867，1983.)洛·RD和魯賓遜·BF，對(duì)于臨床方法的一個(gè)生理學(xué)手段，邱吉爾，倫敦，1970年。(LoweRD and Robinson BF.A physoilogical approach to clinical methods.Churchill，London，1970.)麥克卡洛·PR、菲克·PG和福勒斯·AB，缺少表面活性劑的兔子在高頻振動(dòng)供氧過程中，肺容量的保持避免了肺損傷，Am Rev Respir Dis 1371185-1192，1988年。(McCulloch，PR，F(xiàn)orkert PG and Froese AB.Lung volume maintenance prevents lung injury during high-frequencyoscillatory ventilation in surfactant-deficient rebbits.Am Rev Respir Dis 1371185-1192，1988.)諾斯威·HQ、羅森·RC和波特·DY，肺的疾病跟隨透明膜的呼吸療法，N Engl J Med 276357-368，1967年。(Northway HQ，Rosen RC and Porter DY.Pulmonary disease followingrespiratory therapy ofhyaline membrane disease.N Engl J Med 276357-368，1967.)萊斯·D.A.，肺部軟組織中的聲音速率，J.Appl.Physiol.54304-308(Rice，D.A.(1983)Sound speed in pulmonary parenchyma.J.Appl.Physiol.54304-308)
萊?！D和范德克伊·J，轉(zhuǎn)換測(cè)量功能與最大長(zhǎng)度結(jié)果，J Audio Eng Soc 37419-444，1989年。(Rife DD & Vanderkooy J.Transfer function measurement with maximum lengthsequences.J Audio Eng Soc 37419-444，1989.)謝里丹·B，關(guān)于早產(chǎn)嬰兒肺膨脹的聲學(xué)評(píng)價(jià)，B.Med.學(xué)術(shù)論文，RCBHR、默納什大學(xué)(Sheridan，B(2000)Acoustic evaluation of lung inflationin the preterm infant.B.Med.Sci.Thesis，RCBHR，Monash University.)塔西乍德·A和雷諾茲·EOR，支氣管發(fā)育不良所到的透明膜病的發(fā)病機(jī)理，Am J Pathol82241-264，1976年。(Taghizadeh A & Reynolds EOR.Pathogenesis of brochopulmonarydyspalsia following hyaline membrane disease.Am J Pathol 82241-264，1976.)瓦迪克·G.R和斯諾·D.C.，聲音在近喉門的人的呼吸系統(tǒng)的低頻傳輸?shù)膫鬟f功能，J.Appl.Physiol.69(6)2126-2130，1990年。(Wodicka，G.R.and Shnnon，D.C.Transfer function of soundtransmission in subglottal human resporatory system at low frequencies.J.Appl.Physiol.69(6)2126-2 130，1990.)瓦迪克·GR、史蒂文斯·KN、格拉·HL，克拉弗·EG和斯諾·D.C.，在呼吸系統(tǒng)中聲音傳輸?shù)哪Ｐ?，EEE生態(tài)群系論文集，英語，36925-934，1989年。(Wodicka GR，Stevens，KN，Golub，HL，Cravalho，EG and Shannon，D.C.A model of acoustic transmission in the respiratorysystem.IEEE Trans Biomed.Eng.36925-934，1989.)具體實(shí)施方式
例1成人肺容積的測(cè)定在五個(gè)健康的成年人胸部的許多不同位置，測(cè)定了聲音從胸腔一邊傳到另一邊的速度和衰減，聲音的頻率在50-1000Hz范圍。它們是肺的容積在殘余氣量(RV)和全肺氣量(TLC)間變化時(shí)測(cè)定的。在胸的右上區(qū)選一個(gè)參考點(diǎn)。在這個(gè)位置，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)頻率區(qū)(100-125Hz)，聲音的衰減大大降低，衰減的程度和肺的充氣直接相關(guān)(見圖2A上欄)。在RV和TLC間衰減的差別大約為7.5dB，統(tǒng)計(jì)以上差別有明顯意義(P＝0.028)。并且發(fā)現(xiàn)聲音的速度低，平均約30米/秒(m/sec)，對(duì)肺的充氣程度有明顯、強(qiáng)烈的敏感，在TLC時(shí)比RV時(shí)明顯快(圖2A下欄)。本研究中發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明充氣對(duì)聲音速度和衰減的效應(yīng)在胸腔的不同位置不同，尤其在較低的部位。這可能部分歸因于心臟和肝(在RV時(shí))在聲音通路中的位置。
本分析方法可以測(cè)定相位偏移和作為頻率函數(shù)的速度。本工作表明在所研究的頻率整個(gè)范圍內(nèi)聲音在肺軟組織中的速度是發(fā)散的，或者頻率依賴的。這是相當(dāng)重要的，因?yàn)槔碚撋下曇羲俣群皖l率間的關(guān)系依賴于肺的局部順應(yīng)性和慣性(inertial)特性(即是質(zhì)量依賴的)。這些特性可以提供有關(guān)該肺有價(jià)值的信息，因?yàn)樗鼈儾糠钟煞闻莞舻臓顩r、肺軟組織液體浸潤(rùn)的程度以及肺膨脹不全的范圍來決定。
原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)是從對(duì)新生兒重癥監(jiān)護(hù)室中的新生嬰兒中收集的。圖2B是一個(gè)有健康肺的孕期26周的嬰兒得來的樣本結(jié)果，說明可以用本發(fā)明來測(cè)量那些不能配合、但又處于完滿噪音的重癥監(jiān)護(hù)環(huán)境中的特別必須研究關(guān)注的個(gè)體。有趣的是，新生兒中聲音衰減最低的頻率區(qū)(約300Hz)比成人的高。另外，雖然聲音的速度和頻率間的關(guān)系相對(duì)成人的125Hz來說，在約300Hz有一個(gè)最低點(diǎn)，但跟成人一樣，嬰兒中也存在聲音速度的發(fā)散現(xiàn)象的證據(jù)。
例2測(cè)定兔子肺的密度實(shí)驗(yàn)是使用1-2Kg的新西蘭白兔做的。之所以選擇這些動(dòng)物是因?yàn)樗鼈兇笮「祟愋律鷥合嗨?，他們廣泛用作新生兒表面活性劑缺乏的模型。在進(jìn)行氣管切開術(shù)(其中在氣道中插入一根3mm的氣管內(nèi)導(dǎo)管，以便用常規(guī)新生兒呼吸器供氧換氣)之前，動(dòng)物靜脈注射硫噴妥鈉麻醉(Bournes BP200C)。靜注芬太尼維持麻醉。胸部剃去毛，在多個(gè)預(yù)先定下的點(diǎn)(包括右上胸整個(gè)部的參考點(diǎn))固定好麥克風(fēng)和變頻器。接著把動(dòng)物放到一個(gè)整身體積描記器中，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一定間隔監(jiān)測(cè)肺的絕對(duì)氣體容積。潮氣量則用一個(gè)接到氣管切開術(shù)中的導(dǎo)管上的呼吸素隊(duì)描記器(pneumotachograph)連續(xù)測(cè)定。在麥克風(fēng)放置的每個(gè)位置測(cè)量聲音的速度和衰減，每個(gè)觀察值是10次重復(fù)測(cè)量的平均值。
肺病引起肺的密度改變，考察其對(duì)聲音速度和衰減的效應(yīng)是通過比較三組肺狀況不同的兔子實(shí)現(xiàn)的第一組-正常肺(n＝10)；第二組-用鹽水灌洗使肺表面活性劑缺乏(n＝10)；第三組-用一個(gè)左心房氣囊導(dǎo)管充氣使肺水腫(n＝10)。
在每組動(dòng)物中，考察肺的充氣程度改變引起肺的密度改變的效應(yīng)是通過動(dòng)態(tài)和靜態(tài)條件下的測(cè)量實(shí)現(xiàn)的(1)在機(jī)械通氣中的動(dòng)態(tài)測(cè)量。在機(jī)械通氣中聲音的速度和衰減可在終末正壓(PEEP)各種水平呼氣(包括0、5、10、15、20cmH2O)時(shí)測(cè)定。在末段呼氣時(shí)的絕對(duì)肺容積和潮氣量可以在各種PEEP水平進(jìn)行測(cè)量。PEEP范圍寬可以確保在整個(gè)大范圍肺容積內(nèi)進(jìn)行觀察，從過低充氣到過度充氣，包括最佳充氣。
(2)在呼吸暫停時(shí)的靜態(tài)測(cè)量。簡(jiǎn)短換氣過度抑制自發(fā)的呼吸，使肺的體積瞬時(shí)保持恒定，測(cè)量聲音的速度和衰減?？梢杂迷?10到30cmH2O間改變氣道的壓力，達(dá)到在低于機(jī)能性余氣量(FRC)到TLC間改變肺容積。研究靜態(tài)條件下的肺，可以在極端肺容積下進(jìn)行觀察。這些結(jié)果直接可與成人屏住呼吸的情況相比，證明本發(fā)明的相互關(guān)聯(lián)技術(shù)能增加該系統(tǒng)的可靠性，抗呼吸音的干擾。
(1)死局的靜態(tài)測(cè)定，在完成上面的(2)后，應(yīng)用致死劑量的麻醉，在同樣的肺容積范圍內(nèi)象(2)一樣重新測(cè)量聲音的速度和衰減。然后在解剖肺之前夾住氣管，使其的充氣壓力為10cmH2O，這樣使它們從胸游離，可以測(cè)量它們的重量和密度。為了說明成人研究中觀察到的聲音速度和衰減的區(qū)域差異性問題，最后跟肺在完整的胸腔中被研究一樣，在相同的水平對(duì)切下的肺的聲音特性進(jìn)行了測(cè)量。這種分析的一個(gè)重要方面是可以對(duì)比死亡前后所得的結(jié)果，從而證明是否所用的相互關(guān)聯(lián)技術(shù)能抗心音的干擾。例3測(cè)量嬰兒肺的充氣要作為一個(gè)有價(jià)值的臨床工具，聲音的速度和衰減的測(cè)量一定要對(duì)肺的充氣變化敏感，它們是一個(gè)臨床很重要的數(shù)值。為了驗(yàn)證臨床上施加一種能可信地改變肺的充氣程度干預(yù)，聲音的速度和衰減是否有可測(cè)的改變，曾作過一個(gè)測(cè)試。發(fā)現(xiàn)臨床干預(yù)引起肺的充氣程度明顯變化后，聲音的傳遞和速度相應(yīng)地改變，并且它們可以用本發(fā)明測(cè)量。例4預(yù)測(cè)慢性肺病也必須測(cè)定對(duì)不正常肺的密度的聲音測(cè)量是否有證據(jù)能作為肺的過低充氣或過高充氣的指標(biāo)，因而和作為結(jié)局的慢性肺病的發(fā)展相關(guān)。據(jù)發(fā)現(xiàn)以后逐漸發(fā)展慢性肺病的嬰兒比從無慢性肺病的嬰兒在生命的開始幾天更常有不正常的肺密度。對(duì)一群(n＝30)早產(chǎn)兒(因?yàn)樵衅谏儆?0周，有高度產(chǎn)生慢性肺病的危險(xiǎn))作了一系列聲音速度和衰減的測(cè)量。在這群嬰兒中，用本發(fā)明估計(jì)約65％的嬰兒在28天齡仍然要依賴氧氣，約30％嬰兒在絕經(jīng)后36周齡仍然需要依賴氧氣。
最后需要理解的是在不偏離上述發(fā)明的精神的情況，可以做各種別的修飾和/或改變。
權(quán)利要求
1.一種原位測(cè)量生物組織性狀的方法，該方法包括在組織的第一個(gè)位置引入一個(gè)聲音；在該聲音在組織中傳播，在空間上與第一個(gè)位置隔開的另一個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量該聲音；和計(jì)算測(cè)定該聲音從第一個(gè)位置到另一個(gè)位置穿過該組織時(shí)聲音的速度和衰減；分析所測(cè)聲音的速度和衰減跟該生物組織性狀的關(guān)系。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，所測(cè)的組織性狀包括組織的組成、容積、狀況或在身體中的位置中任一種。
3.按照權(quán)利要求1或2的所述的方法，這里的該生物組織包括一個(gè)器官、或身體的一個(gè)部分或區(qū)域。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，這里的該生物組織包括均一的細(xì)胞材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求4的所述的方法，所說的復(fù)合結(jié)構(gòu)是多孔的。
6.按照權(quán)利要求5的所述的方法，所說的組織是呼吸系統(tǒng)，包括肺組織或上部氣道組織。
7.按照權(quán)利要求1到6中所述的任一個(gè)的一種方法，所說的聲音是區(qū)別于環(huán)境噪音的偽隨機(jī)聲音。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，所產(chǎn)生的偽隨機(jī)聲音頻率在20Hz到25kHz范圍內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，所產(chǎn)生的聲音聲壓在1到100帕斯卡范圍內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求1到9中所述的任一個(gè)的方法，該聲音通過一個(gè)聲音檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，該檢測(cè)器包括在可聽見的區(qū)域有平坦的頻率反應(yīng)的麥克風(fēng)或振動(dòng)檢測(cè)器。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，該頻率反應(yīng)在20Hz到25kHz，其在可聽見的頻率區(qū)域是平坦的。
12.按照權(quán)利要求1到11中所述的任一個(gè)一種原位測(cè)定病人呼吸道上部氣道狀態(tài)的方法，所說的方法包括在上呼吸道的第一個(gè)位置引入一個(gè)聲音；在跟第一個(gè)位置空間上隔開的另一個(gè)位置測(cè)定穿過上呼吸道后的該聲音；計(jì)算該聲音從第一個(gè)位置，穿過上呼吸道，到達(dá)另一個(gè)位置時(shí)的速度和衰減；并且分析該上呼吸道的狀態(tài)和該聲音速度和衰減的關(guān)系。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，所說的上呼吸道的狀態(tài)是在阻塞或開放氣道狀態(tài)被測(cè)定的。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的方法，其中用測(cè)定該上呼吸道的狀態(tài)來監(jiān)測(cè)阻塞性睡眠型呼吸暫停，該聲音速度和衰減的變化表明上呼吸道的變化。
15.按照權(quán)利要求12到14中所述的任一個(gè)方法，上部氣道的第一個(gè)位置在鼻區(qū)，另一個(gè)位置跟第一個(gè)位置空間上隔開，在頸部以下，肺部以上的上胸部區(qū)。
16.按照權(quán)利要求1到11所述的任一個(gè)的一種原位監(jiān)測(cè)肺的狀況的方法，所說的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；分析該衰減和聲音速度和速度的散布跟肺的狀況的關(guān)系。
17.按照權(quán)利要求16的所述的一種方法，所測(cè)的肺的下組狀況包括下組狀況(a)肺組織的密度；(b)肺部氣體容積(c)部分塌陷(膨脹不全)(d)局部血液容積，間質(zhì)水腫；和(e)包括腫瘤等局部性肺部疾病和整體性肺病。
18.按照權(quán)利要求1到11中所述的任一個(gè)的一種測(cè)量肺充氣的方法，所說的方法包括在胸部引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；分析該聲音速度和衰減變化跟肺的容積和充氣的關(guān)系。
19.按照權(quán)利要求1到11中所述的任一個(gè)的一種預(yù)測(cè)嬰兒慢性肺病的方法，所說的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；把測(cè)得的聲音速度和衰減跟沒有慢性肺病的正常肺的聲音速度和衰減進(jìn)行比較。
20.按照權(quán)利要求1到11中所述的任一個(gè)的一種診斷肺病的方法，所說的測(cè)量肺的密度的方法包括經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；分析聲音的速度和衰減和肺的密度的關(guān)系，把要診斷的肺和正常的肺密度進(jìn)行比較，測(cè)定被診斷的肺是否有病。
21.按照權(quán)利要求20的所示的方法，該肺的疾病是選自肺氣腫、哮喘、局部塌陷(膨脹不全)、間質(zhì)水腫、局部肺病或整體性肺病。
22.按照權(quán)利要求1到11中所述的任何一個(gè)的一種預(yù)防肺損傷的方法，所說的方法通過下面的方式監(jiān)測(cè)肺的狀況經(jīng)胸廓引入一個(gè)聲波，使它從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；測(cè)定從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音的速度和衰減；分析聲音的速度和衰減與肺容積的關(guān)系；并且維持肺的容積在最佳的容積，從而大大阻止肺膨脹不全和過度充氣(容積性創(chuàng)傷)的發(fā)生。
23.一種測(cè)定生物組織特性的儀器，該儀器包括一種可以發(fā)出聲音的發(fā)聲裝置，一種記錄裝置，記下從該生物組織的一個(gè)位置，穿過該組織到達(dá)該組織的另一個(gè)位置的該聲音；一種分析裝置，計(jì)算該聲音穿過該組織的速度和衰減。
24.一種監(jiān)測(cè)肺的狀況的儀器，所說的儀器包括一種發(fā)聲裝置經(jīng)胸廓產(chǎn)生一個(gè)聲音，使該聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊；一種記錄裝置，記下從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的該聲音；一種分析裝置計(jì)算該聲音從胸腔的一邊，穿過肺到達(dá)胸腔的另一邊的速度和衰減。
25.按照權(quán)利要求23或24所述的的儀器，其中的分析裝置能進(jìn)一步對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜分析。
26.按照權(quán)利要求1的所述的方法，大致如上文所描述的，在此獨(dú)為例子；列為參考。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于測(cè)定人和動(dòng)物生物組織特性的一種方法。尤其是通過引入一種聲音到組織中，然后記錄該聲音來測(cè)定肺和氣道等組織的特性。本發(fā)明還包括能進(jìn)行這種測(cè)量的儀器。本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供了一種原位測(cè)定生物組織特性的方法，它包括在第一個(gè)位置引入一個(gè)聲音到該組織中；測(cè)定它穿過組織后，到達(dá)與第一個(gè)位置空間上隔開的另一個(gè)位置時(shí)的該聲音，計(jì)算聲音從第一個(gè)位置，穿過該組織傳到第二個(gè)位置時(shí)的速度和衰減，分析該所測(cè)聲音的速度和衰減跟生物組織特性的關(guān)系。
文檔編號(hào)A61B8/08GK1431886SQ01810342
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2001年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
發(fā)明者馬爾科姆·霍華德·威爾金森, 克萊夫·安德魯·拉姆斯登, 菲利普·約翰·伯杰 申請(qǐng)人:帕默索里克私營(yíng)有限公司