（生物医学工程专业论文）基于TCPIP协议的动静脉脉冲系统的设计与实现.pdf

山东大学硕士学位论文 i i a b s t r a c t d e e p v e i nt h r o m b o s i s ( d v t ) w a sh a r dt ob es e e ni n t h e19 6 0 s a s r a p i d d e v e l o p m e n to fv a s a ls u r g e r ya l l o v e rt h ew o r l da n de x t e n s i v ea p p l i c a t i o no f a d v a n c e dd i a g n o s t i ct e c h n o l o g y , d v tw a se x a m i n e dm o r ea n dm o r e ，a n db e c a m ea f a m i l i a rd i s e a s ef r o m19 8 0 s d v tu s u a l l yh a p p e n sc o n c o m i t a n t l yw i t hs e r i o u s s y n d r o m e s o n eo fi t ss y n d r o m e s ，p t e ，f o re x a m p l e ，i sv e r yd a n g e r o u st op e o p l e s h e a l t ho re v e nl i f e d v to f t e na p p e a r sa f t e rs u r g e r y , a n di sh a r dt ob ed i a g n o s e d ，s o p r e v e n t i o ni s m o r ei m p o r t a n tt h a nt r e a t m e n t p r e v e n t i v ea n dt h e r a p e u t i cm e t h o d s l i k em e d i c i n ea r ew i d e l yu s e d ，b u tt h ee f f e c t sa r en o ts os a t i s f y i n g t h e r e f o r e ，p e o p l e g r a d u a l l yp a ym o r ea t t e n t i o nt os a f ea n de f f e c t i v em e c h a n i c a lm e t h o d s ，w h i c h c u r r e n t l yb e c o m et h eh o t s p o to fr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n b a s e do nt c p i pp r o t o c o l ，a vi m p u l s es y s t e mw a sd e s i g n e d t h i ss y s t e m u t i l i z e sa t 8 9 s 5 3a s c e n t r a l c o n t r o l l i n gc h i p ，a n di n c l u d e si n t e r a c t i v em o d u l e ， m e m o r ym o d u l e ，p o w e rm o d u l e ，d r i v e rm o d u l e ，d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，a n d n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n sm o d u l e a d d i t i o n a l l y ，g a sc o m p r e s s o r ，g a sk e a l e ，a n d r u b b e rp i p ea r ea l s oa t t a c h e dt ot h i sd e v i c e b ym i m i c k i n gb l o o dc i r c u l a t i o ni n p e o p l e sl e g sw h e nw a l k i n g ，a vi m p u l s es y s t e mi sa i m e dt op r e v e n ta n dc u r ed v t i nm a n yc o u n t r i e s ，s o m es y s t e m sl i k ea vi m p u l s es y s t e m ，a sh e a l i n gi n s t r u m e n t ， h a v ea l r e a d yb e e nf i x e dt os i c k b e d s ，a n dr e l a t i n gn e t w o r kc a r ei sa l s ow i d e l yu s e d u n f o r t u n a t e l y ，t h e r ei sn os u c hs y s t e ml i k et h i si nc h i n a i no r d e rt oa d a p t t h i st r e n d ， n e t w o r km o d u l eo fa vi m p u l s es y s t e mh a sb e e nd e s i g n e di nt h i sp r o j e c t i n s t e a do f g o i n go u tt oc h e c ke v e r yw a r d ，t h en u r s ec a nj u s ts i ti nt h ec o n t r o lr o o ma n d c o n v e n i e n t l ym a n a g ea l ls y s t e m si ns i c k r o o m st h r o u g ht h en e t w o r k ，b ys od o i n g ，i t n o to n l ys a v e sl a b o rr e s o u r c e s ，b u ta l s or e d u c e su n n e c e s s a r yd i s t u r b a n c et op a t i e n t s i nt h i sp a p e r , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fv e i nc i r c u l a t i o nh a v eb e e na n a l y z e d t h e p a t h o l o g yo fd v t a n dt h ep r e v e n t i v ea n dt h e r a p e u t i cm e t h o d sh a v e b e e nr e s e a r c h e d b a s e do np h y s i o l o g ya n dc l i n i c a le x p e r i e n c eo fd v t ，t y p i c a lp a r a m e t e r sf o rt h ea v i m p u l s es y s t e mh a v eb e e ng i v e n t h ed e s i g no f t h ew h o l es y s t e mh a sb e e nf i n i s h e d t h ed e s i g no ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eh a sb e e ni n t r o d u c e di nd e t a i l 山东大学硕士学位论文 t h en e t w o r km o d u l eh a sb e e nd e s i g n e df o rt h es y s t e mi no r d e rt oc o n n e c tt h e l a no fh o s p i t a la n dc o n t r o lo t h e rd e v i c e si nl o n g d i s t a n c e t c p i pp r o t o c o li s i n t r o d u c e db r i e f l y f u r t h e r m o r e ，a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fd a t at r a n s m i s s i o n i nt h i ss y s t e m ，im a k ep r o p e ra b r i d g e m e n ta n da d j u s t m e n tt o w a r dt c p i pp r o t o c 0 1 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nb o t hi nh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo f j o i n tb e t w e e n e t h e r n e t a n dr t l 8 0 19 a sc o n t r o l l e db yc h i pc o m p u t e rs t c 8 9 c 5 8 r d + a r ei n t r o d u c e di n d e t a i l f i n a l l y ，a vi m p u l s es y s t e mb a s e do nt c p i pp r o t o c o lh a sb e e ne x a m i n e d t h e f u n c t i o no fp r e v e n t i n ga n dt r e a t i n gh a sb e e nr e a l i z e da n dt h es y s t e mc a nb ec o n n e c t e d t ot h en e t w o r k t h ea vi m p u l s es y s t e mh a sb e e nw o r k i n gv e r yw e l l k e y w o r d s ：d v t ；a vi m p u l s es y s t e m ；r t l 8 0 19 a s ；t c p i pp r o t o c o l i i i 山东大学硕士学位论文 i v d v t p t e t c p p p e v t e i s a l p m c s r r q e s d m a c d m a c r c f i f o b n c a u i p n p o s i h t t p f t p u d p i c 巾 i g m p a r p r a r p a p i 缩略词注释表 d e e p v e i nt h r o m b o s i s 深静脉血栓 p u l m o n a r yt h r o m b o e m b o l i s m肺血栓栓塞症 t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l 传输控制协议 i n t e r n e tp r o t o c o l p u l m o n a r ye m b o l i s m 网际协议 肺栓塞 v e n o u st h r o m b o e m b o l i s m 静脉血栓栓塞 i n - s y s t e mp r o g r a m m i n g 在系统编程 i n a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g 在应用中编程 m i c r o c o m p u t e rs y s t e m 微型计算机系统 i n t e r r u p tr e q u e s t e l e c t r o - s t a t i cd i s c h a r g e m e d i u ma c c e s sc o n t r o l d i r e c tm e m o r ya c c e s s c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k f i r s t i nf i r s t 0 u t b a y o n e tn e i l lc o n s e l m a n a t t a c h m e n tu n i ti n t e r f a c e p l u ga n dp l a y o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l f i l et r a n s f e rp r o t o c o l u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g e sp r o t o c o l i n t e m e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c o l a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o i r e v e r s ea d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e 中断请求 静电释放 介质访问控制 直接存储器存取 循环冗余码校验 先入先出 同轴电缆连接器 连接单元接口 即插即用 开放式系统互联 超文本传输协议 文件传输协议 用户数据报协议 网间控制报文协议 网间组管理协议 地址解析协议 逆向地址解析协议 应用编程接口 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其它个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责 任由本人承担。 论文作者签名： 聋銎晕 e l期：塑81 ! 望 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墓墨l 导师签名： e l 期：坐墨：乒矽 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景 根据世界卫生组织报告，血栓疾病为全球总死亡率的第一位常见原因。血栓 形成是导致心、脑和外周血管事件的最后关键环节，是致残致死的直接原因，没 有血栓就没有心脑血管事件。血栓按照部位来划分，分为两大类。一类血栓形成 发生在动脉系统，被称为动脉血栓。动脉血栓会导致由动脉供血的器官缺血、功 能障碍，严重导致器官坏死，临床表现为脑梗死、心肌梗死、肢体坏死等。另一 类是发生在静脉系统，被称为静脉血栓。静脉血栓会导致静脉回流障碍，如下肢 深静脉血栓形成。不但如此，一旦血栓脱落，还会栓塞远处器官、组织，如左心 腔( 左心房和左心室) 血栓脱落可以导致脑栓塞或者外周动脉栓塞；下肢深静脉血 栓形成脱落导致肺栓塞。血栓栓塞导致器官衰竭或功能障碍、致残、丧失工作能 力，甚至死亡。 静脉血栓是静脉内血凝块形成所致的一类疾病，是近年来逐渐引起人们关注 的疾病之一。静脉血栓是仅次于缺血性心脏病和脑卒中的最常见的心血管疾病之 一，具有相当高的发病率和病死率。在美国，年新发病例约为2 0 万人，其发病 率相当于脑卒中。在西方国家，深静脉血栓和肺栓塞的年发病率分别约为1 9 6 0 和 o 5 o 。在中国，静脉血栓栓塞症同样也是常见病、多发病，而且其发病率呈迅 速上升趋势。静脉血栓也是人类死亡的常见病因，全世界每年死于该病者超过 5 0 0 万人。同时，静脉血栓可引起深静脉血栓( d v t ) 及其严重并发症一肺栓塞( p e ) 的发生，后者可以致死。d v t 发生率很高且症状严重。患者会出现水肿、疼痛、 静脉闭塞等症状，当d v t 脱落随血流运动而堵塞在肺动脉便形成肺血栓栓塞症 ( p t e ) ，危及患者生命。p e 是肢体静脉血栓形成的严重并发症，其与p t e 是一 个疾病在不同部位、不同阶段的表现。 近年来随着疾病谱的变化，d v t 的发病率急剧上升，p e 的发病率也随之增 高。d v t 多发生在临床病人或者手术病人中，如果没有采取预防措施，2 4 的心 肌梗塞患者以及超过6 0 的局麻术后病人会引发d v t 。d v t 在各种术后患者中的 发生率不同，髋部手术的发生率为5 9 ，普通外科及神经外科手术的发生率为 2 9 ，妇产科手术的发生率为1 9 ，前列腺手术的发生率为1 1 。而且，对于美 国成年人，更年期发生静脉血栓栓塞( v t e ) 的比率为1 5 0 ，男性相对女性略低 山东大学硕士学位论文 为1 4 o ，黑人相对白人略高为1 6 9 6 0 ，每增长十岁其发生率增加1 7 0 。据文献报 道，在美国每年有2 0 0 万例深静脉血栓形成的患者，6 0 万例并发p e ，死于p e 者1 0 万 - - - 2 0 万例，占临床死亡原因第三位【。 d v t 的发病率极高并且病情凶险，但是由于d v t 和p e 在临床上并没有典 型的症状，不容易被诊断，因此被称为“无声的杀手 。据统计约8 0 的深静脉 血栓是“沉默 的、无临床表现的；7 0 以上的肺栓塞是在死亡后发现的。因此， 预防大于治疗。 1 2 研究现状 目前国内，在心肌梗死、脑梗死等以动脉粥样硬化为基础的动脉血栓塞性疾 病的防治工作上，由于各种药物和介入治疗开展的较为广泛，大家对此类疾病的 认识相对比较成熟。但在静脉血栓栓塞性疾病，尤其是在其发病率较高的骨科， 目前的认识及受重视程度远低于国外，又因为8 0 的d v t 疾病是无症状的，所 以许多骨科大手术后对d v t 的形成缺少必要的防治措施，造成致死性肺栓塞而 导致患者死亡。在美国，9 6 的外科医生都同意在手术中或者手术后广泛使用各 种措施预防深静脉血栓，而在国内尚未广泛开展，其原因主要有： 1 常将术后深静脉血栓当作一般的术后反应，以为发生率低，而未加以重视。 2 担心应用抗栓药物引起的出血等副作用，但抗凝的益处却很难直接感知。 3 以为抗栓预防性治疗会增加患者的医疗费用，却很少考虑发生深静脉血栓 和肺栓塞所需要的额外费用。 4 对深静脉血栓和肺栓塞所带来的危害认识不足【2 】。 目前国内外的预防及治疗措施主要有：国内外学者报道低分子肝素【3 j 等抗凝 疗法可以显著降低d v t 的发生率，但是由于剂量不好控制，增加了出血的危险； 链激酶【4 】等溶栓疗法较易引起出血，其长期疗效并不胜于抗凝疗法；介入治疗由 于费用高，危险性高，也不是最佳的治疗方法。因此，血栓栓塞疾病的防治需要 全方位立体化措施，重要的是要建立以“防”为主和多学科交叉的观念。在此背 景下，机械性【5 l 预防措施逐渐受到人们青睐并成为研究与应用的热点。 从报道看，英国已经有相应产品，并且在欧美、日本等国家已有很好的市场。 日本代理商k o b a y a s h i 公司的销售额已从1 9 9 7 年销售9 8 台提升n 2 0 0 2 年的月销售 8 0 台，国内尚没有看到类似产品的报道。国外产品已经在我国上市，一些大中型 2 山东大学硕士学位论文 医院已经引进。该产品在预防和治疗深静脉血栓方面已经取得了显著的成果，比 如可以有效预防下肢长管状骨骨折内固定术后深静脉血栓形成，可有效预防置换 关节手术后深静脉血栓的形成等。但是由于价格原因，该产品没有广泛推广。 1 3 课题研究的意义 d v t 发病率高，病情严重，症状不明显，诊断困难。药物治疗效果不佳： 介入治疗费用昂贵，风险大；进口的仪器价格昂贵，不能广泛应用。因此研发一 种价格适中，能有效预防及治疗d v t 的医疗仪器，已经成为刻不容缓的问题。 该动静脉脉冲系统就是为了解决上述问题而开发的一种医疗仪器。该系统基于足 底静脉丛理论和模仿负重原理，通过对足底动静脉间歇加压来模仿人行走时腿部 血液循环的生理作用，实现了对d v t 的预防和治疗。作为一种无创性治疗方式， 能简单、安全、有效地加快患者肢体功能恢复，减少并发症及缩短住院时间，极 大地减少了病人的经济损失，能有效地减少国家在该方面的经济负担。 随着互联网的日益普及，信息共享程度的要求在不断提高，各种医疗设备在 数据传输与控制方面正在逐步地走向网络化，以便利用网络资源，实现分布式远 程监控、信息交换与共享。目前大多数设备和仪表都是采用r s 2 3 2 4 8 5 通讯方式， 不具备远程控制和数据传输能力。利用以太网实现远程控制系统，通过互联网共 享以单片机应用系统为核心的小型嵌入式设备的信息，利用现已十分成熟的技 术、8 1 6 位的m c u 及以太网控制器芯片，在不需要使用p c 机或高档单片机的 情况下接入互联网，是嵌入式系统通信研究的发展趋势。本文采用单片机 s t c 8 9 c 5 8 i m + 控制r t l 8 0 1 9 a s 以太网控制器芯片实现了嵌入式系统与以太网 的互联，使监护人员可以在监护室方便地了解各台仪器运行的情况。代替了监护 人员每个病房依次检查的繁琐程序，减少了人力浪费，也减少了对病人正常休息 的打搅，并为该仪器实现家庭化，实现远程医疗打下了基础。 1 4 课题来源 该课题来源于济南博爱医疗器械有限公司横向委托项目。 1 5 本文的主要工作 基于足底静脉丛理论和模仿负重原理设计了动静脉脉冲系统。该系统作为 d v t 的一种无创性预防和治疗方式，对于因创伤、手术或各种病理情况而需要 制动或部分制动的病人，可以显著地增加其腿部血液循环，能简单、安全、有效 山东大学硕士学位论文 地加快患者肢体功能恢复，减少并发症及缩短住院时间。同时为了适应医疗仪器 网络化的需求，为了便于监护人员在监控室集中监控医院病房内每一台仪器，在 该动静脉脉冲系统上添加了网络模块，该模块嵌入了t c p i p 协议，可以使该系 统方便地接入到医院的局域网络中，完成远程集中监控。 本文主要完成了以下工作： 第一步以单片机a t 8 9 s 5 3 为主控芯片，完成样机的制作。系统主要由控制 器和充气垫组成。控制器通过控制气阀的开关，使充气垫迅速充气和放气，形成 气体脉冲。控制器主要包括依次连接的空气压缩机、储气罐、三通电磁阀、主控 制板。主控制板主要包括交互模块、存储模块、电源模块、驱动模块、数据采集 模块和串口通信模块( 该模块用于和网络模块进行通信) 等。该部分详细介绍了动 静脉脉冲系统的硬件电路设计和软件设计。 第二步以单片机s t c 8 9 c 5 8 r d + 作为主控制芯片，通过嵌入t c p i p 协议对 网卡芯片r t l 8 0 1 9 a s 进行控制，实现了网络化接口。单片机s t c 8 9 c 5 8 r d + 与 单片机a t 8 9 s 5 3 通过串口进行数据和控制信号的传输，从而使动静脉脉冲系统 实现了网络化的需求。该部分简单介绍了t c p i p 协议，根据传输的数据特点对 t c p i p 协议进行了裁减，详细介绍了网络模块的硬件设计和软件设计。 第三步对基于t c p i p 协议的动静脉脉冲系统进行了试验，验证了动静脉脉 冲系统可以精确达到各项参数的要求，可以有效地预防和治疗d v t ；验证了该 系统网络模块的可行性；验证了p c 机可以对该系统进行远程控制。 4 山东大学硕士学位论文 第二章病理生理研究 d v t 发病率逐渐增高，常发生在手术后，症状不明显，不容易被诊断。随 着医疗水平的提高，专家们对d v t 的发病原理已经有所发现。由于没有权威的 方法，专家们在诊断、治疗和预防d v t 方面有着多种多样的方式。机械性的预 防和治疗方法逐渐受到人们的青睐，向大众化的方向发展。本章节分析了动静脉 脉冲系统的生理原理，说明了动静脉脉冲系统的可行性。 2 1 深静脉血栓的病理及治疗 2 1 1 关于静脉血的几个概念 2 1 1 1 容量血管 静脉和相应的动脉比较，数量较多，口径较粗，管壁较薄，故其容量较大， 而且扩展性较大，即较小的压力变化就可以使容积发生较大的变化。在安静状态 下，整个静脉系统容纳了全身循环血量的6 0 - 7 0 。静脉的口径发生较小变化 时，静脉内容纳的血量就可发生很大的变化，而压力的变化较小。因此，静脉在 血管系统中起着血液贮存库的作用，在生理学中将静脉称为容量血管6 1 。 2 1 1 2 静脉的可扩张性与塌陷 静脉较动脉有一明显的特点，即有较大的可扩张性。血管的可扩张性是指血 管壁内外的压力差( 跨壁压) 每改变l m m h g 时血管容积变化的百分数，可用下式 表示： d ：黑( 2 - 1 ) v p 0 7 式中d 为可扩张性，a v 为血管容积的变化值，卸为跨壁压的变化值，为 血管的初始容积。血管的跨壁压即血管内血液对管壁的压力和血管外组织对管壁 的压力之差，一定的跨壁压是保持血管充盈膨胀的必要条件。跨壁压减小到一定 程度，血管就不能保持充盈膨胀，即发生塌陷。静脉管壁较薄，管壁中弹性纤维 和平滑肌都较少，因此当跨壁压降低时就容易发生塌陷，此时静脉的容积也减小； 当跨壁压增大时，静脉就充盈，容积增大。 2 1 1 3 血流量和血流速度 单位时间内流过血管某一截面的血量称为血流量( b l o o df l o w ) ，也称容积速 5 山东大学硕士学位论文 度，其单位通常以m l m i n 或l m i n 来表示。血液中的一个质点在血管内移动的线 速度，称为血流速度。血液在血管内流动时，其血流速度与血流量成正比，与血 管的截面积成反比。 1 泊肃叶定律【7 】：泊肃叶研究了液体在管道系统内流动的规律，指出单位时 间内液体的流量( q ) 与管道两端的压力差p l p 2 以及管道半径的4 次方成正比，与 管道的长度l 成反比，即为泊肃叶定律( p o i s e u i l l e sl a w ) 。这些关系可用下式表示： q ：k 导( 置一是) ( 2 2 ) 这一等式中的k 为常数。后来的研究证明它与液体的粘稠度1 1 有关。因此泊 肃叶定律有可写成： q ：型型( 2 - 3 ) 。8 r l 2 层流和湍流：血液在血管内流动的方式可分为层流和湍流两类。在层流的 情况下，液体每个质点的流动方向都一致，与血管的长轴平行；但各质点的流速 不相同，在血管轴心处流速最快，越靠近管壁，流速越慢。因此可以设想，血管 内的血液有五层同轴的圆柱面构成，处于同一层的液体质点的流速相同，由轴心 向管壁，各层液体的流速依次递减。如果以箭头指示血流的方向，箭头的长度表 示流速，在血管的纵剖面上各箭头的连线形成一抛物线。泊肃叶定律适用于层流 的情况。当血液的流速加快到一定程度后，会发生湍流。此时血液中各质点的流 速方向不再一致，出现漩涡。在湍流的情况下，泊肃叶定律不再适用，血流量不 是与血管两端的压力差成正比，而是压力差的平方根成正比。关于湍流的形成条 件，r e y n o l d s 提出一个经验公式： r e ：v d p ( 2 4 ) 刁 式中v 为血液在血管内的平均速度( 单位为c m s ) ，d 为管腔直径( 单位为c m ) ， p 为血液密度( 单位为g c m 3 ) ，t 1 为血液粘稠度( 单位为泊) ，r e 为r e ”o l d s 数，没 有单位。一般当r e 数超过2 0 0 0 时，就可以发生湍流。由上式可知，在血流速度 快，血管口径大，血液粘稠度低的情况下，容易产生湍流。 6 山东大学硕士学位论文 2 1 2 深静脉血栓的病理及临床表现 1 9 世纪中期( 1 9 4 6 1 9 5 6 ) ，v i r c h o w 提出静脉血栓形成的三大因剥引，即静 脉血流滞缓、静脉壁损伤和血液高凝状态。 静脉血流滞缓：当血流缓慢或瘀滞时，局部组织因缺氧和细胞代谢障碍可使 局部凝血酶聚集及纤维蛋白溶解活性下降，而致使局部静脉血栓形成【9 】。 静脉壁损伤：正常血管内膜是血小板凝集的生理屏障，其内膜细胞合成的前 列腺素有扩张血管和血小板凝集的功能，当血管壁损伤时，抗栓现象就会逆转【9 】。 血液高凝状态：血液组成成分的改变而使患者机体处于高凝状态是深静脉血 栓形成的一个主要原因。高凝状态分遗传性和获得性两种，遗传性高凝状态包括 先天性抗凝血酶一缺乏症、蛋白一s 、蛋白一c 缺乏症等，但对比后天获得性高凝 状态来讲遗传性高凝状态只是少见的致病因素，后天获得性高凝状态除与手术刺 激有关外，还与患者的自身因素及合并的疾病状态有关【1 0 】。 在上述三种因素中，任何一个单一因素往往都不足以致病，必须是各种因素 的组合。静脉血栓形成的病理变化，主要是由于血液高凝状态和血流滞缓而发生 血栓，血栓与管壁一般仅有轻度粘连，容易脱落，可引起肺栓塞。激发炎症反应 后，血栓与血管壁粘连也可较紧密。 按照血栓的组成，静脉血栓有三种类型： 1 红血栓：最为常见，组成比较均匀，血小板和白细胞散在性分布在红细胞 和纤维素的胶状块内。 2 白血栓：基本由纤维素、白细胞和成层的血小板组成，只有极少量红细胞。 3 混合血栓：由白血栓组成头部，板层状的红血栓和白血栓构成体部，红血 栓或板层状的血栓构成尾部。 静脉血栓的形成引起静脉回流障碍，其程度取决于受累血管的大小和部位， 以及血栓的范围和性质。阻塞远端静脉压升高，毛细血管瘀血，内皮细胞缺氧， 使毛细血管渗透性增加，阻塞远端肢体出现肿胀。深静脉压升高及静脉回流障碍， 使交通支静脉扩张开放，阻塞远端血流经交通支而入浅静脉，出现浅静脉扩张。 血栓可沿静脉血流方向向近心端蔓近，小腿血栓可继续伸延到下腔静脉，甚至对 侧。当血栓完全阻塞静脉主干后，血栓还可逆行向远端伸延。血栓可脱落，随血 流经右心，栓塞于肺动脉，而并发肺栓塞。另一方面血栓可以机化、再管化和再 7 山东大学硕士学位论文 内膜化，使静脉管腔能恢复一定程度的通畅。因管腔受纤维组织收缩作用影响， 以及瓣膜本身的破坏，可致静脉瓣膜功能不全。 d v t 经常发生在下肢，下肢深静脉血栓形成，可发生在下肢深静脉的任何 部位。临床常见的有两类：小腿肌肉静脉丛血栓形成和髂股静脉血栓形成。前者 位于末稍，称为周围型；后者位于中心，称为中央型。无论周围或中央型，均可 通过顺行繁衍或逆行扩展，而累及整个肢体者，称为混合型，临床最为常见( 如 图2 1 ) 。 周围型中央型混合型 图2 1 下肢深静脉血栓形成的类型 小腿肌肉静脉丛血栓形成( 周围型) ，为手术后深静脉血栓形成的好发部位。 因病变范围较小，所激发的炎症反应程度较轻，临床症状并不明显，易被忽略。 通常感觉小腿部疼痛或胀感，腓肠肌有压痛，足踝部轻度肿胀。若在膝关节伸直 位，将足急剧背屈，使腓肠肌与比目鱼肌伸长，可以激发血栓所引起炎症性疼痛， 而出现腓肠肌部疼痛，称为h o m a n s 征阳性。因不影响血液回流，浅静脉压一般 并不升高。血栓若继续向近侧繁衍，临床表现则日益明显，小腿肿胀，浅静脉扩 张，胭窝部沿胭静脉压痛。 髂股静脉血栓形成( 中央型) ，左侧多见，可能与右髂总动脉跨越左髂总静脉， 对左髂总静脉有一定压迫有关。起病骤急；局部疼痛，压痛；腹股沟韧带以下患 肢肿胀明显；浅静脉扩张，尤腹股沟部和下腹壁明显；在股三间区，可扪及股静 脉充满血栓所形成的条索状物；伴有发烧，但一般不超过3 8 5 。顺行扩展，可 侵犯下腔静脉。如血栓脱落，可形成肺栓塞，出现咳嗽、胸痛、呼吸困难，严重 8 山东大学硕士学位论文 时发生紫绀、休克、甚至猝死。 无论髂股静脉血栓形成逆行扩散，或小腿肌肉静脉丛血栓形成顺行扩展，只 要累及整个下肢深静脉系统，均称为混合型。临床表现为两者表现相加。但后者 发病隐匿，症状开始时轻微，直到髂股静脉受累，才出现曲型表现。凡发病急骤， 无论髂股静脉血栓逆行扩展或小腿肌肉静脉丛血栓顺行繁衍，只要血栓滋长，使 患肢整个静脉系统，几乎全部处于阻塞状态，同时引起动脉强烈痉挛者，特称为 股青肿。疼痛剧烈，整肢广泛性明显肿胀，皮肤紧张、发亮、呈紫绀色，有的可 发生水疱，皮温明显降低，足背、胫后动脉搏动消失。全身反应明显，体温常达 3 9 以上，可出现休克及肢体静脉性坏疽。 2 1 3 深静脉血栓的诊断 深静脉血栓形成，症状隐晦，且不典型，常难以确诊。为了确定诊断，明确 病变范围，可选用下列方法辅助检查： 1 放射性同位素检查：目前有同位素静脉造影和放射性纤维蛋白原试验两种 方法。前者处于试验研究阶段，尚未在临床应用；后者是应用1 2 5 碘标记人体纤 维蛋白元，能被正在形成的血栓所摄取，每克血栓中含量要比等量血液高5 倍以 上，因而形成放射性浓稀现象，在肢体进行扫描，即能判断有无血栓形成。该法 操作简便，无创伤，正确率高。 2 超声波检查【l l 】：利用多普勒效应，将探头置于较大静脉的体表，可闻及 或描记静脉血流音，如该部无血流音，可说明静脉栓塞。应用新型显像仪，还可 直接观察静脉直径及腔内情况，可了解栓塞的大小及其所在部位。准确性明显高 于电阻抗体积描记法，而且为无创检查，应为首选。 3 电阻抗体积描记检查：采用各种容积描记仪，测定气囊带阻断股静脉回流 后小腿容积增加程度，以及去除阻断后小腿容积减少速率，从而可判断下肢静脉 通畅度，以确定有无静脉血栓形成。 4 静脉测压：站立位足背静脉正常压力一般为1 3 0 c m h 2 0 ，踝关节伸屈活动 时，一般下降为6 0 c m h 2 0 ，停止活动后，压力回升，回升时间超过2 0 秒钟。主 干静脉有血栓形成时，站立位无论静息或活动时的压力，均明显升高。回升时间 增快，一般为1 0 秒钟左右。 5 静脉造影：为最准确的检查方法，能使静脉直接显像，可有效地判断有无 9 山东大学硕士学位论文 血栓，能确定血栓的大小、位置、形态及侧支循环情况。后期行逆行造影，还可 了解静脉瓣膜功能情况。静脉造影是诊断深静脉血栓形成及了解血栓范围、程度 最可靠的方法，也是其它检查方法优劣的对比依据，诊断的准确率在9 0 以上， 但该检查是一种创伤性操作，费用昂贵，有造影剂过敏等不良反应且不宜重复检 查，因此作为常规的检查方法在临床上受到很大的局限【1 2 - 1 3 。 2 1 4 深静脉血栓的治疗 治疗的目的不仅在于预防血栓栓塞事件和血栓复发，还要平衡其带来的风 险，即出血危险性。常用的治疗方法有： 1 非手术疗法 1 ) 卧床休息和抬高患肢：卧床休息l 2 周，避免活动和用力排便，以免引 起血栓脱落。垫高床脚2 0 - - 2 5 c m ，使下肢高于心脏平面，可改善静脉回流，减 轻水肿和疼痛。开始下床活动时，需穿弹力袜或用弹力绷带，使用时间因栓塞部 位而异：小腿肌肉静脉丛血栓形成使用1 - 2 周；胭静脉血栓形成，使用不超过 6 周；髂股静脉血栓形成，可用3 - - 一6 个月。 2 ) 溶栓疗法：常用药物有尿激酶、链激酶和纤维蛋白溶酶。 尿激酶：从人尿中提取，副作用小，优于链激酶。国外用药剂量较大，首次 剂量3 0 0 0 4 0 0 0 i u k g ，在1 0 3 0 分钟内静脉滴入，维持量2 5 0 0 - - - 4 0 0 0 i u k g 小时，疗程一般1 2 7 2 小时。国内多用小剂量，一般3 - - 5 万次，每日2 - - - 3 次。上海中山医院用法：8 万i u 次，溶于5 葡萄糖溶液，静脉滴注，每日2 次。以后根据监测纤维蛋白原及优球蛋白溶解时间，若纤维蛋白原低于2 9 l ， 或优球蛋白溶解时间小于7 0 分钟，均需暂停用药1 次，可延续应用7 1 0 天。 链激酶：从溶血性链球菌的培养液中提制。成人首次剂量为5 0 万i u ，溶于 5 葡萄糖溶液中，在3 0 分钟内的静脉滴入，以后按1 0 万小时的维持剂量， 连续静脉滴注，直到临床症状消失，并再继续维持3 - 4 小时，疗程一般3 5 天。用药期间，应监测凝血酶时间和纤维蛋白原含量。凝血酶时间正常1 5 秒左 右，使控制在正常值的2 3 倍。纤维蛋白原正常2 4 9 l ，不宜低于0 5 - - l g l 。 纤维蛋白溶酶( 纤维酶，血浆酶) ：首次注射剂量为5 1 5 万，静脉滴注， 以后每隔8 1 2 小时注射5 万i u ，共7 天。 3 ) 抗凝疗法：常作为溶栓疗法与手术取栓术的后续治疗，常用的抗凝药物有 l o 山东大学硕士学位论文 肝素和香豆素类衍生物。 肝素：为非常有效的抗凝药物，一般成人剂量1 1 5 m g k g ，每4 - - 6 小时 静脉或肌肉注射1 次，并监测试管法凝血时间，以控制在2 0 - - - 2 5 分钟为宜，若 小于1 5 或大于3 0 分钟，应增大或减少剂量。 香豆素衍生物：常用的有华法灵( w a r f a r u m ) 、新抗凝和新双香豆素等，一 般用药后2 4 - 4 8 小时开始发生效用，故常与肝素联合应用。一般在联合用药2 天后，停止应用肝素，而用本药维持量。维持抗凝治疗时间，应按照病情和血栓 形成的部位而定。小腿深静脉血栓形成，需维持4 - - 7 周；髂股静脉血栓形成， 需3 - 6 个月。用药期间，应监测凝血酶原时间，使其控制在2 0 - - 3 0 秒左右。目 前临床常用华法灵，一般第一日1 0 - - 1 5 m g ，第2 日5 m g ，以后应用维持量，每 日2 5 m g 左右。 4 ) 祛聚疗法：临床常用的有低分子右旋糖酐、阿期匹林和潘生丁等。 5 ) 中药：可用消栓通脉汤( 丹参、川芎、当归、三梭、牛夕、水蛭、土别虫、 穿山甲) 加味。 2 手术疗法 1 ) 静脉血栓取除术：可切开静脉壁直接取栓，现多用f o g a r t y 带囊导管取栓， 手术简便，然而术后复发率非常高。尚无足够的随机试验证实其疗效和安全性， 因此其应用目前仅限于巨大静脉血栓伴肢体缺血者【1 4 彤】。 2 ) 下腔静脉结扎或滤网成形术：适于下肢深静脉血栓形成向近心端延伸达下 腔静脉并发肺栓塞者。下腔静脉结扎，术后心脏排出量突然减少，可造成死亡， 且并发下肢静脉回流障碍，现多不主张应用【1 6 1 。 2 1 5 深静脉血栓的后遗症 深静脉血栓形成最主要而常见的后遗症，是下肢深静脉血栓形成后综合征。 根据原来病变类型不同，下肢深静脉血栓形成后综合征也分为三类： 1 周围型( 腹股沟韧带远段型) ：血栓形成的滋长繁衍范围，终止于胭静脉远 侧，后期通率达9 5 ，主要病变为瓣膜破坏和踝交通支功能不全，足靴区迅速出 现营养不良性的变化。治疗宜少站立，抬高患肢，应用弹力袜力或弹力绷带支持 压迫，并行交通支结扎术。 2 中央型( 腹股沟韧带近段型) ：血栓形成局限于髂股静脉段，不向腹股沟韧 山东大学硕士学位论文 带远段的静脉扩展，血栓很少再通，主要表现为远侧静脉回流障碍，主干静脉瓣 膜和踝交通支功能未受破坏。治疗宜行大隐静脉移植转流术。 3 混合型( 腹股沟韧带近段和远段型) ：最为常见，临床表现兼有上述两型特 点，既有静脉回流障碍，又有深静脉和交通支瓣膜功能不全。以回流障碍为主者， 治疗可行各种转流术；以逆流为主者，可行带瓣静脉段移植、股浅( 远端) 一股深 静脉或大隐静脉( 近端) 移位转流及半腱肌一二头肌胭静脉瓣膜代替术。 2 1 6 深静脉血栓的预防 血栓一旦形成，往往造成严重后果，因此防重于治。对于深静脉血栓形成的 预防，低分子肝素至少与普通肝素一样有效，应用起来更方便，无须监测【1 7 】。 理论上，作为手术的一级预防，最好术前开始用药。欧洲的试验多于术前开始， 而北美多于术后1 2 - - - 2 4 小时开始应用，主要是担忧术中出血可能增加，预防血 栓的效果以欧洲的试验更好【18 1 。可以采取药物、物理方法或两者联合预防深静 脉血栓的形成。 药物疗法：口服抗凝药、抗血小板药物及右旋糖酐等用于深静脉血栓的预防 性治疗，虽然有不同程度的抗栓疗效，但疗效不肯定并且有出血倾向等不良反应 而不作常规使用，用于药物预防性治疗的药物多为肝素制剂。 机械性疗法：分级弹力袜、下肢功能锻炼器、足底静脉泵及下肢间断气体加 压装置等方法的使用，无药物的不良反应，且经济方便易被患者接受，这些方法 能有效地加速下肢静脉回流，改善局部组织代谢的内环境，增加内源性纤维蛋白 溶解活性，能有效减少下肢深静脉血栓的总体发病率。 2 2 动静脉脉冲系统的原理 2 2 1 足底静脉丛理论 g a r d n e r 等于1 9 8 3 年首次提出，人的足底静脉丛类似一个强有力的生理 性血泵，被喻为人的第二心脏。人在行走或负重时，足底静脉丛中的血液被猛烈 排挤，回流入下肢深静脉，其产生的血流具有较强的搏动性，由此生成的压力足 以克服因小腿动脉膨胀而产生的高达1 3 3 k p a 压力。仅靠这种力量就足以在不需 要任何肌肉收缩协助情况下，使人在站立位时将血液从足部回流至右心房。如图 2 2 所示【2 0 1 ，左图为没有负重情况下，动脉压力和地球引力使静脉充盈。右图为 负重情况下，使足底血液回流，手掌和手背也有类似泵压机制。1 9 9 0 年l a v e r i c k 1 2 山东大学硕士学位论文 等首次报告模仿上述生理过程制作的动静脉泵可使胭静脉血流流速提高 2 5 0 ，有效地降低了深静脉血栓的