尿动力学研究进展
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The Progress in Development and Application of Urodynamics
中国人民武装警察部队总医院 张 志 臣
关键词：尿动力学,影像尿动力学,计算机,传感器,尿动力学处理器
Key word: Urodynamics,Video-Urodynamics,Computer,Transducer, Processor
内容提要：近年来随着计算机和传感器技术的发展，尿动力学在泌尿外科领域得到了普遍的重视，已经成为现代泌尿外科必备的检查手段。如何使现代最新技术与临床实际工作密切结合，使得泌尿外科医师拥有方便、准确、病人痛苦小的诊断手段，正成为大家关注的焦点。
, 百拇医药
尿动力学分析仪是采用流体力学原理，通过应用(或电脑)软件所设计的各种分析手段对传感器所传导的信号进行采集、处理、分析的设备。目前主要用于对膀胱尿道功能障碍性疾病的诊断，如：神经原性膀胱、下尿路梗阻以及尿失禁的分析诊断，是现代泌尿外科不可缺少的检查仪器。
随着近二十年计算机技术的进步，尿动力学在泌尿外科领域得到了飞速发展。最初是通过静水压原理集数人的配合，手工进行膀胱测压，奠定了当代尿动力学的基础。七十年代，由于电子技术的发展而产生的压力—电转换传感器使得对膀胱压力变化进行实时记录成为可能。八十年代，随着PC机的出现，已发展成为泌尿外科动态数据检测中心。目前，尿动力学分析仪种类繁多，LABORIE公司所生产的尿动力分析仪以领先的技术、长期、稳定、强大、全面的售后服务和技术支持成为国际尿动力市场的先锋和主导。以下是笔者在尿动力学设备论证和采购时的研究。
一、尿动力学仪的检测项目
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尿动力学仪的检测项目分为：尿流率测定、膀胱压测定、尿道压力描计、肌电图测定、同步X 线或B超影象记录及胃肠动力学的研究，原有的阴茎海绵体测压(男性功能测定)技术因该检查有创性，有可能进一步损害勃起机制，造成海绵体的纤维化，已逐渐被放弃。目前已被无创的VISE(LABORIE公司生产)男性勃起功能障碍分析仪所取代。
二、尿动力学仪的组成
一台完整的尿动力学仪由以下部分组成：计算机主机及相关的尿动力学软件，尿动力学主处理器，尿流传感器，压力传感器，肌电图，尿道压力描计拉杆，重力泵或电脑化数字式灌注泵，打印机，同步影像系统。
1、计算机主机是处理尿动力学资料、显示曲线、分析及打印报告等功能的执行者。通过专门设计的尿动力学软件来完成，中央处理器十年之内从286发展至奔腾Ⅲ，电脑操作系统也随之从DOS系统过渡到目前的视窗98，尿动力学仪也随之发生巨大变化。
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高品质的计算机系统使尿动力学分析仪在数据采集、偏差修订、实时处理和数据分析、计算及操作使用上，确保了准确、快捷、方便，极大地提高了准确度和诊断速度。调制解调器的设置充分考虑到网络化的重要性，尿动力学数据可通过因特网进行传输，还可以通过远程遥控软件进行计算机远程操作：通过因特网进行全球性实时计算机软件维护和示教。因为电脑软件的脆弱性，需要极为方便的维修方式，只有网络化，厂家的承诺才能真正实现。
目前最为先进的尿动力学软件是基于视窗98的中文操作软件，如：加拿大LABORIE 公司的UDS系统为典型代表。该公司的应用软件基于中文视窗98，软件运行平稳，不易死机，操作简便易行。从实际应用角度考虑尿动力学应用软件不应占内存过大，最好为内存的10%以下。
全面而小巧贴近临床工作的软件设计思想及与之相应的计算机设备是尿动力学仪主机性能的关键。软件中应包含全面而周到的自动分析系统(男、女及小儿的特殊分析)和实时的纠偏功能(快速而多点的数据采集及线性化计算、片段分析、画面及数据的剪辑)。
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基于DOS 系统的尿动力学分析应用软件设计过于庞大，不能进行网络化传输及中文化操作。先进的尿动力学软件应随操作系统的改变迅速将其尿动力学软件进行相应的改进，最大程度地为用户带来当今计算机业的先进技术，才能使尿动力学仪在硬件与操作软件间进行有效组合，发挥最大的作用。
2、尿动力学主处理器 尿动力学主处理器是尿动力学接口电路，与计算机的COM1接口相连接传递数字信息及接受指令，另有多个压力传感器接口进行模拟信号的采集，应包含肌电图、尿流率、尿道拉杆、自动控制水泵、重力灌注、男性学、开发研究等接口。设计程序应考虑到维持整个系统中各不同部件之间的相容性，还应充分考虑到在今后的使用中传感器校准的便捷性。
信号处理器经过转换器、放大器、过滤器(积分、微分)、显示器对信号进行处理。理想的放大器在改变信号大小的同时并不使之变形。信号的过滤要充分考虑到因机械共振等形式而出现的干扰信号，应在尽可能地忠实于实际情况的同时祛除误信号。随时间而改变数值的信号被描述为拥有不同振幅和频率的各组成部分的总和，变化越快的信号频率越高，例如同逼尿肌活动时膀胱压力较慢的变化相比，咳嗽时膀胱压力的变化要快得多，且这一变化具有重要的临床意义。通过限制测量系统的频率范围可以使复制后的信号充分代表被测参数，同时又可将杂音滤除。为复制上述变化较快的信号需要一个频率范围为DC-15HZ的放大器。但为了测量肌电图，频率范围需扩大到几千HZ。
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信号随时间变化的速率通常比原始信号包括的信息更有价值，这一信息可以通过原始信号微分处理获得。该信号即代表体积或质量流率。与微分处理相反，积分处理可以产生一个代表曲线下面积的信号，直接记录下来的尿流率曲线下面积即等于全部排尿体积。
模拟信号的转换(A/D)及RAM是尿动力学主处理器的关键部件。
3、传感器 传感器应以准确、小巧、降低使用成本为基本原则。称重式尿流传感器避免了旋转式尿流传感器所存在的缺陷，(如对转速恒定性的要求、电机易损、排尿落点位置对转速产生的影响即灵敏性、缝隙中渗流误差)。随着计算机水平的提高充分地解决了称重式尿流传感器的线性化问题，使之在保留其灵敏度及易于维护的优点情况下，克服了线性化偏差。
一次或限次使用的压力传感器由于半导体器械与传导介质集成在一起，无法进行消毒和清理，在国外为一次性传感器，使用成本高，不符和我国国情。复用性压力传感器采用了高技术、高性能的航空模数转换器，由薄膜式塑料顶盖隔离液体，由薄膜传导给半导体压力变化参数，可长期反复消毒使用，虽然提高了设备制造成本，但无需耗材，降低了设备使用成本。
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肌电图仪有针式电极和贴片电极，这些模拟信号本身就是以电信号的形式表现的，通过模/数转换后变为数字信号的形式被计算机采集和处理。向尿动力学处理器传递量化信号，只进行信号变化的比较和记录。
尿道压力描计接受计算机所发出的指令进行匀速牵拉，对患者进行尿道压力分布的描述。
灌注泵从根本上分为两大类型，一类为重力泵，其计量原理为由重力秤计量重力的丢失，由普通挤压或水泵进行挤压灌注，这种泵无法避免由于连接管晃动而造成的重力变化所带来的灌注量不准确，也无法及时更正灌注液体变化后(比重的变化)所带来的计量错误。另一类为电脑控制的灌注水泵通过标定程序由转速进行灌注量的计量，使得灌注量更为准确。
影像同步系统随着电脑科技的发展而出现厂家一般采用商业化的影像捕捉卡，将X 线透视或B超影像的模拟信号转成数字信号，计算机得以对影像进行与尿动力同步的处理及存储。因为无论X线影像或B超影像，因个体的差异所摄录图象的清晰度常不能满足临床需要。基于视窗的同步影像系统能对所摄录的影像进行亮度和对比度的调整，始终能得到最为清晰的图像。
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三、尿动力学仪的准确性
尿动力分析仪是现代泌尿外科重要的检查手段之一，是唯一排尿功能评价的客观标准，是膀胱尿道功能障碍性疾病诊断的重要依据，是膀胱出口梗阻诊断的金标准，因此作为尿动力学分析最重要的就是数据质量控制。
1、 首先作为该产品必须符合国际尿控协会(ICS)所制定的参数和标准。
2、所有自动分析软件必须有发明人的正式授权，这本身并不单单代表其合法性，最重要的是成果发明人对该软件的不断充实和完善。
3、必须保证所有数据的采集和处理忠实于患者的实际生理情况，其中包括在接口电路中设置信号过滤系统，在祛除机械误信号的同时，确保患者的实际变化能及时通过模数转换传导给计算机进行处理。在对患者实施检查的过程中不可避免的会出现一些人为误差(如触动传感器)这些信号应能够通过计算机对其编辑、处理使之消除。
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4、导管的连接也是重要的组成部分，数据出现误差也可能是由于导管中含有气泡，影响了通过水介质对压力的传导。也可能由于导管连接不好而出现水介质的渗漏和导管从病人体内的滑脱。也可能由于连接管长短不一而造成压力传导的延迟。也可能由于在直肠气囊导管中充水过多或过少而造成压力信号的不敏感或过分敏感。LABORIE 公司的设备中特别设置了CART功能，对导管的连接自动进行检测并提示给操作者可能的错误，以确保结果的准确性。
四、尿动力学分析仪的发展与升级
一台现代的尿动力学分析设备应具有敞开式结构，独立的电路设计，从而确保随着时代的进步和自动分析软件的不断发明使得计算机及分析功能可以进一步升级，从而确保了设备永恒的先进性和方便的维修保养。
加拿大LABORIE公司于1998年首次推出一种无线传感器，仅数毫米大小，植入膀胱后，通过无线电信号将膀胱内的压力变化传至随身携带的接收器上。该传感器的出现标志着无痛膀胱测压技术已为期不远。, 百拇医药
中国人民武装警察部队总医院 张 志 臣
关键词：尿动力学,影像尿动力学,计算机,传感器,尿动力学处理器
Key word: Urodynamics,Video-Urodynamics,Computer,Transducer, Processor
内容提要：近年来随着计算机和传感器技术的发展，尿动力学在泌尿外科领域得到了普遍的重视，已经成为现代泌尿外科必备的检查手段。如何使现代最新技术与临床实际工作密切结合，使得泌尿外科医师拥有方便、准确、病人痛苦小的诊断手段，正成为大家关注的焦点。
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尿动力学分析仪是采用流体力学原理，通过应用(或电脑)软件所设计的各种分析手段对传感器所传导的信号进行采集、处理、分析的设备。目前主要用于对膀胱尿道功能障碍性疾病的诊断，如：神经原性膀胱、下尿路梗阻以及尿失禁的分析诊断，是现代泌尿外科不可缺少的检查仪器。
随着近二十年计算机技术的进步，尿动力学在泌尿外科领域得到了飞速发展。最初是通过静水压原理集数人的配合，手工进行膀胱测压，奠定了当代尿动力学的基础。七十年代，由于电子技术的发展而产生的压力—电转换传感器使得对膀胱压力变化进行实时记录成为可能。八十年代，随着PC机的出现，已发展成为泌尿外科动态数据检测中心。目前，尿动力学分析仪种类繁多，LABORIE公司所生产的尿动力分析仪以领先的技术、长期、稳定、强大、全面的售后服务和技术支持成为国际尿动力市场的先锋和主导。以下是笔者在尿动力学设备论证和采购时的研究。
一、尿动力学仪的检测项目
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尿动力学仪的检测项目分为：尿流率测定、膀胱压测定、尿道压力描计、肌电图测定、同步X 线或B超影象记录及胃肠动力学的研究，原有的阴茎海绵体测压(男性功能测定)技术因该检查有创性，有可能进一步损害勃起机制，造成海绵体的纤维化，已逐渐被放弃。目前已被无创的VISE(LABORIE公司生产)男性勃起功能障碍分析仪所取代。
二、尿动力学仪的组成
一台完整的尿动力学仪由以下部分组成：计算机主机及相关的尿动力学软件，尿动力学主处理器，尿流传感器，压力传感器，肌电图，尿道压力描计拉杆，重力泵或电脑化数字式灌注泵，打印机，同步影像系统。
1、计算机主机是处理尿动力学资料、显示曲线、分析及打印报告等功能的执行者。通过专门设计的尿动力学软件来完成，中央处理器十年之内从286发展至奔腾Ⅲ，电脑操作系统也随之从DOS系统过渡到目前的视窗98，尿动力学仪也随之发生巨大变化。
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高品质的计算机系统使尿动力学分析仪在数据采集、偏差修订、实时处理和数据分析、计算及操作使用上，确保了准确、快捷、方便，极大地提高了准确度和诊断速度。调制解调器的设置充分考虑到网络化的重要性，尿动力学数据可通过因特网进行传输，还可以通过远程遥控软件进行计算机远程操作：通过因特网进行全球性实时计算机软件维护和示教。因为电脑软件的脆弱性，需要极为方便的维修方式，只有网络化，厂家的承诺才能真正实现。
目前最为先进的尿动力学软件是基于视窗98的中文操作软件，如：加拿大LABORIE 公司的UDS系统为典型代表。该公司的应用软件基于中文视窗98，软件运行平稳，不易死机，操作简便易行。从实际应用角度考虑尿动力学应用软件不应占内存过大，最好为内存的10%以下。
全面而小巧贴近临床工作的软件设计思想及与之相应的计算机设备是尿动力学仪主机性能的关键。软件中应包含全面而周到的自动分析系统(男、女及小儿的特殊分析)和实时的纠偏功能(快速而多点的数据采集及线性化计算、片段分析、画面及数据的剪辑)。
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基于DOS 系统的尿动力学分析应用软件设计过于庞大，不能进行网络化传输及中文化操作。先进的尿动力学软件应随操作系统的改变迅速将其尿动力学软件进行相应的改进，最大程度地为用户带来当今计算机业的先进技术，才能使尿动力学仪在硬件与操作软件间进行有效组合，发挥最大的作用。
2、尿动力学主处理器 尿动力学主处理器是尿动力学接口电路，与计算机的COM1接口相连接传递数字信息及接受指令，另有多个压力传感器接口进行模拟信号的采集，应包含肌电图、尿流率、尿道拉杆、自动控制水泵、重力灌注、男性学、开发研究等接口。设计程序应考虑到维持整个系统中各不同部件之间的相容性，还应充分考虑到在今后的使用中传感器校准的便捷性。
信号处理器经过转换器、放大器、过滤器(积分、微分)、显示器对信号进行处理。理想的放大器在改变信号大小的同时并不使之变形。信号的过滤要充分考虑到因机械共振等形式而出现的干扰信号，应在尽可能地忠实于实际情况的同时祛除误信号。随时间而改变数值的信号被描述为拥有不同振幅和频率的各组成部分的总和，变化越快的信号频率越高，例如同逼尿肌活动时膀胱压力较慢的变化相比，咳嗽时膀胱压力的变化要快得多，且这一变化具有重要的临床意义。通过限制测量系统的频率范围可以使复制后的信号充分代表被测参数，同时又可将杂音滤除。为复制上述变化较快的信号需要一个频率范围为DC-15HZ的放大器。但为了测量肌电图，频率范围需扩大到几千HZ。
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信号随时间变化的速率通常比原始信号包括的信息更有价值，这一信息可以通过原始信号微分处理获得。该信号即代表体积或质量流率。与微分处理相反，积分处理可以产生一个代表曲线下面积的信号，直接记录下来的尿流率曲线下面积即等于全部排尿体积。
模拟信号的转换(A/D)及RAM是尿动力学主处理器的关键部件。
3、传感器 传感器应以准确、小巧、降低使用成本为基本原则。称重式尿流传感器避免了旋转式尿流传感器所存在的缺陷，(如对转速恒定性的要求、电机易损、排尿落点位置对转速产生的影响即灵敏性、缝隙中渗流误差)。随着计算机水平的提高充分地解决了称重式尿流传感器的线性化问题，使之在保留其灵敏度及易于维护的优点情况下，克服了线性化偏差。
一次或限次使用的压力传感器由于半导体器械与传导介质集成在一起，无法进行消毒和清理，在国外为一次性传感器，使用成本高，不符和我国国情。复用性压力传感器采用了高技术、高性能的航空模数转换器，由薄膜式塑料顶盖隔离液体，由薄膜传导给半导体压力变化参数，可长期反复消毒使用，虽然提高了设备制造成本，但无需耗材，降低了设备使用成本。
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肌电图仪有针式电极和贴片电极，这些模拟信号本身就是以电信号的形式表现的，通过模/数转换后变为数字信号的形式被计算机采集和处理。向尿动力学处理器传递量化信号，只进行信号变化的比较和记录。
尿道压力描计接受计算机所发出的指令进行匀速牵拉，对患者进行尿道压力分布的描述。
灌注泵从根本上分为两大类型，一类为重力泵，其计量原理为由重力秤计量重力的丢失，由普通挤压或水泵进行挤压灌注，这种泵无法避免由于连接管晃动而造成的重力变化所带来的灌注量不准确，也无法及时更正灌注液体变化后(比重的变化)所带来的计量错误。另一类为电脑控制的灌注水泵通过标定程序由转速进行灌注量的计量，使得灌注量更为准确。
影像同步系统随着电脑科技的发展而出现厂家一般采用商业化的影像捕捉卡，将X 线透视或B超影像的模拟信号转成数字信号，计算机得以对影像进行与尿动力同步的处理及存储。因为无论X线影像或B超影像，因个体的差异所摄录图象的清晰度常不能满足临床需要。基于视窗的同步影像系统能对所摄录的影像进行亮度和对比度的调整，始终能得到最为清晰的图像。
, 百拇医药
三、尿动力学仪的准确性
尿动力分析仪是现代泌尿外科重要的检查手段之一，是唯一排尿功能评价的客观标准，是膀胱尿道功能障碍性疾病诊断的重要依据，是膀胱出口梗阻诊断的金标准，因此作为尿动力学分析最重要的就是数据质量控制。
1、 首先作为该产品必须符合国际尿控协会(ICS)所制定的参数和标准。
2、所有自动分析软件必须有发明人的正式授权，这本身并不单单代表其合法性，最重要的是成果发明人对该软件的不断充实和完善。
3、必须保证所有数据的采集和处理忠实于患者的实际生理情况，其中包括在接口电路中设置信号过滤系统，在祛除机械误信号的同时，确保患者的实际变化能及时通过模数转换传导给计算机进行处理。在对患者实施检查的过程中不可避免的会出现一些人为误差(如触动传感器)这些信号应能够通过计算机对其编辑、处理使之消除。
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4、导管的连接也是重要的组成部分，数据出现误差也可能是由于导管中含有气泡，影响了通过水介质对压力的传导。也可能由于导管连接不好而出现水介质的渗漏和导管从病人体内的滑脱。也可能由于连接管长短不一而造成压力传导的延迟。也可能由于在直肠气囊导管中充水过多或过少而造成压力信号的不敏感或过分敏感。LABORIE 公司的设备中特别设置了CART功能，对导管的连接自动进行检测并提示给操作者可能的错误，以确保结果的准确性。
四、尿动力学分析仪的发展与升级
一台现代的尿动力学分析设备应具有敞开式结构，独立的电路设计，从而确保随着时代的进步和自动分析软件的不断发明使得计算机及分析功能可以进一步升级，从而确保了设备永恒的先进性和方便的维修保养。
加拿大LABORIE公司于1998年首次推出一种无线传感器，仅数毫米大小，植入膀胱后，通过无线电信号将膀胱内的压力变化传至随身携带的接收器上。该传感器的出现标志着无痛膀胱测压技术已为期不远。, 百拇医药