趙海濤，廖利民

1.首都醫(yī)科大學康復醫(yī)學院，北京市100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市100068

尿動力學(urodynamics)是一門研究尿液從腎輸送到膀胱及其在膀胱內儲存和排空的生理和病理過程的醫(yī)學科學[1]，被廣泛應用于下尿路功能障礙的診斷。尿動力學已在臨床應用數十年，在這段時間內，尿動力學的研究和應用得到極大發(fā)展。

尿動力學是一項侵入性檢查[2]，需要將導管插入膀胱和直腸內，分別測量膀胱腔內壓(intravesical pressure,Pves)和腹腔壓(intra-abdominal pressure, Pabd)。由于腹壓難以測量，所以通常將放入直腸內導管測得的壓力作為Pabd[3]。

1 尿動力學導管

目前，一共有4 種尿動力學導管曾經或正在應用于臨床：液體傳導導管(water filled catherters,WFC)、氣體傳導測壓導管(air charged catheters,ACC)、頂端傳感器導管(microtipped transducer catheters)和光纖維導管(fiberoptic catheters)。其中，頂端傳感器導管和光纖維導管較為精密[4-5]，利用頂端的感受器，分別將局部壓力相應地轉換為光信號和電信號并傳導。

雖然頂端傳感器導管的頻率響應較高，足以測量快速咳嗽樣反應或測量咳嗽壓力傳動比，但是與液體傳導測壓導管相比，其價格昂貴，傳感器工藝較為精密，操作要求高，還要嚴格消毒等，若長期使用，有可能累積蛋白質沉積物而影響測量結果，因此沒有普及。

1.1 WFC

WFC 最初用來測量食管壓力。1969 年Brown 等[6]首先把WFC 作為尿動力學研究(urodynamic study, UDS)的測壓導管，并受到國際尿控協(xié)會(International Continence Society,ICS)的推薦。由于WFC 屬于一次性導管，經濟衛(wèi)生，因此得到臨床UDS 的廣泛認可，壟斷了尿動力學導管市場。目前，WFC 是UDS中最常用的導管。

WFC 也存在不足之處[7]：首先，壓力感受器與膀胱相對高度的不同可能導致初始測壓值的不同，需要繁瑣的體外置零過程；其次，導管的長度和粗細，導管內的氣泡，導管彎折會給壓力傳導造成延遲，導管硬度會影響壓力值的大小，患者活動導致的曲線峰值可能會造成結果難以解釋等[8]。

WFC 系統(tǒng)的技術標準和要求已經成熟[9-12]。壓力傳感器的重要技術參數和標準均符合臨床UDS 要求，WFC 測得的壓力值的典型值范圍與典型信號模式已經建立，并用來進行臨床尿動力學質量控制。

1.2 ACC

1978 年，James[9]研發(fā)出ACC。1998 年Laborie 公司研發(fā)出T-DOC ACC。ACC 操作簡單，通過低質量、高順應性的空氣傳導壓力，可減少贗像的產生或傳導[13-14]。

在過去15 年中，市場占有率逐年增加，并且逐漸得到臨床認可。但是，ACC 的可信度僅做過少數評估，要應用于臨床還需要更多的準備。

ACC 系統(tǒng)的實驗室研究表明，電信號的輸出與壓力測定呈線性相關，僅有微小的滯后效應，可接受的容量位移足以捕捉大部分臨床相關壓力的頻率響應，ACC 技術參數足以測量并傳導壓力，適合用作尿動力學研究測壓。

2 結構與原理

2.1 測定系統(tǒng)的連接

液體傳導測壓系統(tǒng)中，膀胱腔內壓作用在導管頂端的側孔上，尿道壓作用在距離導管頂端5 cm的兩個側孔上[15]，然后通過管內的生理鹽水傳導壓力。這兩種壓力在管內分別有自己的通道，所以傳導至各自傳感器的壓力并不互相干擾。膀胱的灌注則是通過管內的灌注通道執(zhí)行，直腸內的導管雖然也稱作氣囊測壓導管，但是氣囊內充盈的依然是生理鹽水，并且體積要大很多。

T-DOC導管是一種新興的測壓系統(tǒng)。壓力作用在導管頂端一個圍繞聚乙烯導管周向放置的微型充氣球囊上，通過管內空氣傳遞到外部換能器[16]。傳壓介質和感壓結構是氣體傳導測壓導管區(qū)別于液體傳導測壓導管的最明顯之處。

2.2 液體與氣體的流體力學差異

流體是液體和氣體的統(tǒng)稱[17]。流體的第一個特性是具有質量，流體密度為單位體積所具有的流體徹底質量?？諝獾拿芏缺人『芏?，1 標準大氣壓下，ACC 中的空氣質量可忽略不計，因此，相較WFC 很大程度上減少了贗像的產生與傳導，所形成的靜水壓也可忽略不計。

對WFC 而言，導管內液體重度隨溫度的改變而改變。而對ACC 而言，導管內的氣體重度不僅與溫度有關，并且隨著壓強的改變而改變[18]。這個特性可能是多次連續(xù)測量結果變異性較大、可重復性較小的原因之一。

壓力傳感器應用壓阻效應將力學量轉化為易于測量、傳輸和處理的電量。傳感器所收集的壓力來源有兩個。一為輸送流體動力源的輸送壓力即為逼尿肌上升的壓力。根據流體壓力等值傳遞理論，在膀胱內相對靜止的流體任意一邊界上壓強的變化將等值傳遞到其他各點。二為管壁上升的壓力。流體總是在永不停息地做無規(guī)則的熱運動，當其被約束于管道中時，這種分子間的不斷相互碰撞，也形成對管道的沖擊力，單個的分子聚集起來，不停地、密集地對管壁形成連續(xù)的撞擊，宏觀上產生持續(xù)的有一定大小的壓力，大小則取決于單位時間內分子撞擊管壁的次數與每次撞擊力量大小的乘積。因此，導管硬度不同也是二者測壓值差異的來源之一[19]。

3 設置

3.1 零參考平面零壓力點設置

WFC 傳感器置于受試者體外，膀胱壓或直腸壓經充滿液體的管道從體內傳遞到傳感器。ICS 1999年頒布的尿動力學質量控制標準中規(guī)定不同的壓力采用相同的零參考平面[20]，即均以大氣壓下恥骨聯(lián)合上緣水平為零參考平面。由于WFC 使用測量大氣相對壓力值傳感器[21]，傳感器彈性膜一側始終與大氣連通，是以大氣壓力為參考壓，因此，所測得的壓力與傳感器的高度有關。

描述Pves與Pabd時，可將腹腔模擬為一個充滿流體的容器。

(Pc 為收縮壓；h0為傳感器所在位置；g 為重力常數；ρ 為液體密度)

從此公式可看出，將傳感器置于同一水平面調零可以不考慮傳感器的相對位置導致的壓力差[22]。但是患者體位的改變會導致零參考平面的變化，因此，需要改變傳感器的位置使其始終保持在恥骨聯(lián)合上緣水平。

由于T-DOC 導管內空氣質量可忽略，因此導管端和傳感器的靜水壓可忽略[23]，其外部傳感器參考點為任一水平面。測絕對壓力時，ACC 傳感器內自身帶有真空參考壓，可做自身對照而與大氣壓力無關。因此，無需繁瑣的調零過程，患者變換體位后也無需重新調零。調零時任一水平面都可以作為膀胱壓和直腸壓測壓管道系統(tǒng)的調零平面。但是，這種調零方法不能有效地調節(jié)膀胱壓和腹壓的初始壓力值，從而會出現(xiàn)Pdet過高或過低的情況。雖然T-DOC 法可以通過體內調零，即通過人為使Pabd等同于Pves，從而強行使Pdet初始值為0來避免這一情況，但是這樣做所得到的Pabd并不是在大氣壓下調零的值，與人體生理情況不符。

3.2 頻率響應

由于液體不可壓縮，WFC 表現(xiàn)為第二低阻尼系統(tǒng)，有放大低頻信號，衰減高頻信號的作用[24]。WFC 在頻率為10.13 Hz時發(fā)生共振，壓力信號增加50%，頻率高于19 Hz 時衰減，壓力信號減少50%。當壓力下降時，WFC 記錄到的壓力立刻降到0，然后在0附近波動，直至穩(wěn)定。

ACC 則表現(xiàn)為過阻尼系統(tǒng)，有衰減更低頻率信號的作用[25]。在1～30 Hz 頻掃中沒有表現(xiàn)出任何放大效應，當頻率大于3.02 Hz時衰減壓力信號，相當于低通濾波器。壓力下降時，ACC 記錄到的壓力呈指數形式下降到0，但不會降到0 以下。ACC記錄到的曲線更平滑[26]，這是由于流體的黏滯性，管中流體運動黏性系數是非常重要的參數，壓力對動力黏滯系數的影響不大，等溫條件下可忽略其對流體的影響。

然而溫度對二者的影響卻截然相反。液體的黏滯系數與溫度呈負相關，氣體的黏滯系數與溫度呈正相關，這是二者微觀結構差異所致。由于水分子和氣體分子之間的內聚力、各自與管壁的附著力及分子不規(guī)則的熱運動引起動量交換，內摩擦力由此產生，部分機械能轉換為熱能。液體分子內聚力由于間距增大而顯著下降，動量交換產生的內摩擦力又不足以補償，故而溫度升高，黏滯系數下降。而氣體的分子熱運動產生的內摩擦對黏滯系數起主要作用，溫度升高，分子熱運動頻繁，黏滯系數故而增加[17]。由于水的密度比空氣大幾百倍，因此空氣的運動黏性系數是水的10倍以上[18]。隨著檢查的進行，溫度的影響將二者之間的差距進一步擴大，這種液體的欠阻尼特性與氣體的過阻尼特性隨著檢查時間的延續(xù)或多次檢查而直接體現(xiàn)在所測的壓力差上。

Cooper 等[24]表明，ACC 截止頻率是3 Hz，Couri 等[14]測得的值高一些(5 Hz)。Gammie 等[23]證實，頻率響應至少為3 Hz，Thind 等[27]評估6 個健康志愿者的咳嗽測試頻譜后，發(fā)現(xiàn)88%的咳嗽成分在3 Hz 以下，5 Hz 則足夠捕捉大多數臨床相關壓力事件，所以盡管3 Hz會過濾掉高頻信號，但是可以保證信號的完整形狀。若尿動力事件均發(fā)生在3 Hz 以下，使用ACC 測壓獲益更大[28]，但是測定過程中會出現(xiàn)由于患者咳嗽、說話和運動等所致的膀胱內壓力快速變化。因此，頻率反應提高到15 Hz 才不至于丟失有用的快速壓力信號變化[29]。氣囊會在壓力作用下發(fā)生形變，靜息時測到的壓力依賴于氣囊一定程度的膨脹，即充氣容積。由于氣體體積會因溫度上升至體溫而增加，因此，應充氣至氣囊部分膨脹以容納增加的體積，從而避免過度充氣對結果的影響。多次使用后，氣囊順應性增加、空氣的可縮性，使壓力傳感器的頻率響應降低，導致靈敏度下降。

4 測定

4.1 充盈期膀胱壓力-容積測定

Digesu 等[30]發(fā)現(xiàn)，當測量充盈開始、結束、排尿前站立或坐位及出現(xiàn)最大逼尿肌收縮這五種狀態(tài)下的壓力時，ACC 所測得的Pves和Pabd值始終高于WFC，而ACC 所測得的Pdet一直較WFC低。

Sheng 等[31]進行WFC 與ACC 同時測量，比較特定容量下患者做Ⅴalsalva 動作和咳嗽時的壓力，發(fā)現(xiàn)兩種測壓系統(tǒng)測得的壓力值高度線性相關。做Ⅴalsalva 動作時的相關性更高。對于一個給定患者，在充盈前，膀胱容量為(50±10)ml 時，這兩種狀態(tài)下，Ⅴalsalva 動作的Pves可有6 cmH2O 的差異，這在臨床接受的誤差范圍內，而Pabd可達10 cmH2O；患者咳嗽的Pabd差異達14 cmH2O，Pves達19 cmH2O。因此，兩種系統(tǒng)的測量值不可互換使用。

Gammie 等[32]研究患者從仰臥到坐位再到立位壓力幅度的改變。結果表明，當采用WFC 測壓時，從仰臥到站立壓力持續(xù)增加，而ACC 所測得的壓力值無明顯變化，但總體較WFC高。誤差來源可能是由于同時納入并比較多種下尿路癥狀，如：壓力性尿失禁、逼尿肌過度活動、逼尿肌活動低下患者和健全人，導致影響不同姿勢下壓力讀數的變量不僅只有導管類型，而且還有疾病種類。

4.2 尿道壓力測定

尿道壓力和尿道閉合壓都是人們針對尿道阻止尿液漏出的能力所提出的理想化概念。通過沿尿道腔連續(xù)測量多個點的壓力并形成一條連續(xù)的尿道壓力描記圖進行尿道壓力測定[1]。

導管側孔灌注法是使用液體傳導測壓導管測量尿道壓的方法，尿道壓作用在導管兩側的開口上，通過側孔以恒定的大小、適度的速度灌注膀胱腔或尿道，然后勻速拖動拉桿，導管隨拉桿緩慢勻速地退出尿道，同時，外部壓力傳感器記錄出尿道壁對液體的連續(xù)壓力，但諸多精細的配合如灌注速度與退管速度，以及定性但缺乏定量的描述，多憑操作者的經驗或者千篇一律地使用同一速度，使得測壓結果變異性大，可重復性差。

使用T-DOC 測量尿道壓時，空氣為傳壓介質，氣囊與尿道壁相互之間的作用力傳至傳感器并描記出尿道不同點的壓力分布圖，操作簡便，易行，只需勻速拖動拉桿而無需拉桿速度和灌注速度之間的配合。Zehnder 等[16]研究比較ACC 和頂端傳感器導管，發(fā)現(xiàn)ACC 通常給出更高的讀數，這可能與ACC 采用小氣囊感應尿道壓力變化，其氣囊部位管徑較管身粗有關。

WFC 側孔不能充分與尿道黏膜接觸以及壓力測定的方向性使得導管旋轉也影響測定結果[33]。而ACC更靈活，具有圓周測量能力(壓力的周向測量)，與導管定位相關性較小，導管方向不會影響測量結果，因此可能具有更少的偽影。

4.3 校準方法

在每次尿動力學測試結束后檢查導管準確性，可通過使用30 cmH2O、20 cmH2O 和0 cmH2O 的蒸餾水柱校準直腸和膀胱ACC系統(tǒng)。測量從每個氣囊的中心到水面(0 cmH2O)的壓力值。

使用標尺進行WFC 的校準，將每根導管的末端放置在傳感器的水平面上、傳感器上方20～30 cm 處，分別代表0 cmH2O、20 cmH2O和30 cmH2O下的壓力。

4.4 壓力值的轉換

Hassan 等[34]在一個壓力室中重復ACC 與WFC 同時測壓的實驗，收獲了高度可重復的結果，發(fā)現(xiàn)ACC 顯著低估了快速變化的壓力峰值，并開發(fā)一個算法轉換峰值壓力，算法可糾正ACC 90%的峰值壓力，使其在WFC 值的5%之內，造成ACC讀數和預期的WFC 讀數一致。但是算法僅轉換咳嗽和Ⅴalsalva動作的最大壓力值，沒有擴展到全部壓力軌跡。

5 尿路感染

在膀胱壓力容積測定中，使用WFC 會增加尿路感染的機會。由于測壓管與壓力感受器之間的液體是細菌良好的培養(yǎng)基，細菌通過測壓管間接與膀胱腔相通，從而導致較高的尿路感染副作用。

而使用T-DOC導管后尿路感染的機會顯著減少[35]，導管尖端氣囊相對封閉，不會與膀胱腔直接相通，完成每例檢查后僅需更換測壓管，而不需更換其他連接管等部件，檢查后尿路感染發(fā)生率仍相對較低。

6 小結

WFC 和ACC 在導管構造、信號傳導方式、零參考平面的選擇、頻率響應、壓力測量值、校準方法和尿路感染等諸多方面存在差別。

WFC 在UDS 中一直沿用至今，典型值范圍及典型信號模式也已建立[36]，但是不可避免地存在氣泡和患者活動影響測壓結果及尿路感染發(fā)生率較高等缺點。ACC 可避免由于氣泡及患者活動導致的誤差來源，可周向測量尿道壓力，尿路感染發(fā)生率較低，但是體內調零法、空氣和氣囊的流體力學特性又成為測壓過程中的不可控因素。二者的諸多差異導致患者不同狀態(tài)下的尿動力學測壓值不同，誤差來源有待進一步探索。

進一步比較特定患者的WFC 和ACC 尿動力學測壓值，選擇更合適的尿動力學測壓導管，可為下尿路功能障礙的診斷提供臨床指導。