專利名稱：血粘度快速測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在生理狀態(tài)下快速實(shí)時(shí)測(cè)量人體表觀血液粘度的儀器。
流動(dòng)的血液是人體生命活動(dòng)的象征。人體只有保持良好的血液流動(dòng)狀態(tài)，才能維持機(jī)體的正常生理功能和防御功能，人體臟器組織才能得到正常的血流灌注，從而保證氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常供給和代謝物的及時(shí)排放。正常的血流狀態(tài)除了與心臟和血管的功能密切相關(guān)外，還取決于血液本身的流變性質(zhì)或血液的粘度。如果血流的粘度出現(xiàn)異常，則會(huì)直接影響到臟器組織的血流灌注，使臟器組織缺血缺氧、代謝失調(diào)，功能出現(xiàn)障礙，從而引發(fā)一系列嚴(yán)重后果。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)證明，高血壓、腦中風(fēng)、心肌梗塞、血栓閉塞性脈管炎、高原性心臟病、肺心病、妊高癥、先心病和一系列血液病，尤其是致死率和致殘率極高的心腦血管病和惡性腫瘤等，其發(fā)生和發(fā)展都伴隨著血流變性質(zhì)的異常。因此，準(zhǔn)確測(cè)量血液的粘度、特別是準(zhǔn)確測(cè)量不同切變率下的血液粘度，不僅可為某些疾病的診斷和治療提供依據(jù)，對(duì)于研究某些疾病的發(fā)病機(jī)理、預(yù)測(cè)和預(yù)防某些疾病(特別是心腦血管疾病)的發(fā)生也有著重要的意義。
現(xiàn)有技術(shù)中用于測(cè)量人體血液粘度的儀器有多種類型，如旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、毛細(xì)管粘度計(jì)、落球粘度計(jì)、平移及橫流粘度計(jì)等。上述這些類型的血液粘度計(jì)雖然結(jié)構(gòu)各異、測(cè)量原理也不盡相同，但是卻存在一個(gè)共同的特點(diǎn)，即都是將人體血液采集到體外并加入抗凝劑以后作為一種簡(jiǎn)單的工業(yè)流體進(jìn)行測(cè)量。這樣的測(cè)量方法不僅測(cè)量周期長(zhǎng)(一般需要1-2天)，而且不可避免地受到采血和測(cè)量過(guò)程中各種外界因素的影響，例如采血的速度、抗凝劑的加入、血樣存貯時(shí)間的長(zhǎng)短和存貯溫度的高低，以及測(cè)量溫度的控制等。由于這些因素的影響，不僅會(huì)使血粘度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確率大大降低，而且會(huì)使測(cè)量結(jié)果不具備橫向的可比性。
本發(fā)明的目的即在于獲得一種在生理狀態(tài)下快速實(shí)時(shí)測(cè)量不同切變率下人體血液表觀粘度的儀器，以最大限度地減少外界因素對(duì)人體血液粘度測(cè)量的影響，從而提高血粘度測(cè)量的準(zhǔn)確度并使測(cè)量結(jié)果具有橫向可比性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用針頭、導(dǎo)管、氣壓泵、微壓傳感器和微機(jī)組成一臺(tái)血粘度快速測(cè)量?jī)x。氣壓泵在微機(jī)的控制下通過(guò)針頭和導(dǎo)管從人體靜脈中抽取少量血液，在抽血和隨后的排血過(guò)程中利用微壓傳感器測(cè)量出針頭兩端的血樣壓力。微壓傳感器的輸出經(jīng)前置放大和A/D轉(zhuǎn)換后讀入微機(jī)，微機(jī)在軟件的支持下計(jì)算出抽血和排血過(guò)程中針頭兩端的血樣壓力差和血流量，再利用針頭的標(biāo)定參數(shù)(長(zhǎng)度和內(nèi)徑)按非牛頓流體模型粘度公式計(jì)算出各切變率下的表觀血液粘度并繪制成血液粘度曲線。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明血粘度快速測(cè)量?jī)x的技術(shù)特征作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
附

圖1為本發(fā)明血粘度快速測(cè)量?jī)x的示意圖。
參考附圖1，本發(fā)明血粘度快速測(cè)量?jī)x主要由針頭、導(dǎo)管、氣壓泵、微壓傳感器和微機(jī)組成。
針頭1是配合氣壓泵和導(dǎo)管從人體靜脈中抽取血液的器具，同時(shí)又是血粘度測(cè)量元件。抽血時(shí)，針頭的前端水平插入人體靜脈血管中，其后端則通過(guò)導(dǎo)管2和電磁閥3與氣壓泵連通。作為測(cè)量元件，針頭的長(zhǎng)度L和內(nèi)徑R可采用常規(guī)方法加以標(biāo)定。計(jì)算結(jié)果表明，L和R分別為40mm左右和0.15mm左右可以滿足層流條件和助跑條件。
導(dǎo)管2可采用硅膠管，它一方面作為氣壓泵的氣路，另一方面又作為儲(chǔ)血裝置。理論上講，血液在導(dǎo)管中流動(dòng)會(huì)造成血壓降并導(dǎo)致測(cè)量誤差。但計(jì)算結(jié)果表明，其實(shí)際影響小0.5％，故可忽略不計(jì)。這樣，微壓傳感器測(cè)量到的壓力值就可以視為針頭1后端的血樣壓力值。用于測(cè)量針頭兩端血樣壓力的微壓傳感器4安裝在電磁閥3之前的導(dǎo)管2中，其量程和測(cè)量精度由測(cè)量過(guò)程中血流量和切變率的變化范圍來(lái)決定。統(tǒng)計(jì)資料顯示，人的血液粘度只在切變率小于200s-1時(shí)才有意義，尤其是切變率小于80s-1時(shí)，血液的非牛頓流體的特點(diǎn)逐漸明顯。因此，測(cè)量人體血粘度時(shí)，切變率的覆蓋范圍可選擇為20-200s-1。在該范圍內(nèi)，人體血粘度的變化范圍為4.95～12.65cp。如果暫將人體血液視為牛頓流體，則相應(yīng)的壓力變化范圍為ΔPmin＝53pa。據(jù)此，微壓傳感器4的量程可選為5kpa，其精度可選為1‰。由于量程為5kpa的微壓傳感器很容易達(dá)到飽和輸出，而且超過(guò)極限壓力時(shí)也容易造成微壓傳感器的損壞，故在電磁閥3之后再增設(shè)一量程為100kpa的微壓傳感器5來(lái)監(jiān)測(cè)活塞筒中的壓力。
本測(cè)量?jī)x中的微機(jī)可采用IBM PC機(jī)及兼容系列微機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換板可采用與IBM PC XT/AT總線兼容的HT-1232A/D轉(zhuǎn)換板并直接插入微機(jī)擴(kuò)展槽中。該A/D轉(zhuǎn)換板有32路單端模擬輸入通道，本測(cè)量?jī)x使用其中的兩路通道，分別連接微壓傳感器4和微壓傳感器5并采用軟件選通。由于測(cè)量過(guò)程中血液的流速很小，每間隔1秒鐘左右才采樣一次，因此數(shù)據(jù)傳輸可以采用查詢方式。
氣壓泵可以有多種型式，例如可由活塞和活塞筒以及絲杠、電機(jī)和活塞行程開關(guān)構(gòu)成一種活塞式壓力泵。微機(jī)通過(guò)I/O卡控制電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)軸經(jīng)減速后通過(guò)絲杠6可使活塞7在活塞筒8中往復(fù)運(yùn)動(dòng)以改變活塞筒中的氣壓?；钊谐涕_關(guān)可采用光電開關(guān)，光電開關(guān)9和光電開關(guān)10的光電輸出通過(guò)I/O卡輸入微機(jī)，活塞7的底端帶有與光電開關(guān)9和光電開關(guān)10互相配合的遮光板11，活塞筒8的頂端通過(guò)電磁閥3和電磁閥12分別與導(dǎo)管2和大氣連通。
利用本測(cè)量?jī)x測(cè)量人體血粘度的過(guò)程主要包括以個(gè)步驟1、復(fù)位關(guān)閉電磁閥3、打開電磁閥12，使活塞7運(yùn)動(dòng)到活塞筒8的頂部，然后再關(guān)閉電磁閥12。
2、造成負(fù)壓使活塞7向活塞筒8底端運(yùn)動(dòng)，使活塞筒8內(nèi)造成一定的負(fù)壓P0(由微壓傳感器5監(jiān)測(cè)并與微機(jī)內(nèi)設(shè)定負(fù)壓值進(jìn)行比較)，此時(shí)活塞筒的容積為V0。
3、抽血將針頭1水平插入人體靜脈中，打開電磁閥4。在負(fù)壓的作用下，血液將經(jīng)針頭緩慢流入導(dǎo)管內(nèi)。在此過(guò)程中，利用微壓傳感器4進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果存入微機(jī)。從理論上講，采樣值應(yīng)逐漸增大，我們定義一值，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)3個(gè)采樣值的差值小于該值時(shí)，停止采樣。人體靜脈壓的波動(dòng)是很小的，特別是在止血的情況下可認(rèn)為是一定值。在抽血過(guò)程的末端，當(dāng)微壓傳感器4檢測(cè)到的壓力值不再變化時(shí)，可認(rèn)為靜脈壓與活塞筒中的壓力達(dá)到了平衡，此時(shí)的微壓傳感器測(cè)量值即等于靜脈壓。
4、造成正壓關(guān)閉電磁閥4，打開電磁閥12并使活塞7運(yùn)動(dòng)到活塞筒8的底端，然后關(guān)閉電磁閥12并使活塞7向活塞筒8頂端運(yùn)動(dòng)，以在活塞筒8中造成一定的正壓P0′(由微壓傳感器5監(jiān)測(cè)并與微機(jī)內(nèi)設(shè)定正壓值進(jìn)行比較)，此時(shí)活塞筒的容積為V0′。
5、排血拔出針頭1并打開電磁閥5，在正壓的作用下，儲(chǔ)存在導(dǎo)管2中的血液將通過(guò)針頭1排出。在排血的過(guò)程中，利用微壓傳感器4進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果存入微機(jī)。在排血過(guò)程中，針頭1前端的壓力為大氣壓。
利用本測(cè)量?jī)x測(cè)量人體血液粘度的關(guān)鍵在于檢測(cè)出通過(guò)針頭抽血和排血過(guò)程中針頭兩端的血樣壓力并計(jì)算出血樣壓差和相應(yīng)的血流量，而血樣壓差和相應(yīng)血流量的計(jì)算是由微機(jī)在軟件的支持下利用血樣壓力采樣值完成的。在抽血的情況下，血樣壓差為采樣值與靜脈壓之差，而相應(yīng)的血流量則可通過(guò)等溫壓縮氣態(tài)方程并利用P0、V0和采樣時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在排血的情況下，血樣壓差為采樣值與大氣壓之差，而相應(yīng)的血流量則可通過(guò)等溫壓縮氣態(tài)方程并利用P0′、V0′和采樣時(shí)間間隔計(jì)算。計(jì)算出針頭兩端的血樣壓差和相應(yīng)的血流量以后，微機(jī)即可按非牛頓流體模型的粘度公式計(jì)算出不同切變率下的表觀血液粘度并繪制成血粘度曲線。人體血液是一種非牛頓流體，許多研究表明，它可以作為冪定律模型流體、Cusson定律模型流體或Blngham塑性流體來(lái)處理。
本發(fā)明可在生理狀態(tài)下快速實(shí)時(shí)測(cè)量不同切變率下人體的血液粘度，可最大限度地排除外界因素對(duì)人體血液粘度測(cè)量的影響，因而可顯著提高血粘度測(cè)量的準(zhǔn)確性并使測(cè)量結(jié)果具有橫向可比性。因此，本發(fā)明特別適于作為人體血粘度的通用測(cè)量?jī)x器。
權(quán)利要求
1.一種在生理狀態(tài)下快速實(shí)時(shí)測(cè)量不同切變率下人體表觀血液粘度的血粘度快速測(cè)量?jī)x，其特征在于由針頭、導(dǎo)管、氣壓泵、微壓傳感器和微機(jī)組成，氣壓泵在微機(jī)的控制下通過(guò)針頭和導(dǎo)管從人體靜脈中抽取少量血液，在抽血和隨后的排血過(guò)程中利用微壓傳感器測(cè)量針頭兩端的血樣壓力，微壓傳感器的輸出經(jīng)前置放大和A/D轉(zhuǎn)換后讀入微機(jī)，微機(jī)在軟件的支持下計(jì)算出抽血和排血過(guò)程中針頭兩端的血樣壓差和血流量，再利用針頭的標(biāo)定參數(shù)按非牛頓流體模型的粘度公式計(jì)算出各切變率下的表觀血液粘度并繪制成血粘度曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血粘度快速測(cè)量?jī)x，其特征在于所述氣壓泵是由活塞、活塞筒以及絲杠、電機(jī)和活塞行程開關(guān)構(gòu)成的活塞式壓力泵；微機(jī)通過(guò)I/O卡控制電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)軸通過(guò)絲杠可使活塞在活塞筒中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；活塞行程開關(guān)為光電開關(guān)，其光電輸出通過(guò)I/O卡輸入微機(jī)，活塞的下端帶有與光電開關(guān)互相配合的遮光板；活塞筒通過(guò)電磁閥分別與導(dǎo)管和大氣連通。
全文摘要
血粘度快速測(cè)量?jī)x涉及一種在生理狀態(tài)下測(cè)量人體血液粘度的儀器,由針頭、導(dǎo)管、氣壓泵、微壓傳感器和微機(jī)組成。氣壓泵在微機(jī)控制下通過(guò)針頭和導(dǎo)管從人體靜脈中抽取少量血液,在抽血和隨后的排血過(guò)程中利用微壓傳感器測(cè)量針頭兩端的血樣壓力,其輸出經(jīng)前置放大和A/D轉(zhuǎn)換后讀入微機(jī);微機(jī)在軟件支持下計(jì)算出針頭兩端的血樣壓差和血流量,再利用針頭的標(biāo)定參數(shù)和非牛頓流體模型粘度公式計(jì)算出各切變率下的表觀血液粘度并繪制成曲線。
文檔編號(hào)G01N11/00GK1192351SQ9810079
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月26日
發(fā)明者王明時(shí), 王學(xué)民, 朱震鈞 申請(qǐng)人:王明時(shí)