专利名称：血粘度快速测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在生理状态下快速实时测量人体表观血液粘度的仪器。
流动的血液是人体生命活动的象征。人体只有保持良好的血液流动状态，才能维持机体的正常生理功能和防御功能，人体脏器组织才能得到正常的血流灌注，从而保证氧和营养物质的正常供给和代谢物的及时排放。正常的血流状态除了与心脏和血管的功能密切相关外，还取决于血液本身的流变性质或血液的粘度。如果血流的粘度出现异常，则会直接影响到脏器组织的血流灌注，使脏器组织缺血缺氧、代谢失调，功能出现障碍，从而引发一系列严重后果。现代医学已经证明，高血压、脑中风、心肌梗塞、血栓闭塞性脉管炎、高原性心脏病、肺心病、妊高症、先心病和一系列血液病，尤其是致死率和致残率极高的心脑血管病和恶性肿瘤等，其发生和发展都伴随着血流变性质的异常。因此，准确测量血液的粘度、特别是准确测量不同切变率下的血液粘度，不仅可为某些疾病的诊断和治疗提供依据，对于研究某些疾病的发病机理、预测和预防某些疾病(特别是心脑血管疾病)的发生也有着重要的意义。
现有技术中用于测量人体血液粘度的仪器有多种类型，如旋转粘度计、毛细管粘度计、落球粘度计、平移及横流粘度计等。上述这些类型的血液粘度计虽然结构各异、测量原理也不尽相同，但是却存在一个共同的特点，即都是将人体血液采集到体外并加入抗凝剂以后作为一种简单的工业流体进行测量。这样的测量方法不仅测量周期长(一般需要1-2天)，而且不可避免地受到采血和测量过程中各种外界因素的影响，例如采血的速度、抗凝剂的加入、血样存贮时间的长短和存贮温度的高低，以及测量温度的控制等。由于这些因素的影响，不仅会使血粘度测量结果的准确率大大降低，而且会使测量结果不具备横向的可比性。
本发明的目的即在于获得一种在生理状态下快速实时测量不同切变率下人体血液表观粘度的仪器，以最大限度地减少外界因素对人体血液粘度测量的影响，从而提高血粘度测量的准确度并使测量结果具有横向可比性。
为了实现上述目的，本发明利用针头、导管、气压泵、微压传感器和微机组成一台血粘度快速测量仪。气压泵在微机的控制下通过针头和导管从人体静脉中抽取少量血液，在抽血和随后的排血过程中利用微压传感器测量出针头两端的血样压力。微压传感器的输出经前置放大和A/D转换后读入微机，微机在软件的支持下计算出抽血和排血过程中针头两端的血样压力差和血流量，再利用针头的标定参数(长度和内径)按非牛顿流体模型粘度公式计算出各切变率下的表观血液粘度并绘制成血液粘度曲线。以下结合具体实施例对本发明血粘度快速测量仪的技术特征作进一步的详细说明。
附
图1为本发明血粘度快速测量仪的示意图。
参考附图1，本发明血粘度快速测量仪主要由针头、导管、气压泵、微压传感器和微机组成。
针头1是配合气压泵和导管从人体静脉中抽取血液的器具，同时又是血粘度测量元件。抽血时，针头的前端水平插入人体静脉血管中，其后端则通过导管2和电磁阀3与气压泵连通。作为测量元件，针头的长度L和内径R可采用常规方法加以标定。计算结果表明，L和R分别为40mm左右和0.15mm左右可以满足层流条件和助跑条件。
导管2可采用硅胶管，它一方面作为气压泵的气路，另一方面又作为储血装置。理论上讲，血液在导管中流动会造成血压降并导致测量误差。但计算结果表明，其实际影响小0.5％，故可忽略不计。这样，微压传感器测量到的压力值就可以视为针头1后端的血样压力值。用于测量针头两端血样压力的微压传感器4安装在电磁阀3之前的导管2中，其量程和测量精度由测量过程中血流量和切变率的变化范围来决定。统计资料显示，人的血液粘度只在切变率小于200s-1时才有意义，尤其是切变率小于80s-1时，血液的非牛顿流体的特点逐渐明显。因此，测量人体血粘度时，切变率的覆盖范围可选择为20-200s-1。在该范围内，人体血粘度的变化范围为4.95～12.65cp。如果暂将人体血液视为牛顿流体，则相应的压力变化范围为ΔPmin＝53pa。据此，微压传感器4的量程可选为5kpa，其精度可选为1‰。由于量程为5kpa的微压传感器很容易达到饱和输出，而且超过极限压力时也容易造成微压传感器的损坏，故在电磁阀3之后再增设一量程为100kpa的微压传感器5来监测活塞筒中的压力。
本测量仪中的微机可采用IBM PC机及兼容系列微机，A/D转换板可采用与IBM PC XT/AT总线兼容的HT-1232A/D转换板并直接插入微机扩展槽中。该A/D转换板有32路单端模拟输入通道，本测量仪使用其中的两路通道，分别连接微压传感器4和微压传感器5并采用软件选通。由于测量过程中血液的流速很小，每间隔1秒钟左右才采样一次，因此数据传输可以采用查询方式。
气压泵可以有多种型式，例如可由活塞和活塞筒以及丝杠、电机和活塞行程开关构成一种活塞式压力泵。微机通过I/O卡控制电机正向或反向转动，电机轴经减速后通过丝杠6可使活塞7在活塞筒8中往复运动以改变活塞筒中的气压。活塞行程开关可采用光电开关，光电开关9和光电开关10的光电输出通过I/O卡输入微机，活塞7的底端带有与光电开关9和光电开关10互相配合的遮光板11，活塞筒8的顶端通过电磁阀3和电磁阀12分别与导管2和大气连通。
利用本测量仪测量人体血粘度的过程主要包括以个步骤1、复位关闭电磁阀3、打开电磁阀12，使活塞7运动到活塞筒8的顶部，然后再关闭电磁阀12。
2、造成负压使活塞7向活塞筒8底端运动，使活塞筒8内造成一定的负压P0(由微压传感器5监测并与微机内设定负压值进行比较)，此时活塞筒的容积为V0。
3、抽血将针头1水平插入人体静脉中，打开电磁阀4。在负压的作用下，血液将经针头缓慢流入导管内。在此过程中，利用微压传感器4进行采样，采样结果存入微机。从理论上讲，采样值应逐渐增大，我们定义一值，当出现连续3个采样值的差值小于该值时，停止采样。人体静脉压的波动是很小的，特别是在止血的情况下可认为是一定值。在抽血过程的末端，当微压传感器4检测到的压力值不再变化时，可认为静脉压与活塞筒中的压力达到了平衡，此时的微压传感器测量值即等于静脉压。
4、造成正压关闭电磁阀4，打开电磁阀12并使活塞7运动到活塞筒8的底端，然后关闭电磁阀12并使活塞7向活塞筒8顶端运动，以在活塞筒8中造成一定的正压P0′(由微压传感器5监测并与微机内设定正压值进行比较)，此时活塞筒的容积为V0′。
5、排血拔出针头1并打开电磁阀5，在正压的作用下，储存在导管2中的血液将通过针头1排出。在排血的过程中，利用微压传感器4进行采样，采样结果存入微机。在排血过程中，针头1前端的压力为大气压。
利用本测量仪测量人体血液粘度的关键在于检测出通过针头抽血和排血过程中针头两端的血样压力并计算出血样压差和相应的血流量，而血样压差和相应血流量的计算是由微机在软件的支持下利用血样压力采样值完成的。在抽血的情况下，血样压差为采样值与静脉压之差，而相应的血流量则可通过等温压缩气态方程并利用P0、V0和采样时间间隔来进行计算。在排血的情况下，血样压差为采样值与大气压之差，而相应的血流量则可通过等温压缩气态方程并利用P0′、V0′和采样时间间隔计算。计算出针头两端的血样压差和相应的血流量以后，微机即可按非牛顿流体模型的粘度公式计算出不同切变率下的表观血液粘度并绘制成血粘度曲线。人体血液是一种非牛顿流体，许多研究表明，它可以作为幂定律模型流体、Cusson定律模型流体或Blngham塑性流体来处理。
本发明可在生理状态下快速实时测量不同切变率下人体的血液粘度，可最大限度地排除外界因素对人体血液粘度测量的影响，因而可显著提高血粘度测量的准确性并使测量结果具有横向可比性。因此，本发明特别适于作为人体血粘度的通用测量仪器。
权利要求
1.一种在生理状态下快速实时测量不同切变率下人体表观血液粘度的血粘度快速测量仪，其特征在于由针头、导管、气压泵、微压传感器和微机组成，气压泵在微机的控制下通过针头和导管从人体静脉中抽取少量血液，在抽血和随后的排血过程中利用微压传感器测量针头两端的血样压力，微压传感器的输出经前置放大和A/D转换后读入微机，微机在软件的支持下计算出抽血和排血过程中针头两端的血样压差和血流量，再利用针头的标定参数按非牛顿流体模型的粘度公式计算出各切变率下的表观血液粘度并绘制成血粘度曲线。
2.根据权利要求1所述的血粘度快速测量仪，其特征在于所述气压泵是由活塞、活塞筒以及丝杠、电机和活塞行程开关构成的活塞式压力泵；微机通过I/O卡控制电机正向或反向转动，电机轴通过丝杠可使活塞在活塞筒中往复运动；活塞行程开关为光电开关，其光电输出通过I/O卡输入微机，活塞的下端带有与光电开关互相配合的遮光板；活塞筒通过电磁阀分别与导管和大气连通。
全文摘要
血粘度快速测量仪涉及一种在生理状态下测量人体血液粘度的仪器,由针头、导管、气压泵、微压传感器和微机组成。气压泵在微机控制下通过针头和导管从人体静脉中抽取少量血液,在抽血和随后的排血过程中利用微压传感器测量针头两端的血样压力,其输出经前置放大和A/D转换后读入微机;微机在软件支持下计算出针头两端的血样压差和血流量,再利用针头的标定参数和非牛顿流体模型粘度公式计算出各切变率下的表观血液粘度并绘制成曲线。
文档编号G01N11/00GK1192351SQ9810079
公开日1998年9月9日 申请日期1998年3月26日 优先权日1998年3月26日
发明者王明时, 王学民, 朱震钧 申请人:王明时