基于血液流变学理论的血液流变仪的设计

　　1 引言

　　血液流变学介于基础医学、预防医学与临床医学之间, 血液流变学是主要研究血液在血管中流动的规律, 血液中有形成分( 细胞) 的变形性和无形成分( 血浆) 的流动性对血液流动的影响, 以及血管和心脏之间相互作用的学科。临床中许多疾病的发生都与血液特性的变化密切相关, 从血液流变学角度去探讨疾病的病因和发病机理并提出新的诊断方法和防治措施,对于这些疾病的预防和治疗有着极其重要的意义。深入研究血液流变特性可以为阐明心脑血管疾病、恶性肿瘤及糖尿病等多种疾病的发病原因、途径及转归提供有价值的信息, 为诊断治疗某些疾病提供重要参考。因此血液流变检测已成为心、脑血管疾病的重要检测手段和中老年体检的必要项目, 现各地大、中型医院已广泛采用。

　　血液流变仪是在血液流变学的理论基础上的发展起来的一种血液临床检测仪器, 是一种通过检测人体血液粘度来诊断疾病及疾病早期诊断的专用检测仪器。微流量- 压力传感式自动血液流变仪是以独特的心血管动力学模型作为测试单元, 使被测样品经历由快到慢的流动变化过程。通过对系统中压力、压差随时间变化时的监测从而求得不同切变率下样品的表观粘度, 实现了对非牛顿流体在切变率连续变化时表观粘度的自动化检测。

　　2 设计原理

　　血液是由水、电解质、有机分子以及血细胞构成的复杂的悬浮液系统。血液在血管中是一层一层流动的, 靠近中央的液体层流速快, 靠近周边的液体层流速慢, 这种运动方式称为层流。这样就在快慢两层液体之间形成了流速差, 快的一层给慢的一层以拉力,而慢的一层给快的一层以阻力, 快慢两层液体间的一对力( 拉力与阻力) 就形成了驱使整体血液流动的力,称为切变力。

　　实验证明, 血液做层流时, 两接触层上切变力F的大小与两相邻流层的接触面积S 成正比, 与两流层接触处的速度梯度dv/dy 成正比, 其关系为式中比例常量η称为全血粘度。而切变应力是单位面积内所承受的切变力, 所以切变应力τ=η×dv/dy,dv/dy又可称为切变率。血浆为均质流体, 血浆粘度为常数,切变率与切变应力成正比。粘度与切变率的关系如图1 所示。

　　本仪器通过监测血浆样品在封闭管道内变速流动过程中驱动压力的连续变化情况, 将采集到的压力数据送计算机处理, 根据泊肃叶公式:

　　并做简单变化, 可得血浆粘度计算公式:

　　式中: η: 粘度, Q: 流量, l: 管道长度, r0: 管道半径,△p: 管道两端压差。全血粘度则可通过建立卡森方程来求取。根据卡森方程: