[发明专利]一种血细胞剪应力流变观测装置及血细胞剪应力流变规律的分析和流变过程的再现方法

说明书

本发明公开了一种血细胞剪应力流变观测装置及血细胞剪应力流变规律的分析和流变过程的再现方法，该装置包括注射泵、冷光源、平行平板腔、倒置生物显微镜、转接口、高速摄像机、储液池、温控器、计算机，所述注射泵的出口与平行平板腔的入口相连通，平行平板腔的出口与储液池相连通，冷光源布置在平行平板腔的上方，平行平板腔置于所述倒置生物显微镜的载物台上，倒置生物显微镜通过转接口安装在高速摄像机上，高速摄像机与计算机相连，储液池设置在温控器中。计算机对拍摄的图像通过血细胞形变参数与流动参数的提取算法、血细胞剪切流变规律的分析算法和血细胞2维图像的3维重建算法，实现血细胞剪应力流变规律的分析和流变过程的再现。

技术领域

本发明涉及血液流变测量技术领域，尤其涉及一种血细胞剪应力流变观测装置及血细胞剪应力流变规律的分析和流变过程的再现方法。

背景技术

随着研究和应用的不断发展，机械循环辅助装置已成为心血管疾病的重要临床治疗手段。尽管如此，中长期机械循环辅助装置的血液机械损伤问题仍是一个悬而未决的难题，成为其在临床应用推广上的最大阻碍。因此，设计血液机械损伤研究方法及装置，研究血液机械损伤机理，对机械循环辅助装置的设计及优化具有重要意义。

在机械循环辅助装置中，非生理性流场产生的高剪应力造成血红细胞的变形及破化是血液机械损伤的主要原因，通过细胞剪切装置研究血细胞的剪应力形变状况是研究血液机械损伤的重要手段。根据剪应力产生方式的差异，可将目前的血细胞剪切研究方法分为采用库特流型和泊肃叶流型剪切装置两大类。

基于库特流原理的剪切方法主要采用锥板型剪切装置和环形剪切装置。锥板型剪切装置主要由锥形转子和板形定子组成，当锥形转子旋转时，在被试血液中产生均匀的速度梯度，从而形成均匀的剪应力。为了保证间隙内均匀的剪切流场，转子转速不能过高，可实现的最大剪应力低于10Pa，因此，锥板型剪切装置无法模拟血细胞剪切损伤研究所需的高剪应力流场。环形库特流剪切装置利用两个同轴圆柱的相对转动，在其间的环形剪切间隙内产生剪应力流。相比锥板型剪切装置，环形剪切装置可实现高剪应力、短作用时间的血液剪切实验。但此类装置结构复杂，影响实验结果的不可控因素较多，目前的各个不同装置间的结构和实验条件不尽相同，获得的实验数据存在较大差异，无法给出可信度高的实验结果。另外，库特流型剪切装置结构复杂，造价昂贵，并且实现细胞变形过程的直接观测困难。

基于泊肃叶流原理的剪切方法主要采用基于硅微通道的剪切装置和基于平行平板腔的剪切装置。基于硅微通道的剪切装置采用微机电系统加工技术，在硅片上刻蚀平行微通道。其加工工艺限制微通道的尺寸为微米级，一般用于模拟毛细血管对红细胞产生的近生理性的微小剪切流场，通过检测红细胞通过通道的时间来反应红细胞的变形性。由于加工工艺的限制，此类剪切装置不适合产生高剪应力流场。基于平行平板腔的剪切装置，其基本原理是利用流动的培养液对附着于培养基质上的细胞产生一定的剪应力，以研究离体细胞力学行为，特别是细胞黏附特性和形态变化规律。目前此类装置一般用于模拟血管内皮细胞、成骨细胞的生理性剪切环境，与红细胞在非生理流场下的剪切环境相去甚远。泊肃叶流型剪切装置一般体积较小，结构简单，便于在显微镜载物平台上实时观察、显示和记录，在研究流体剪应力对细胞的作用影响方面应用甚广。

迄今为止，尚没有一种既采用结构简单的剪切装置，又能满足血液剪切损伤实验需求，同时还能实时可视化观测细胞剪切流变特性，从而获得可信度高的血液剪切损伤模型的研究方法。

机械循环辅助装置中血细胞的剪切损伤是导致并发症—溶血的主要原因，已成为此类医疗装置在临床推广使用上最大的桎梏。因此，研究和观测血细胞剪应力形变规律具有重要的临床和基础研究意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种血细胞剪应力流变观测装置及血细胞剪应力流变规律的分析和流变过程的再现方法，不仅操作简单，而且可实时观测宽剪应力范围内血细胞的流变情况，获得血细胞的剪切流变规律。