血栓弹力测试关键技术的研究

发布时间：2017-04-17 15:58

第 1 章 绪论

要获得一个全面的凝血纤溶功能评价，仅仅依靠常规的几个测试是远远不够的，尤其是在大型外科手术如心脏手术、肝脏移植中，准确的凝血功能检测意味着更高的手术成功率7]。而如果针对凝血纤溶进程的每个生物事件进行检测，方法及设备众多且测试繁琐，很不实际。临床医生更需要一种简单、直观评价凝血全貌的测试方法，尤其是围术期的凝血功能的床旁监测方法及设备[8]。凝血级联反应中，纤维蛋白、血小板、血细胞形成三维交联的网状结构，然后在纤溶酶的作用下，纤维蛋白溶解。伴随整个凝血纤溶进程，其血液粘弹性随之变化[9]。血栓弹力测量技术是通过连续监测血凝过程的血液粘弹性变化来研究凝血过程，通过数据处理，生成血栓弹力图，可获得从凝血到纤溶全过程血液各个成分之间相互作用的结果，可实现床旁化检测，在围术期帮助医生掌握病患的凝血功能全貌并做出快速诊断及治疗方案。但目前该技术在国外才刚刚兴起，国内在该方面的应用才刚开始，由于国外先进技术的垄断，国内的研究基础薄弱，严重影响技术的国内普及，因此对于血栓弹力测量方法及技术的研究对医疗水平的提高有重要意义。
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第 2 章 血栓弹力测量的理论模型及系统构建

2.1 血液粘弹性理论

材料在外力作用下发生变形，其伸长或压缩的程度与所受到的外力大小有确定的关系，其在外力消失后立即恢复原状的特性称为弹性，弹性是瞬时的响应。而粘性只有在流体的各层相对运动时才得以表现，在外力消失后流体会流掉而无法恢复，从能量角度来看，弹性可以储存起来做功，而粘性则只能把能量耗散变热。与多数流体只有粘性不同，一些大分子液体和生物流体既有粘性又有弹性，如蛋清、口水、鼻涕、痰等。对血液而言，血浆是粘性流体，红细胞膜是弹性体，白细胞可以看作粘弹性体。粘弹性与血液的流速有关，在流速较高时全血只有粘性，但在流速很低或者凝固时，则同时具有弹性。这是由于血液中的大分子都有长的分子链，在空间交联成网状结构，在缓慢力的作用下，分子间相互位置错动形成流动，从而表现出粘性。而在瞬时力的作用下，网状结构相互牵连，分子间位置来不及较大的变化，从而表现出弹性[79-80]。

2.2 血栓弹力测量原理及数学模型

本文只研究血液凝固及纤溶过程中血液弹性的变化。测量原理如图 2.1 所示：在设定的恒定温度下，测杯中的血液在小振幅振荡剪切条件下（振幅 4.75°、周期 10 秒）逐渐凝固，血液中的纤维蛋白、血小板和血细胞逐渐形成三维交联的网状结构（血凝块）从而将测杯和探针耦合，带动血液中的探针往复振荡，随着凝血进行，其振荡幅度逐渐增大；当纤维蛋白溶解机制启动，血凝块收缩或溶解，探针与测杯的耦合逐渐减弱直至最终解除，测杯的运动传递给探针的剪切力也逐渐减小直至消除，相应地探针振荡幅度也逐渐减小。因此，探针的振荡幅度与血凝块的强度呈正相关。探针的扭转角度被基于差动 PCB 电感的新型角位移传感器探测并传至数据处理系统，经包络算法处理最终生成血栓弹力谱图。

第 3 章 差动电感式角位移传感器的设计及性能试验................40

3.1 角位移传感器物理数学模型.............40
3.2 角位移传感器的有限元分析.............42
 3.3 试验及讨论 ............51
 3.4 本章小结 ............56 
第 4 章 血栓体外形成的环境特性分析及..57

4.1 体外凝血过程的温度场分析...57

 4.2 振荡机构的动力学分析 ...............67
 4.3 血栓弹力测量单元的振动特性分析...........79
 4.4 本章小结 ............89 
第 5 章 血栓弹力测量系统精度分析及试验........90
5.1 引言 ............90
5.2 误差来源分析及计算 ...............90
5.3 系统误差合成 .........104 
5.4 仪器定标、试验及讨论 ..........105
5.5 本章小结 ........110

 第 6 章 弹力谱图在内毒素检测中的应用

6.1 内毒素检测的意义

内毒素是一种脂多糖，由格兰仕阴性菌在生长过程中或者在抗生素作用下从外膜释放出来[94-95]。内毒素广泛污染各种各样的物质，例如水、食物、药品和胃肠外制剂。如果被内毒素污染的输液、注射药剂、血液等进入人体，则存在引起内毒素血症的发热、败血症、败血症性休克或多器官衰竭等重度副作用的可能。因此，注射用医药品等中的内毒素的检测极为重要，日本、美国、欧洲和中国的药典中都收录了内毒素试验方法。另外，在临床上，由 G-菌所引起的内毒素血症目前仍是临床上的主要死亡原因之一。根据有关资料，正常人血中内毒素浓度＜0.1 EU·mL-1（EU 是内毒素活度的单位），超过此值即可诊断为内毒素血症[96-97]。准确测定血液中的内毒素，对于内毒素血症、败血症的早期诊断和治疗效果的判定是极为重要的。

6.2 弹力图法测量内毒素含量的机理

对于鲎试剂凝集反应机制的分析，一直到 上个世纪70 年代后期才由日本学者所阐明，鲎试剂的凝固涉及了酶促级联反应[112]。鲎试剂中有很多能被内毒素激活的凝固系统，如凝固酶原、C 因子、B 因子及凝固蛋白原等，内毒素首先激活 C 因子，活化的 C 因子再激活 B 因子，，或者由(1-3)-β-D-葡聚糖激活 G 因子(G 因子系统)，紧接着激活的 B 因子或激活的 G 因子，再去激活凝固酶原，使其活化成为凝固酶，该酶切断凝固蛋白原中特定的精氨肽链，最终形成凝固蛋白，产生胶凝。现有的电化学法或者压电传感法都是基于该过程的信号变化来建立测量方法[113-114]，而本文提出的基于弹性变化的弹力图检测法，其原理如图 6.1 所示。
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第 7 章 结论与展望

基于差动 PCB 电感的原理设计了血栓弹力探测的核心器件-新型角位移传感器。分别根据电磁学理论推导、有限元仿真和试验得到差动电感与角位关系满足 0.1877 。差动电感与角位移呈正比关系，并且差动传感器的灵敏度比单线圈增加一倍，非线性失真小，同时温度变化、外界干扰等对传感器的影响由于能够相互抵消而减小；差动电感信号经本系统的数据采集电路处理后，其定标曲线方程 1559.5 85.8，相关指数 R2为 0.9998；在测量范围-6°~6°内非线性误差（线性度）为 0.86%，灵敏度1559.5 signal/°，鉴别力阈和分辨力均为 0.01°，最大量程为-10°~10°。

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参考文献（略）

本文编号：313762