1、血液黏度分析仪器血液黏度分析仪器 毛细管黏度仪和锥板式黏度计毛细管黏度仪和锥板式黏度计 概述 早在早在1961年由年由Wells等人研制出来了回等人研制出来了回转锥板式结构的血液黏度分析仪器。转锥板式结构的血液黏度分析仪器。我国我国70年代就开始血流变学的基础研究，年代就开始血流变学的基础研究，已有定型产品问世。已有定型产品问世。20世纪世纪80年代血流变学检查应用于临床年代血流变学检查应用于临床实践，并有许多家不同类型的仪器在各实践，并有许多家不同类型的仪器在各级医院使用。级医院使用。血黏度分析仪结构较简单，各级医疗单血黏度分析仪结构较简单，各级医疗单位大多数是国产仪器；位大多数是国产仪器；
2、仪器价格比较便宜检测时不需要试剂、仪器价格比较便宜检测时不需要试剂、消耗品小，操作简单。消耗品小，操作简单。国产血黏度仪器使用很普及，极大的国产血黏度仪器使用很普及，极大的促进了血黏度检查在临床方向的应用。促进了血黏度检查在临床方向的应用。血液流变学检测的参数较多，涉及多种分析仪血液流变学检测的参数较多，涉及多种分析仪器，临床上常用的有：器，临床上常用的有：血液黏度分析仪、血液黏度分析仪、血凝分析仪器、血凝分析仪器、细胞变形分析仪、细胞变形分析仪、血沉仪、血沉仪、电泳仪、电泳仪、红细胞聚集分析仪器等。仅论述血液黏度分析红细胞聚集分析仪器等。仅论述血液黏度分析仪器。仪器。血黏度分析仪的种类血黏度
3、分析仪的种类 血黏度分析仪按其测量原理和构件可分成四种：血黏度分析仪按其测量原理和构件可分成四种：一、毛细管式；一、毛细管式；二、锥二、锥板旋转式；板旋转式；三、同轴圆筒旋转式；三、同轴圆筒旋转式；四、电子四、电子压力传感式。压力传感式。目前国内的仪器主要采用前两种结构，即毛细目前国内的仪器主要采用前两种结构，即毛细管式和锥板式，所以仅分析这两种结构的仪器。管式和锥板式，所以仅分析这两种结构的仪器。毛细管黏度仪毛细管黏度仪 毛细管黏度仪的测量部件是一根长型毛毛细管黏度仪的测量部件是一根长型毛细管。细管。不同黏度的流体流过相同的管道时所用不同黏度的流体流过相同的管道时所用的时间是不一样的，流体的
4、黏度愈大，的时间是不一样的，流体的黏度愈大，所用的时间就愈大。所用的时间就愈大。仪器在一定切变率下测得血样流过毛细仪器在一定切变率下测得血样流过毛细管的时间推算出被测血样品的黏度值。管的时间推算出被测血样品的黏度值。毛细管黏度仪测量原理毛细管黏度仪测量原理 根据泊素叶（根据泊素叶（Poiseuiller）定律：定律：如果控制相同的体积、压差、管径和管长、则流如果控制相同的体积、压差、管径和管长、则流体的黏度与流过一定管长所用的时间成正比。体的黏度与流过一定管长所用的时间成正比。即：即：Q=r/8*P/L （1）式中：式中：Q为流体流量：为流体流量：即单位时间流过的液体体积；即单位时间流过的液体
5、体积；r为毛细管半径为毛细管半径;L为毛细管长。为毛细管长。P为毛细管两端驱动流体流动的压差。为毛细管两端驱动流体流动的压差。为流体的黏度。为流体的黏度。由于：流速由于：流速V等于流量等于流量Q乘上时间乘上时间t。即：即：流量流量Q=V/t （2）公式（公式（1）可以写成：）可以写成：V=r4Pt/8L （3）则有（则有（3）公式可以求出流体黏度：）公式可以求出流体黏度：=r4Pt/8LV （4）血黏度的公式 在仪器制造好以后，毛细管的半径在仪器制造好以后，毛细管的半径r，长长度度L都为定值，压差都为定值，压差P为已知值或可人为已知值或可人为控制，流量为控制，流量Q可测量；可测量；则（则（4）
6、式可写成（）式可写成（5）式：）式：=K P/Q=KPt/V K在给定毛细管与测试温度下为常数，由在给定毛细管与测试温度下为常数，由（5）式可以看出：）式可以看出：一定体积的液体；一定体积的液体；在衡定的压力驱动下；在衡定的压力驱动下；通过一定管径的毛细管所用的时间通过一定管径的毛细管所用的时间t；与该液体的黏度值与该液体的黏度值 成正比。成正比。仪器的实际测定 仪器实际测量时：仪器实际测量时：分别让生理盐水和被测血样通过毛细管；分别让生理盐水和被测血样通过毛细管；再分别测定生理盐水流过毛细管所用的再分别测定生理盐水流过毛细管所用的时间时间 tW 和血样所用的时间和血样所用的时间 tb 由于水
7、的黏度由于水的黏度w是已知的是已知的,：在在25时水的黏度时水的黏度w=1；被测血样的黏度被测血样的黏度b可按下式得出可按下式得出:b=tb/tw*w (6_)由由(6)式可见式可见,仪器的计时电路只要精仪器的计时电路只要精确计时生理盐水流过毛细管所用的时间确计时生理盐水流过毛细管所用的时间t和血样流过的时间和血样流过的时间t；由计算电路算出两者的比例由计算电路算出两者的比例,就可简单的就可简单的算出被测血样的黏度值算出被测血样的黏度值b。特别说明 需要说明的是泊素叶定律是：需要说明的是泊素叶定律是：Poistwiller在在1840年研究毛细管的液年研究毛细管的液体做层状流动而发现的定律；体
8、做层状流动而发现的定律；它适用于牛顿流体的它适用于牛顿流体的一维定常流动一维定常流动。全血是非牛顿流体，在血管中的流动是全血是非牛顿流体，在血管中的流动是脉动的非定常流动；脉动的非定常流动；毛细管黏度仪，测定近似牛顿流体的血毛细管黏度仪，测定近似牛顿流体的血浆黏度，其结果比较准确可靠。浆黏度，其结果比较准确可靠。全血为非牛顿流体，其测定黏度值准确全血为非牛顿流体，其测定黏度值准确性会欠佳，现在许多仪器会在电路和计性会欠佳，现在许多仪器会在电路和计算方面给予校正。算方面给予校正。毛细管黏度仪的基本结构毛细管黏度仪的基本结构 这种类型的黏度仪可简单分成全自动和这种类型的黏度仪可简单分成全自动和半自
9、动两大类。半自动两大类。全自动类仪器有样品盘，多数仪器可以全自动类仪器有样品盘，多数仪器可以直接将原试管放入样品盘上，样品盘由直接将原试管放入样品盘上，样品盘由步进电机带动，在步进电机带动，在CPU控制下正反方向控制下正反方向旋转，配合采样针协调动作，自动完成旋转，配合采样针协调动作，自动完成采取血样的任务。采取血样的任务。血样品的混匀血样品的混匀 全血样品的混匀，仪器大多数是由采样针，通全血样品的混匀，仪器大多数是由采样针，通过吮吸功能完成：过吮吸功能完成：采样针具有吞吐混匀能力，由与采样针相连的采样针具有吞吐混匀能力，由与采样针相连的注射泵或蠕动泵等，在电路的控制下吸取一定注射泵或蠕动泵等
10、，在电路的控制下吸取一定量的全血样品后，再由电路控制电机反转、通量的全血样品后，再由电路控制电机反转、通过齿轮杆推动注射泵上行或是蠕动泵反转、吐过齿轮杆推动注射泵上行或是蠕动泵反转、吐出吸入的血样进入到原来的样品管中。出吸入的血样进入到原来的样品管中。通过几次吸吐将沉淀血细胞与血浆混匀，可确通过几次吸吐将沉淀血细胞与血浆混匀，可确保全血黏度检测精确，一般混匀的次数可通过保全血黏度检测精确，一般混匀的次数可通过仪器的操作程序由用户自行决定。仪器的操作程序由用户自行决定。采样针每次完成采样任务后，自动移到采样针每次完成采样任务后，自动移到冲洗站位置，进行针内、外壁清洗，再冲洗站位置，进行针内、外壁
11、清洗，再开始下一个血样的采集。开始下一个血样的采集。半自动类的仪器，没有自动采样功能，半自动类的仪器，没有自动采样功能，需要操作人员手工混匀全血样品，再将需要操作人员手工混匀全血样品，再将待测样品放在采样针下方，按仪器进样待测样品放在采样针下方，按仪器进样键，完成样品采集任务。键，完成样品采集任务。毛细管毛细管 毛吸管黏度仪测量部件：毛吸管黏度仪测量部件：长型毛细管和储液池。长型毛细管和储液池。根据泊素叶定律，要求测量毛细管必须具根据泊素叶定律，要求测量毛细管必须具有直、长、圆的特点；有直、长、圆的特点；管长与管径之比通常应大于管长与管径之比通常应大于200，毛细管，毛细管直径要大于或等于直径
12、要大于或等于1mm。管径不能过细，否则毛细管中流动的可管径不能过细，否则毛细管中流动的可变形红细胞向轴向集中的趋势会明显变形红细胞向轴向集中的趋势会明显,测测出的血液黏度偏低。出的血液黏度偏低。温度 由于黏度与温度呈负相关由于黏度与温度呈负相关,故流体黏度测故流体黏度测量时对温度要求较高。量时对温度要求较高。测量毛细管和储液池均安装在有恒温控测量毛细管和储液池均安装在有恒温控制的测量室内。制的测量室内。为有效防止温度的脉动，一般测量室内为有效防止温度的脉动，一般测量室内装有油或液体，内置加热元件，由控温装有油或液体，内置加热元件，由控温电路控制使其测量室内的温度始终维持电路控制使其测量室内的温
13、度始终维持在恒定的范围内，（在恒定的范围内，（370.5）储液池储液池 在毛细管上端有储液池。在毛细管上端有储液池。仪器通过泵将被测样品吸入到储液池中。仪器通过泵将被测样品吸入到储液池中。测量时，再通过泵给被测血样已知的切变压力，测量时，再通过泵给被测血样已知的切变压力，分成高切、中切、低切。分成高切、中切、低切。待测血样流过毛细管，同时由光电检测计时，待测血样流过毛细管，同时由光电检测计时，得出流过一定管长所用的时间值。得出流过一定管长所用的时间值。由计算电路计算出实测时间。由计算电路计算出实测时间。得出被测血样在高、中、低切变率下分别对应得出被测血样在高、中、低切变率下分别对应的黏度值。的
14、黏度值。切变压力值一般用压力传感器确定计算。切变压力值一般用压力传感器确定计算。临床血流变学测定一般设定切变率为临床血流变学测定一般设定切变率为200S-1为高切、切变率10S-1以下为低切。全血高切黏度值反映红细胞的变形性；全血高切黏度值反映红细胞的变形性；全血低切黏度值反映红细胞的聚集性。全血低切黏度值反映红细胞的聚集性。测量过程中，仪器的测量过程中，仪器的CPU单元会根据所单元会根据所测数值，自动作出黏度值测数值，自动作出黏度值切变率曲线。切变率曲线。电脑自动计算多种参考数值，电脑自动计算多种参考数值，显示器显示；显示器显示；由打印机，根据操作者的不同要求，打由打印机，根据操作者的不同要
15、求，打印报告单。印报告单。锥板式黏度计锥板式黏度计 锥板式黏度计是旋转式黏度计的一种；锥板式黏度计是旋转式黏度计的一种；目前国内血细胞黏度分析中：目前国内血细胞黏度分析中：采用的最多的一种分析仪器：采用的最多的一种分析仪器：锥板式黏度计锥板式黏度计 锥板式黏度计是：锥板式黏度计是：通过低惯性转矩电机带动与支撑轴连接通过低惯性转矩电机带动与支撑轴连接的一定几何学常数的圆锥旋转；的一定几何学常数的圆锥旋转；在圆锥与锥板之间加入被测液体；在圆锥与锥板之间加入被测液体；圆锥旋转时对被测流体施加一个受控应圆锥旋转时对被测流体施加一个受控应力；力；在被测样品所充满的间隙中，各部分切在被测样品所充满的间隙中
16、，各部分切变率一致。变率一致。在测定血液黏度时：在测定血液黏度时：被测血样处于预先设定的切变率下；被测血样处于预先设定的切变率下；做单纯的定向流动；做单纯的定向流动；锥板式黏度计适合测量非牛顿流体的黏锥板式黏度计适合测量非牛顿流体的黏度；度；特别适合全血黏度的检测特别适合全血黏度的检测。研究全血的研究全血的凝固过程、黏弹性及红细胞变形性、聚凝固过程、黏弹性及红细胞变形性、聚集性等集性等。锥板式黏度仪测量原理锥板式黏度仪测量原理 锥板式黏度仪是：锥板式黏度仪是：根据圆锥的几何学常数；根据圆锥的几何学常数；带动圆锥旋转的支撑轴扭转常数为已知带动圆锥旋转的支撑轴扭转常数为已知的应变力；的应变力；计算出切变率与切应力，计算出切变率与切应力，有两者之比得到被测流体的实际黏度值有两者之比得到被测流体的实际黏度值为：为：=/y=3M/2 r （7）上式中：上式中：为应变力：即作用于单位面积为应变力：即作用于单位面积上的切向力；其单位为牛顿上的切向力；其单位为牛顿/米米2。y 为切变率；即随时间而变化的切应变为切变率；即随时间而变化的切应变值。单位为值。单位为S-1 。M为圆锥的转矩；单位是达因为圆锥
