專利名稱：：用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于血液流變學(xué)領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床檢驗和實驗研究。描述血液粘性的表觀粘度和描述血液粘彈性的復(fù)粘度是血液流變學(xué)中兩項非常重要的指標(biāo)。目前在臨床上和實驗研究中表觀粘度已得到了廣泛應(yīng)用，而復(fù)粘度的應(yīng)用才剛剛開始，但已顯示出強(qiáng)大的生命力。因血液既表現(xiàn)有類似固體的彈性變形，又表現(xiàn)有類似流體的流動粘性，采用復(fù)粘度來表征血液流變特性比單純采用表觀粘度來表征血液就更有意義。從生理角度看復(fù)粘度的實部與血液流動中的能量損耗有關(guān)，復(fù)粘度的虛部與血液內(nèi)部構(gòu)成間的能量分配和轉(zhuǎn)化有關(guān)。血液在身體內(nèi)多經(jīng)歷非定常流動，因而采用動態(tài)參量復(fù)粘度η*來描述血液的流變特性是必要的。從病理角度看，粘彈性參數(shù)與各組分形狀變化關(guān)系較之表觀粘度更密切，潛在的應(yīng)用價值是明顯的。Isogai對健康人和疾病患者血液的粘彈性進(jìn)行了測定，認(rèn)為結(jié)締組織病、腫瘤、糖尿病等患者血液的粘彈性指標(biāo)均顯著高于正常人；S.lkemoto等對糖尿病性微血管病的血液粘彈性作了實驗研究，認(rèn)為血液粘彈性指標(biāo)的升高引起微循環(huán)中流動障礙是致病的主要原因。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報道青紫型先天性心臟病患者血液粘彈性指標(biāo)較健康人明顯增高，而非青紫型先天性心臟病患者的血液粘彈性指標(biāo)與健康人比較無顯著差異，提示血液粘彈性在一定程度上可以定量反映出先天性心臟病的嚴(yán)重程度；肺心病患者血液粘彈性指標(biāo)隨病情加重而增高；腦血栓形成患者和腦動脈硬化患者血液粘彈性指標(biāo)較健康人明顯增高；此外，在血液稀釋療法、血液降粘度藥物的研究中，血液粘彈性指標(biāo)的應(yīng)用已日益廣泛。Maxwell、Voight等《生物流變學(xué)，[日]岡小天著，科學(xué)出版社》為了將測試得到的復(fù)粘度數(shù)據(jù)從理性高度來認(rèn)識建立了粘彈性二元模型，Kelvin等提出了粘彈性三元模型和四元模型。Z.C.Mao(毛昭憲)等《體液的流變特性，吳云鵬著，科學(xué)出版社》先測試血液的復(fù)粘度然后根據(jù)復(fù)粘度和粘彈性模型采用曲線擬合的方法求得模型中各元件系數(shù)。但經(jīng)光盤檢索和手工檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，從查閱的文獻(xiàn)可見在國內(nèi)外，血液粘彈性指標(biāo)都是通過專用粘彈性測定儀直接測定，其測量原理一般基于以下兩條假設(shè)①流體的慣性效應(yīng)忽略不計，因此流動的雷諾數(shù)相當(dāng)小(主要是流場尺度很小)，當(dāng)然不存在湍流問題。②應(yīng)力和應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系是線性的。以上兩條假設(shè)在實際應(yīng)用中很難達(dá)到，首先要滿足流體的慣性效應(yīng)忽略不計則必須保證流場尺度小且流體的流動非常緩慢，這使得所需檢測的信號非常微弱，從而對測試系統(tǒng)提出了極高的要求。由于受測試技術(shù)的限制，信號太小將影響測試精度，為保證測試信號的精度又不得不加大流場尺度或流體的流速，這一來又增加了流體的慣性效應(yīng)帶來的誤差。如何解決好這一對矛盾是非常棘手的事。另一方面應(yīng)變按簡諧規(guī)律變化時應(yīng)力并非完全按照簡諧規(guī)律變化，因而應(yīng)力和應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系不完全是線性關(guān)系，非線性必然給測試結(jié)果帶來誤差。此外，由于血液的粘彈性特征表現(xiàn)得并不象許多高聚合物那么強(qiáng)烈，這也對測試技術(shù)提出了更高的要求。直接測定血液的粘彈性對儀器的要求甚高導(dǎo)致測試設(shè)備昂貴、操作煩瑣、重復(fù)性較差，一般醫(yī)院和科研單位無力承受，從而影響了血液粘彈性這一特異性指標(biāo)在臨床和實驗研究中的應(yīng)用。因此有必要尋求一種簡潔的方法求取血液和其它體液的復(fù)粘度以滿足臨床和科研的需要。本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法。本發(fā)明的目的可以通過以下方案來達(dá)到1.用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法，其特征在于計算按下列順序進(jìn)行。①用表觀粘度儀測量血液在不同切變率下的表觀粘度值；②根據(jù)血液表觀粘度和復(fù)粘度模之間的關(guān)系式，計算出不同切變率下對應(yīng)角頻率處之血液復(fù)粘度的模；ηa(γ0ω)＝|η*(ω)|即當(dāng)簡諧振蕩角頻率為ω、切應(yīng)變的振幅為γ0時復(fù)粘度的模對應(yīng)于切變率為ωγ0處的表觀粘度。式中ηa—血液表觀粘度γ0—切應(yīng)變振幅ω—振蕩角頻率η*—血液復(fù)粘度|...|—為對復(fù)數(shù)求模③利用血液粘彈性模型中各元件系數(shù)與復(fù)粘度及其模之間的關(guān)系式，根據(jù)求得的不同角頻率下復(fù)粘度的模，采用曲線擬合的方法求粘彈性模型中各粘性元件和彈性元件的具體系數(shù)；④將求得的各元件系數(shù)帶入粘彈性模型元件系數(shù)與復(fù)粘度之間的關(guān)系式進(jìn)行計算。2.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法，其特征是在實驗測得的血液切應(yīng)力和切變率關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上，用圖解法導(dǎo)出的血液表觀粘度和血液復(fù)粘度模之間的關(guān)系式。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用目前臨床上已基本普及、且操作簡單、結(jié)果可靠的血液表觀粘度測定系統(tǒng)先測定血液的表觀粘度，然后通過本發(fā)明提出的方法計算復(fù)粘度?？墒贯t(yī)院省去購置價格昂貴、操作煩瑣、重復(fù)性差的血液粘彈性直接測定系統(tǒng)的費(fèi)用。(2)測試方法簡單，結(jié)果可靠、成本低廉，有利于復(fù)粘度這一特異性指標(biāo)在臨床的應(yīng)用和普及。(3)將血液復(fù)粘度的測試范圍拓寬，這對于全面描述、理解血液的流變學(xué)特性具有一定的意義。(4)本發(fā)明所述的方法還可用于其它生物體液的復(fù)粘度檢測。附面說明如下圖1.血液切應(yīng)力和切變率之間的關(guān)系曲線圖2.圖解法求解復(fù)粘度模和表觀粘度之間對應(yīng)關(guān)系的示意3.壓積為26.7％時正常人血液表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖4.壓積為34.7％時正常人血液表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖5.壓積為36.0％時正常人血液表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖6.壓積為53.3％時正常人血液表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖7.正常對照組全血表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖8.疲勞組全血表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較為圖9.治療組全血表觀粘度和復(fù)粘度模的結(jié)果比較圖10.粘彈性四元模型圖11.粘彈性五元模型圖12.壓積為26.7％時血液復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖13.壓積為34.7％時血液復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖14.壓積為36.0％時血液復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖15.壓積為533％時血液復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖16.正常對照組全血復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖17.疲勞組全血復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖18.治療組全血復(fù)粘度的直接測試值和計算值比較圖19.正常人和糖尿病患者血液復(fù)粘度的計算值比較圖2.中為角頻率ω1對應(yīng)的切變率振幅，τm1為切應(yīng)力振幅；為角頻率ω2對應(yīng)的切變率振幅，τm2為切應(yīng)力振幅；M1、M2是當(dāng)切變率為及時血液切變率和切應(yīng)力關(guān)系曲線上的兩點(diǎn)。圖中ω1＜ω2，所以其周期T1＞T2，，τm1＜τm2。圖10.和圖11.中η1、η2、η3為粘性元件，G1、G2為彈性元件。圖12.～圖19.中η‘為復(fù)粘度的實部、η“為復(fù)粘度的虛部。圖3.～圖9.，圖12.～圖19.中橫坐標(biāo)均為對數(shù)坐標(biāo)。下面結(jié)合實施例對照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。首先我們采用理論分析的方法導(dǎo)出血液表觀粘度和復(fù)粘度模之間關(guān)系血液的表觀粘度(式中τ為切應(yīng)力，為切變率，下同)和復(fù)粘度(式中τ*為復(fù)數(shù)形式的切應(yīng)力，為復(fù)數(shù)形式的切變率，ω為測試過程中振蕩的角頻率)是血液流變學(xué)中兩項非常重要的指標(biāo)，二者之間有何異同呢？首先是概念不同，表觀粘度是將血液看作純粘性材料經(jīng)測試而得到的一組數(shù)據(jù)，因而僅描述血液的粘性；而復(fù)粘度是將血液直接看作粘彈性材料而得到的另一組數(shù)據(jù)，不僅描述了血液的粘性同時也描述了血液的彈性。其次是測試方法不同，表觀粘度一般采用依次改變切變率來測試其切應(yīng)力從而求得血液的粘性指標(biāo)，采用的是定常流動，表觀粘度的定義式中τ和均為實數(shù)；而復(fù)粘度多采用施加簡諧應(yīng)變檢測其切應(yīng)力振幅的大小和相位來計算復(fù)粘度，采用的是非定常流動，復(fù)粘度的定義式中τ*和均為復(fù)數(shù)。表觀粘度是切變率的函數(shù)而復(fù)粘度是角頻率的函數(shù)。其相同點(diǎn)在于兩項指標(biāo)是從不同的角度描述同一物質(zhì)的流變特性，對表觀粘度而言雖然它是假設(shè)被測液體為純粘性物質(zhì)時的測定值，但它與血液的彈性分量有著必然的聯(lián)系，如果血液沒有彈性分量存在，則其表觀粘度將為一不隨切變率而變的常數(shù)，換句話說表觀粘度之所以隨切變率而變就是因為被測血液存在彈性分量所致。因此可以認(rèn)為這兩者之間必然存在一定的聯(lián)系。為了便于分析從測試方法著手。如前所述，表觀粘度是在定常流動中依次施加不同的切變率檢測其切應(yīng)力大小來求取。采用表觀粘度儀對血液進(jìn)行測試可得到與圖1類似的切變率和切應(yīng)力之間的關(guān)系曲線。而復(fù)粘度的求取一般是通過施加按簡諧規(guī)律變化的應(yīng)變，檢測到一個同樣按簡諧規(guī)律變化的切應(yīng)力，根據(jù)二者的振幅比和相位差來計算其復(fù)粘度。應(yīng)變按簡諧規(guī)律變化可用復(fù)數(shù)可表示為γ*＝γ0eiωt………………………………………(1)(式中γ*為應(yīng)變，γ0為應(yīng)變之振幅，ω為應(yīng)變之振蕩角頻率，t為時間)則其切變率為γ*·=dγ*dt=iωγ0eiωt---(2)]]>(式中為應(yīng)變對時間的導(dǎo)數(shù)稱為切變率)顯然其切變率也按簡諧規(guī)律變化。上式找出了復(fù)粘度測試過程中振蕩角頻率和切變率之間的關(guān)系式。在以往的研究中復(fù)粘度一般表示為角頻率的函數(shù)，通過(2)式便可將復(fù)粘度表示為切變率的函數(shù)。切變率的振幅不僅與應(yīng)變的振幅γ0有關(guān)，而且隨角頻率ω的增大而增大。在一特定的角頻率ω下，其切變率的振幅為ωγ0，即其切變率從0按簡諧規(guī)律逐漸增加到振幅大小，由振幅減少至0；再從負(fù)方向增加到振幅，由振幅減少到0，如此循環(huán)往復(fù)。由于切應(yīng)力和切變率之間的關(guān)系不完全是線性關(guān)系，因此很難用解析法求解。但通過分析可見，切應(yīng)力和切變率之間的變化規(guī)律與電子線路理論中小信號放大電路的電壓和電流的關(guān)系極為相似，只是其工作點(diǎn)不變而顯得更簡單一些而已，因此可將電子線路中小信號放表5FIR光譜</tables>表1不同壓積下正常人全血的表觀粘度(測試值)(ηa，mPa.S)表2不同壓積下正常人全血復(fù)粘度的模(測試值)(|η*|，mPa.S)比較表1和表2的結(jié)果，可以看出兩種測量方法所得的結(jié)果在切變率比較接近處，其復(fù)粘度的模和表觀粘度吻合得非常好，但二者的切變率不完全相同，因此無法進(jìn)行精確的比較。為此我們在同一坐標(biāo)系中將兩種測量方法所得的結(jié)果繪出。如圖3、圖4、圖5和圖6所示，從圖中可見，在相同壓積下正常人全血表觀粘度和復(fù)粘度模兩條曲線吻合得很好，變化趨勢完全相同。說明復(fù)粘度和表觀粘度的關(guān)系式(4)(5)是成立的。例證之二重慶大學(xué)八七級碩士研究生盧曉較深入地研究了運(yùn)動性疲勞及快速消除疲勞過程中的血液流變學(xué)規(guī)律，實驗分為正常對照組、疲勞組、沖洗消除疲勞組(治療組)三組，分別測試其全血表觀粘度和血液的存儲模量及損耗模量，其結(jié)果如表3、表4和表5所示表3各組表觀粘度(測試值)(ηa，mPa.S)切變率(S-1)0.4710.8701.6072.9705.49010.1518.7434.6063.90正常組29.3322.6217.3313.8111.499.8708.3617.0346.217疲勞組42.2231.9723.8318.0214.3011.5810.008.3527.342治療組34.1125.8819.9616.0113.0110.809.0467.4266.554表4各組存儲模量(測試值)(G’，mPa.S)角頻率0.030.0560.1030.1900.3510.6481.196正常組0.740.881.312.063.767.129.74疲勞組1.021.312.123.215.5010.0013.4治療組0.810.981.392.474.608.9912.2表5各組損耗模量(測試值)(G”，mPa.S)角頻率0.030.0560.1030.1900.3510.6481.196正常組1.611.802.403.344.394.792.34疲勞組2.172.773.494.605.976.242.47治療組1.772.113.014.185.615.942.24由于作者未直接給出復(fù)粘度數(shù)據(jù)，因此我們根據(jù)表4表5的數(shù)據(jù)，按復(fù)粘度和復(fù)模量(存儲模量和損耗模量)之間的關(guān)系式|η*(iω)|=|G*/iω|=G′2+G″2/ω---(6)]]>(式中G*為復(fù)模量，G’為復(fù)模量的實部稱為動態(tài)模量G”為復(fù)模量的虛部稱為損耗模量)計算出復(fù)粘度的模，所對應(yīng)的切變率可按式(5)進(jìn)行計算(γ0＝6.53)，計算結(jié)果如表6所示。表6復(fù)粘度的模(測試值)(|η*|，mPa.S)角頻率ω0.030.0560.1030.1900.3510.6481.196切變率(S-1)0.19590.36570.67261.24072.2924.23147.810正常組45.86535.77926.54620.65416.46813.2438.376疲勞組79.92654.71739.64529.52323.12618.19011.393治療組64.88541.54432.18925.55420.66916.62810.371同理我們可在同一坐標(biāo)系中將兩種測量方法所得的結(jié)果繪出。從圖7.圖8.圖9.中可見，正常對照組、疲勞組和治療組三組曲線也吻合得比較好，變化趨勢完全相同，數(shù)值上也較為接近。僅在切變率為6.578S-1處復(fù)粘度的模偏低，這可能是由于測試系統(tǒng)在振蕩頻率較高時忽略測試頭和試樣的慣性帶來的測試誤差所致。從以上通過自身的實驗研究和他人的實驗結(jié)果驗證表觀粘度和復(fù)粘度模之間的關(guān)系式(4)(5)，結(jié)果表明，表觀粘度與復(fù)粘度模之間的關(guān)系式(4)(5)是成立的。為了驗證用表觀粘度計算得到的復(fù)粘度，我們采用對同一標(biāo)本分別用直接測試復(fù)粘度和先測試其表觀粘度后再通過計算法求復(fù)粘度，最后將兩種方法所得結(jié)果進(jìn)行比較。首先用新鮮正常人血的血漿和血細(xì)胞配制成不同壓積的血標(biāo)本分別測試其表觀粘度和復(fù)粘度，根據(jù)實驗結(jié)果得到的正常人全血在不同壓積下的表觀粘度和復(fù)粘度(實部和虛部)如表7、表8所示。表7同壓積下正常人全血的表觀粘度(ηa，mPa.S)(測試值)表8不同壓積下正常人全血復(fù)粘度值(測試值)(η*，mPa.S)HCT26.7％34.7％36.0％53.3％ωη’η”η’η”η’η”η’η”0.0316.896.1025.948.4124.238.6063.2251.900.055513.065.1919.237.2518.506.7945.3738.470.10269.84.3214.166.0113.665.7033.0428.190.18987.474.069.955.8710.405.6423.4620.870.3513.554.067.445.667.455.3915.8817.380.6483.964.025.165.535.025.489.3415.251.1962.113.992.215.162.104.974.1811.522.210.933.401.133.831.133.742.498.23根據(jù)表7的結(jié)果和式(5)(在本實驗中γ0＝3.14)可求得對應(yīng)角頻率處之復(fù)粘度模，表9不同壓積下正常人全血復(fù)粘度模(計算值)(|η*|，mPa.S)在求得復(fù)粘度模后如何求復(fù)粘度的實部和虛部是計算法求復(fù)粘度的難點(diǎn)之所在。在粘彈性的研究中，Maxwell，Voight，Kelvin等采用一些基本的力學(xué)模型來描述生物體液的應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變率之間的關(guān)系，其中體液粘彈性四元模型是比較接近實際情況的一種模型。正確地選擇和建立粘彈性模型是一項非常重要的工作，這使我們能用盡可能少的參量來描述一種生物組織的流變特性，而不必用一大堆實驗數(shù)據(jù)來達(dá)到同一目的。通常采用的方法是用實驗數(shù)據(jù)與常用模型的曲線相比較。如果簡單模型不太符合就必須附加上更多的彈性或粘性元件，如果較為接近則采用曲線擬合的方法確定模型中各元件的系數(shù)。最后便可根據(jù)模型系數(shù)計算復(fù)粘度的實部和虛部。Z.C.Mao(毛昭憲)等曾采用先測試血液的復(fù)粘度，然后根據(jù)復(fù)粘度和粘彈性模型用曲線擬合的方法求模型中各元件系數(shù)。如果我們能夠根據(jù)復(fù)粘度的模求得體液粘彈性四元模型中各粘性元件和彈性元件的具體數(shù)值，便可達(dá)到用表觀粘度計算復(fù)粘度的實部和虛部這一目的。這種根據(jù)模的大小求解模型元件系數(shù)，再通過元件求其它參數(shù)的方法在電路理論線性電路的分析中是早已得到應(yīng)用。因此方法是可行的，其必要條件是要有足夠多不同頻率點(diǎn)處的復(fù)粘度模值。對于彈性元件η和彈性元件G，按照定義分別有如下關(guān)系式成立τ=Giωγ·---(7)]]>τ=ηγ·---(8)]]>由此可導(dǎo)出圖10所示粘彈性四元模型的切應(yīng)力和角頻率之間的關(guān)系式τ*＝{(G1G2η2＋iωG2η1η2)/[G1G2-ω2η1η2＋iω(G2η2＋G2η1＋G1η2)]}iωγ0eiωt....(9)則四元模型復(fù)粘度及模的表達(dá)式為η*＝(G1G2η2＋iωG2η1η2)/[G1G2-ω2η1η2＋iω(G2η2＋G2η1＋G1η2)]........(10)|η*|＝|(G1G2η2＋iωG2η1η2)/[G1G2-ω2η1η2＋iω(G2η2＋G2η1＋G1η2)]|........(11)根據(jù)表9.的數(shù)據(jù)和復(fù)粘度模的表達(dá)式(11)，采用曲線擬合的方法可確定模型中元件的系數(shù)G1，G2，η1和η2。曲線擬合的過程非常之煩瑣，采用手工計算幾乎是一件不可能的事情，必須引入計算機(jī)進(jìn)行分析、處理。為此編制了相應(yīng)的程序來進(jìn)行曲線擬合。通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)四元模型在中低角頻率段實驗數(shù)據(jù)與理論曲線吻合得很好，但在高角頻率段偏差較大。為此我們篩選出了在高中低角頻率段實驗數(shù)據(jù)和理論曲線均吻合得很好的粘彈性五元模型(如圖11.所示)。粘彈性五元模型的復(fù)粘度及其模的表達(dá)式為η*＝(G1G2η2＋iωG2η1η2)/[G1G2-ω2η1η2＋iω(G2η2＋G2η1＋G1η2)]＋η3........(12)|η*|＝|(G1G2η2＋iωG2η1η2)/[G1G2-ω2η1η2＋iω(G2η2＋G2η1＋G1η2)]＋η3|........(13)在后面的分析中均采用粘彈性五元模型進(jìn)行處理。根據(jù)表9.的數(shù)據(jù)和式(13)采用曲線擬合的方法可得粘彈性五元模型的系數(shù)如表10。表10各組全血粘彈性模型系數(shù)模型系數(shù)G1G2η1η2η3HCT＝26.7％4.7910.938.9117.862.82HCT＝34.7％6.3614.4714.3528.183.10HCT＝36.0％7.0414.6214.3529.623.10HCT＝53.3％18.9141.9140.94101.314.54在根據(jù)表10數(shù)據(jù)和式(12)可計算出在不同血球壓積下全血復(fù)粘度，如表11所示表11用表觀粘度計算出的不同壓積下正常人全血復(fù)粘度值(η*，mPa.S)(計算值)HCT26.7％34.7％36.0％53.3％ωη’η”η’η”η’η”η’η”0.02916.966.3023.8310.6425.1511.2571.7141.690.05412.757.1716.9910.9617.8311.8546.2539.040.1029.205.8712.088.3612.339.1130.5227.850.1917.314.219.766.189.746.6123.6319.790.3506.273.418.105.248.035.2418.7416.190.6465.052.985.974.466.024.5912.8013.461.1973.852.284.393.274.343.257.969.442.2103.201.463.511.943.532.005.725.76此外，還可計算出其它任意角頻率處的復(fù)粘度之實部和虛部。為了便于比較將不同壓積下血標(biāo)本復(fù)粘度(測試值)和通過表觀粘度計算出的復(fù)粘度(計算值)按不同的壓積分別繪制在四個坐標(biāo)系中，如圖12，圖13，圖14和圖15所示從圖中可看出，在四種不同的壓積下采用計算法和直接測試法所得到的復(fù)粘度的實部在中低角頻率段吻合得非常好，而在高角頻率段有一固定的偏差，測試值趨于無窮小而計算值趨于一固定常數(shù)。我們認(rèn)為這主要是由于測試誤差所致，因無論角頻率(或切變率)多大其血液的粘度都不可能為零，而只能趨于一常數(shù)。測試結(jié)果為零顯然是不正確的。對于復(fù)粘度的虛部測試值和計算值的偏差稍大，這可能是由于直接測試法和計算法所采用的粘彈性模型不一致引起的。在表觀粘度和粘彈性的測試過程中由于主觀和客觀因素均可能導(dǎo)致測試誤差。例如采用LowShear30在測定雙蒸水等純粘性物質(zhì)時會有彈性分量存在便是由于測試誤差所致。一般認(rèn)為在表觀粘度的測量中采用定常流動因此測試誤差較??；而粘彈性的直接測定均采用非定常流動進(jìn)行測試，因而測試誤差較大。復(fù)粘度的直接測試存在對測試系統(tǒng)要求極高和測試誤差較大等難題，其測量原理一般基于以下兩條假設(shè)(1).流體的慣性效應(yīng)忽略不計，因此流動的雷諾數(shù)相當(dāng)小(主要是流場尺度很小)，當(dāng)然不存在湍流問題。(2).應(yīng)力和應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系是線性的。以上兩條假設(shè)在實際應(yīng)用中很難達(dá)到，首先要滿足流體的慣性效應(yīng)忽略不計則必須保證流場尺度小而流體的流動非常緩慢，這使得所需檢測的信號非常微弱，從而對測試系統(tǒng)提出了極高的要求，由于受測試技術(shù)的限制，信號太小將影響測試精度；為保證測試信號的精度又不得不加大流場尺度或流體的流速，這樣一來又增加了流體的慣性效應(yīng)帶來的誤差。如何解決好這一對矛盾是非常棘手的事。另一方面正如前面的分析可見應(yīng)變按簡諧規(guī)律變化時應(yīng)力并非完全按照簡諧規(guī)律變化，因而應(yīng)力和應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系不是線性關(guān)系。非線性必然給測試結(jié)果帶來誤差。此外在粘彈性的測試中只能測得復(fù)粘度的模和力矩與角頻率之間關(guān)系的李沙育圖，在計算復(fù)粘度的實部和虛部時與選用的模型有關(guān)，由于LowShear30一般選用二元模型進(jìn)行計算，因而由于采用簡化模型而帶來的誤差也是難免的。LowShear30采用肉眼讀數(shù)，當(dāng)振蕩頻率較高時由于讀數(shù)跳動太快很難得到確切的數(shù)值，由于采樣頻率的限制也很難正好顯示簡諧振蕩的峰值點(diǎn)，這也是高角頻率下測試誤差較大的原因之一。采用表觀粘度計算復(fù)粘度時的誤差與表觀粘度的測試誤差、簡化模型時引入的誤差、和計算誤差有關(guān)。由于在測試表觀粘度中一般采用定常流動因而表觀粘度的測試誤差較小，采用粘彈性五元模型顯然比直接測試法中采用粘彈性二元模型的精度高得多；由于計算過程中均采用計算機(jī)浮點(diǎn)算法進(jìn)行計算，其計算誤差是非常小的完全可以忽略不計。對于雙蒸水這一類純粘性物質(zhì)，采用測試法測定其粘彈性指標(biāo)常常測出大小不等的彈性分量，而采用測定其表觀粘度，再根據(jù)表觀粘度計算出五元模型各系數(shù)，最后根據(jù)模型系數(shù)計算粘彈性指標(biāo)則不會有彈性分量存在。總之，初步的實驗結(jié)果表明采用表觀粘度計算復(fù)粘度的計算精度要比直接測試法得到的復(fù)粘度的精度要高，這一點(diǎn)還需進(jìn)一步的實驗數(shù)據(jù)來說明。此外采用計算法求復(fù)粘度還有一個優(yōu)點(diǎn)是由于測試手段的限制，復(fù)粘度的測試只能在中低角頻段進(jìn)行。而表觀粘度的測試則可覆蓋高中低切切變率段。采用表觀粘度計算出的復(fù)粘度同樣也就包括了高中低角頻率段，從而拓寬了復(fù)粘度的測試范圍。這對于更全面地描述特定體液的流變學(xué)特性也具有一定的意義。重慶大學(xué)八七級碩士研究生盧曉較深入地研究了運(yùn)動性疲勞及快速消除疲勞過程中的血液流變學(xué)。實驗分為正常對照組、疲勞組、沖洗消除疲勞組(治療組)三組，分別測試其全血表觀粘度和血液的存儲模量及損耗模量，其實驗結(jié)果如表12、表13和表14所示我們引用盧曉的實驗數(shù)據(jù)采用表觀粘度計算復(fù)粘度和將存貯模量及損耗模量換算成復(fù)粘度后進(jìn)行比較，以驗證計算法獲取復(fù)粘度的可行性。表12各組表觀粘度(測試值)(ηa，mPa.S)切變率(S-1)0.4710.8701.6072.9705.49010.1518.7434.6063.90正常組29.3322.6217.3313.8111.499.8708.3617.0346.217疲勞組42.2231.9723.8318.0214.3011.5810.008.3527.342治療組34.1125.8819.9616.0113.0110.809.0467.4266.554表13存儲模量(測試值)(G′，mPa.S)角頻率0.030.0560.1030.1900.3510.6481.196正常組0.740.881.312.063.767.129.74疲勞組1.021.312.123.215.5010.0013.4治療組0.810.981.392.474.608.9912.2表14損耗模量(測試值)(G”，mPa.S)角頻率0.030.0560.1030.1900.3510.6481.196正常組1.611.802.403.344.394.792.34疲勞組2.172.773.494.605.976.242.47治療組1.772.113.014.185.615.942.24由于作者未直接給出復(fù)粘度數(shù)據(jù)，因此我們根據(jù)表13表14的數(shù)據(jù)，按公式η*(iω)=G*(iω-)/iω]]>η′=G″/ω]]>η″=G′/ω---(8)]]>γ·=ωγ0---(9)]]>分別計算出復(fù)粘度的實部和虛部如表15所示。表15.各組復(fù)粘度的實部η‘和虛部η‘(測試法)(mPa.S)角頻率正常組疲勞組治療組ωη‘η“η‘η“η‘η“0.03053.6724.6772.3334.0059.0027.000.05632.1415.7149.4623.3937.6817.500.10323.3012.7233.8820.5829.2213.500.19017.5810.8424.2116.8922.0013.000.35112.5110.7117.0115.6715.9813.110.6487.3910.999.6315.439.1713.871.1961.968.142.0711.201.8710.20根據(jù)表12的數(shù)據(jù)用表觀粘度和復(fù)粘度模之間的關(guān)系式(4)或式(5)可求得各組復(fù)粘度的模如表16所示(γ0＝6.53)；表16各組復(fù)粘度模(計算值)(|η*|，mPa.S)角頻率0.07210.13320.24610.45480.84071.55442.86985.29869.7856切變率(S-1)0.4710.8701.6072.9705.49010.1518.7434.6063.90正常組29.3322.6217.3313.8111.499.8708.3617.0346.217疲勞組42.2231.9723.8318.0214.3011.5810.008.3527.342治療組34.1125.8819.9616.0113.0110.809.0467.4266.554然后根據(jù)五元模型復(fù)粘度模的表達(dá)式(13)采用曲線擬合的方法求得對應(yīng)的粘彈性五元模型中各元件的系數(shù)如表17。表17各組全血粘彈性模型系數(shù)模型系數(shù)G1G2η1η2η3正常組24.18965.84733.83653.5650.306疲勞組26.60883.73941.765119.3190.306治療組19.99176.12634.51798.6110.306根據(jù)表17的數(shù)據(jù)和式(12)，可求出對應(yīng)的復(fù)粘度的實部和虛部。表18.各組復(fù)粘度的實部η‘和虛部η‘(計算法)(mPa.S)角頻率正常組疲勞組治療組ωη‘η“η‘η“η‘η“0.001553.821.62119.177.0298.496.110.003153.623.22117.7113.8097.1411.990.007752.307.80108.5231.3688.7326.880.015348.2713.9086.5646.8469.5338.920.030638.3519.5454.1147.1343.2337.510.055627.3119.0534.4535.0828.3727.300.076722.6916.9428.6828.5224.1422.120.103519.6114.8125.2423.7121.6318.430.153116.8412.6222.1119.5619.3215.360.192815.5311.8120.4518.1218.0614.360.305512.8111.0616.5516.6014.9813.520.350811.8610.9515.1516.2713.8213.380.65336.999.818.3013.697.9011.800.76755.789.226.7312.646.4711.011.18873.157.163.409.303.348.281.53142.155.922.367.722.256.793.19950.773.070.864.110.863.727.67520.391.310.401.660.401.5115.3140.330.660.330.840.330.7630.5550.310.330.310.420.310.3876.7510.310.130.310.170.310.15149.6530.310.070.310.090.310.08將直接測試法得到的復(fù)粘度的實部、虛部(表15)和通過用先測試表觀粘度后用計算法得出的復(fù)粘度結(jié)果(表18.)分正常組、疲勞組和治療組在同一坐標(biāo)中繪出如圖16，圖17，圖18所示。從圖中可見，測試結(jié)果和計算結(jié)果的變化趨勢吻合，具體數(shù)值也比較接近。其存在差異的原因已在前面一部分作了說明。初步的結(jié)果表明，采用表觀粘度計算其復(fù)粘度的模，再根據(jù)復(fù)粘度的模計算其復(fù)粘度的實部和虛部這一方法是可行的，因而可以用血液表觀粘度直接計算出其復(fù)粘度。我們引用28例糖尿病患者的全血粘度和血漿粘度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在5個切變率下進(jìn)行測定的。全部血樣的紅細(xì)胞壓積均以自身血漿稀釋至標(biāo)準(zhǔn)壓積45％以便于比較，血樣以EDTA鈉鹽抗凝(1.5mg/ml)，全部標(biāo)本于取血后4小時內(nèi)測量，其測量統(tǒng)計結(jié)果如表19所示。表19.糖尿病患者與正常對照組全血表觀粘度和血漿粘度對照表全血表觀粘度(mPa.S)血漿粘度切變率(S-1)51040100200(mPa.S)正常人10.817.635.905.694.671.19(n＝21)±1.26±0.97±0.63±0.47±0.37±0.06糖尿病12.439.947.656.235.241.33(n＝28)±2.29±2.22±1.53±0.93±0.43±0.08根據(jù)表19數(shù)據(jù)和式(4)或式(5)，取γ0＝1可得到對應(yīng)的復(fù)粘度的模如表20表20.糖尿病患者與正常對照組全血復(fù)粘度模對照表復(fù)粘度模(mPa.s)血漿粘度角頻率(S-1)51040100200(mPa.S)正常人10.817.635.905.694.671.19(n＝21)±1.26±0.97±063±0.47±0.37±0.06糖尿病12.439.947.656.235.241.33(n＝28)±2.29±2.22±1.53±0.93±0.43±0.08然后根據(jù)粘彈性五元模型復(fù)粘度模的表達(dá)式(13)和表20中的數(shù)據(jù)，采用曲線擬合方式求得對應(yīng)的粘彈性五元模型各系數(shù)表21糖尿病患者與正常對照組全血粘彈性五元模型系數(shù)對照表G1G2η1η2η3正常人67.332252.8053.12311.7063.984糖尿病102.584408.8567.36411.7064.065再根據(jù)表21的數(shù)據(jù)，用式(12)可計算出正常人和糖尿病患者血液復(fù)粘度的計算值如表22，并繪制出復(fù)粘度的特性曲線如圖19所示。表22正常人和糖尿病患者全血復(fù)粘度值對比角頻率ω正常人η‘正常人η“糖尿病患者η‘糖尿病患者η“0.0015315.6920.02615.7720.0170.0024515.6920.04115.7720.0270.0038315.6910.06515.7720.0420.0061315.6910.10315.7720.0670.0096515.6890.16315.7710.1060.0153115.6850.25815.7690.1670.024215.6750.40815.7640.2650.038415.6500.64515.7510.4200.060915.5881.01615.7190.6630.096615.4351.58515.6411.0400.153115.0712.41715.4491.6100.242714.2673.50215.0082.4080.384712.7514.56714.0943.3460.609610.5915.01612.5714.0620.96638.4804.51410.7564.0991.53147.0533.4869.2823.5162.42716.3012.5188.3842.8233.84675.9281.8517.8522.3776.09665.6891.4907.3902.2479.66255.4231.3436.7652.29615.3145.0551.2635.9342.24824.2714.6431.1025.1241.92038.4674.3200.8484.5731.42860.9784.1350.5904.2860.97296.6244.0480.3894.1570.634從圖中可見，糖尿病患者與正常人的η‘和η“曲線相比較，均向高角頻率方向移動，在角頻率為0.1～10S-1范圍內(nèi)，糖尿病患者的η‘和η“均明顯高于正常人對照組，提示糖尿病患者患者紅細(xì)胞的聚集性增強(qiáng)、變形能力降低。這與其它方法的研究結(jié)論相吻合。權(quán)利要求1.用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法，其特征在于計算按下列順序進(jìn)行①用表觀粘度儀測量血液在不同切變率下的表觀粘度值；②根據(jù)血液表觀粘度和復(fù)粘度模之間的關(guān)系式，計算出不同切變率下對應(yīng)角頻率處之血液復(fù)粘度的模；ηa(γ0ω)＝|η*(ω)|即當(dāng)簡諧振蕩角頻率為ω、切應(yīng)變的振幅為γ0時復(fù)粘度的模對應(yīng)于切變率為ωγ0處的表觀粘度式中ηa—血液表觀粘度γ0—切應(yīng)變振幅ω—振蕩角頻率η*—血液復(fù)粘度|...|—為對復(fù)數(shù)求模③利用血液粘彈性模型中各元件系數(shù)與復(fù)粘度及其模之間的關(guān)系式，根據(jù)求得的不同角頻率下復(fù)粘度的模，采用曲線擬合的方法求粘彈性模型中各粘性元件和彈性元件的具體系數(shù)；④將求得的各元件系數(shù)帶入粘彈性模型元件系數(shù)與復(fù)粘度之間的關(guān)系式進(jìn)行計算；2.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法，其特征是在實驗測得的血液切應(yīng)力和切變率關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上，用圖解法導(dǎo)出的血液表觀粘度和血液復(fù)粘度模之間的關(guān)系式。全文摘要用血液表觀粘度計算復(fù)粘度的方法，屬血液流變學(xué)領(lǐng)域。該方法解決了血液復(fù)粘度直接測試法存在的對設(shè)備要求高、操作繁瑣、重復(fù)性差不易推廣等問題。本發(fā)明采用表觀粘度儀先測定血液在不同切變率下的表觀粘度，通過表觀粘度和復(fù)粘度模之間的關(guān)系式求復(fù)粘度的模，再利用粘彈性模型和采用曲線擬合的方法求對應(yīng)模型中各元件的系數(shù)，最后計算出復(fù)粘度。本發(fā)明簡化了復(fù)粘度的求取過程，有利于復(fù)粘度這一特異性指標(biāo)在臨床的應(yīng)用和推廣。文檔編號G01N33/48GK1160849SQ9611765公開日1997年10月1日申請日期1996年8月6日優(yōu)先權(quán)日1996年8月6日發(fā)明者尹志勇,蔡紹皙,王正國,吳云鵬,周繼紅申請人:重慶大學(xué),第三軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所