基于光相位调制实时微血管血流变及应力成像的实验研究

The abnormal of hemorrheology is an important initiating mechanism of the microvessel damage with diabetes mellitus, and the early detection is the important way to prevent disease progress. Because of no accurate in real-time analysis method in present, the diagnosis of the anomalies is limited. Because of the difficult of the early detection and mechanism investigation in diabetic microvascular blood flow lesions, We will conduct the experimental study as following based on the early research of the stress analysis with FOS(fiber optic sensor):1) We real-time collect and analyze the imaging informations of the hemorheology and stress based on light phase modulation. 2) The change of optical signal is discussed to detection the microflow and stress, and the rule of optical signal is identified based on animal experiments finaly. 3) The optical fiber probes with different wavelength and Doppler technology are used to test the blood flow volume and flow rate. The image of the blood flow and the stress is shown by color coding post-processing computer imaging methods. The basic characteristics and pathological differences between normal and abnormal hemorrheology are discussed in the normal animal or animal with diabetes mellitus. In sum, we will provide an accurate and real-time analysis method of microflow based on the novel optical fiber technology with completely independent intellectual property rights.

血流变学异常是糖尿病微血管损伤的重要始动机制，早期发现是预防疾病进展的重要途径。因目前缺乏准确的在体实时分析方法，微血流异常早期诊治受限。项目组针对糖尿病微血管病变早期检测及机理研究的难点，在光纤传感器分析应力的前期研究基础上，拟利用光相位调制原理，实现微血管三维血流变及应力信息的实时获取、分析、成像；探讨不同途径在体检测微血流及应力的光信号的变化规律：建立光信号损耗、散射、相位变化与微血流的关系函数。利用不同波长多光纤探头和光多普勒技术，动态探测不同深度的微循环三维血流量、流速信息，明确影响因素、最佳参数，建立微血流及应力光纤检测的计算机后处理彩色编码成像方法。通过正常及糖尿病动物模型，深入探讨正常及异常血流变学的基本特征及病理差异。为早期深入研究糖尿病微血管损伤始动机制、诊治各类微血流异常提供准确的在体实时分析方法，研发具有完全自主知识产权的体液生物信息光纤动态检测原型机。

血流变学异常是糖尿病微血管损伤的重要始动机制，因目前缺乏准确的在体实时分析方法，微血流异常早期诊治受限。项目组针对糖尿病微血管病变早期检测及机理研究的难点，（1）设计研制了一款小量程压力传感器，采用膜片结构的设计，设计目标量程为0～100kPa。（2）压力传感器的膜片结构一般设计为带硬中心的平膜片结构，虽然膜片的挠度远小于膜厚，但设计传感器时仍需要定量计算膜片形变的非线性。膜片形变的非线性极小，通过数值仿真，非线性小于0.01%F.S.（3）预处理：主要包括清洗、干燥和退火处理。蒸镀金属掩膜：金具有较稳定的化学性质，是玻璃腐蚀掩膜的理想材料。为了提高金掩膜层与玻璃的粘附性以防止脱落，我们在玻璃与金层之间增加了Cr层。旋涂光刻胶，曝光、显影，开窗，腐蚀，去光刻胶，去铬、金：与步骤（e）相同。（4）传感器最终实现了小型化、精度高、可植入血液内的要求，实现在体的血流信息实时采集、测定、分析。利用光纤压力传感器，前后做过两次风洞实验，与标准传感器相比，误差约在5%以内。实验前，对光纤压力传感器进行了压力标定，实验中，利用光纤压力传感器进行总压测量，静压数值为大气压力，从而计算出气体流速，传感器精度优于0.1%。（5）开展基于光纤传感器实时测定活体动物血流压力的方法:选用兔、猪等活体大动物的实时血流信息采集和分析实验，在整体状态获得血流信息，在研究中发现，光纤传感器可以实时显示兔颈动脉血流速度，动态采集及显示平均血压数据，分析发现红细胞、白细胞等血液成分与血流速度有一定的相关性，与甘油三酯、血小板数量间为负相关。（6）进一步开展基于布拉格光纤测定单根手指肌力测定、微血流疾病的影响因素及防治方法探索、老年下肢动脉闭塞患者的微血流变化及动脉造影特征等临床实验：用于单侧偏瘫脑梗塞患者的肌力测定分析肌力变化大小、规律，探索手指肌力异常与大脑功能的相关性，深入探索了微血流疾病的影响因素及防治方法。