光相干断层成像测量动态血液凝固过程的光学性质变化

【摘要】血液凝固是一种包含一系列复杂的生化反应的过程，对人体正常的生理状况有重要作用。然而，凝血过程的不正常会打破身体循环系统的平衡，例如形成血栓阻塞血管、增加出血的几率等。因此，非常有必要发展迅速高效的检测技术应用于对血液凝固相关疾病的早期监测，减少相关疾病的发病率。光相干断层成像技术（opticalcoherencetomography，OCT）的测量原理是低相干光干涉，具有安全、无损伤和实时监测的优点，在快捷，在体方面优于传统检测方法，比如，发展比较成熟的超声波、光学等技术。OCT技术通过断层成像获得生物高散射组织的图像进而经过数模转化得到散射组织的光学性质，从而为OCT技术提供了达到血液凝固早期监测目标的可能方案。本研究以背向散射光强度1/e处的光有效透射深度（1/elightpenetrationdepth，d1/e）为主要的OCT光学参数，从光透射深度来反映流动状态下的血液在凝固过程中的光学强度变化，进而探究凝固过程和光学性质变化之间的关系。本研究采用的OCT系统的中心波长为1310-nm，光源输出功率为8mW，对组织的损伤比较小，带宽95nm，采用定点扫描方式对凝固过程的血液进行实时扫描。以氯化钙溶液为诱发剂诱导血液凝固机制。因为机体内不同的血管的内径、血液流速各不相同，可能会影响机体的血液凝固时间，从而影响机体血管破损处的修复速率和修复效果。而文献多报道的是静态条件下的血液凝固过程，对流动状态下的血液凝固的相关报道极少，本论文首次利用OCT技术，以恒流泵为动力，模拟体内血液流动过程对不同状态下流动血液凝固过程做了探索研究。实验结果表明光学参数d1/e能够准确的表征血液凝固过程中的各个阶段。血液凝固过程中，由于红细胞的折射率基本保持不变，而血浆的折射率先上升而后保持不变，因此导致血细胞与血浆之间折射率的匹配程度逐渐相近，血液散射作用减弱，所以d1/e随血液凝固过程先迅速上升而后基本保持不变。促凝剂（CaCl2）浓度对血液凝固时间有一定影响，当钙离子浓度在5~25mmol/L范围时，血液凝固时间Tc随钙离子浓度增大而减小，Ca2+浓度范围在25~50mmol/L时，血液凝固时间随钙离子浓度的增大而增加；血液流速（ν，mm/sec）分别为5mm/sec、15mm/sec、20mm/sec和25mm/sec的血样凝固40min后，d1/e分别增加0.02mm、0.05mm、0.06mm和0.08mm，并且凝固时间分别为685±44.5s、990±33.7s、1147±104.9s和1472±127.1s，透射深度的变化量和凝固时间均随流速增大而增大；血流管径（d，mm）分别为0.9-mm,1.1-mm,2.0-mm条件下的凝固时间分别为577.5±97s，1020±66.4s和1635±47.8s，而凝固速率分别为6.30±0.34，4.47±0.11和3.88±0.07；血细胞比容（hematocrits，HCT）分别为25%、35%、45%和55%的血液凝固40min后的d1/e分别增加了27.62%，12.21%，25.13%和28.98%，而凝固时间分别为607±57，963±83，1098±72和1229±69sec。其中55%HCT的血样在其凝固过程中的d1/e随时间变化的曲线比较异常，可以分成三段。以上结果均表明：时间、促凝剂浓度、管径、流速、血细胞比容对流动过程中的血液凝固都有一定的影响。Ca2+为25mmol/L时是血液凝固最佳浓度；正常血细胞比容范围内，血细胞比容越低，血液凝固所需的时间越短；血液凝固时间随管径和流速的增加而增大。
【作者】耿金海；
【导师】徐向群；
【作者基本信息】浙江理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】光相干断层成像技术；血液凝固；1/e处光的有效透射深度；血容比；血液流速；管径；

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