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紅細胞在網狀微血管結構內的運動模擬研究

來源 : 中國醫療設備雜誌2022年第04期
update : 2022/06/24
引言
微循環是指微動脈與微靜脈之間微血管網路中的血液迴圈,其基本功能是利用紅細胞的運動實現血液與組織細胞的物質交換[1-2]。微循環是生命的基本特徵之一,是人體各個系統組織和器官的組成部分,是最小功能單位的“支架”。微血管的構型反映了組織和器官的特點,並與組織和器官的功能相適應。因此,微循環中的血流量的高低直接影響身體的各臟器[3-4]。局部腦灌注量的不足造成的缺血性腦卒中、組織血流異常增高、組織血氧水準偏低以及氧代謝增高等都是腫瘤血流動力學的臨床表現[5] ;此外微循環血流測量還有助於幫助醫師及時調整和優化手術方案。因此精準地計算微血管血流值對於生命科學前沿基礎研究以及臨床診斷治療都具有重要意義。

近紅外漫射光相關譜(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)技術是目前常用於微血管血流監測的技術手段[6-10]。DCS 通過光場時間自相關函數來評估紅細胞運動的快慢來反映微血管系統的血流,其計算依靠紅細胞的運動狀態,由於目前還沒有對微血管中紅細胞運動狀態的詳細研究,這阻礙了微血管血流的準確測量以及對實驗資料的正確解釋。得到一個精確的血流值無論對於疾病診斷還是治療效果評估,都非常重要。由於微循環過於微小,無法直接肉眼觀察出其中紅細胞的變化,需要借助高解析度顯微鏡(例如即時成像倒置顯微鏡)才能觀察和記錄其中的變化,這給微血管紅細胞的動力學研究[11-18] 造成了非常大的困難。部分研究從微觀角度利用晶格Boltzmann 方法建立了三維紅細胞顆粒的運動模型,分析了三維紅細胞在流體中受力計算不精確和旋轉的問題[19-20];部分研究使用蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬對血管網狀結構和層流剖面進行模擬,並基於漫射光譜理論推導了考慮擴散和平流散射體的運動[21-22] ;Causin 等[23] 提出了一個數學計算模型來研究柔性微血管網路中紅細胞的運動。Gould 等[24] 提出一種將先進的顯微鏡資料與大規模血流動力學模擬相結合的新方法去量化血管構築對大腦微循環的影響。但是由於微血管內結構複雜,目前並沒有從宏觀的角度對紅細胞在微血管網狀結構內的運動軌跡進行詳細的描述...完整資訊