用於測量液體粘度中的空心針的製作方法

2023-05-26 16:09:51 4

專利名稱：用於測量液體粘度中的空心針的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於測量液體粘度中的空心針，更具體地說，是涉及用在測量液體粘度的裝置中的空心針，該裝置易於操作，並能在很短時間內測量出一液體粘度。
十分清楚，人的健康狀況對血液的粘度有很大影響，事實上，對於患有貧血症、需要作血液透析的慢性腎功能不全、心肌梗塞、糖尿病或惡性腫瘤的人來說，他的血液粘度與健康人的血液粘度顯著不同。在發達國家中，例如象心肌梗塞、血栓栓塞和糖尿病等成年人的疾病正在隨著老齡人口的增加而增加。因此，可以認為血液粘度的測量結果對於疾病的治療和/或預防是一個重要的和有效的因素，是必不可少的。
到目前為止，已經研製出各種測量液體或溶液的粘度的裝置。但在臨床醫學領域僅採用兩種裝置，即毛細管粘度計和旋轉式粘度計。在前者，通過把液體導入到毛細管粘度計，然後使液體在外力(例如重力)的作用下流過毛細管或孔徑均勻的細管，得到液體彎月面通過兩個預定的水平面間所需的時間，從而測定一個液體的粘度。這樣一個毛細管粘度計廣泛用於測量血漿的粘度，但是，因為天然血液在流動特性中是非牛頓流體，所以很少採用毛細管粘度計測量血液粘度。
為了測量特性粘度，需要利用不同直徑的毛細管和同一液體測量粘度幾次。
一般用旋轉式粘度計來進行血液粘度的測量，典型的旋轉式粘度計包括兩個同軸的圓筒，內圓筒在固定的外圓筒內旋轉或者外圓筒圍繞著固定的內圓筒旋轉。在這樣的粘度計中，液體裝在兩個圓筒之間，而圓筒中任何一個圍繞它的軸旋轉，以測量它的轉力矩。
但是，旋轉式粘度計有下述缺點(a)為了確定血液的特性粘度，必須在不同剪切應力對同一血液進行幾次測量;(b)因為在計算時要利用圖解法進行對數值與對數值的微分運算，所以計算繁鎖並且引入顯著的誤差;(c)在高轉速下會發生特殊的和不穩定的流動，例如Taylor渦流;(d)由於被檢驗的液體的粘度，液體產生熱;(e)由於離心力的作用，可能會使血液的血細胞變形;(f)對每個樣品測量需要一個長時間;以及(g)這種粘度計操作麻煩，因為這種粘度計每次測量必須進行清洗，然後進行乾燥，以除去粘到粘度計上的血液。
為解決這些問題，人們已經提出採用滾柱泵系統或空心纖維組件用於測量血液粘度的各種新方法，但是已有技術中的粘度計沒有一種能夠滿足用於臨床醫學所需的全部條件。
人們都知道，血液在流動特性中屬於非牛頓流體，而血漿則表現出牛頓流體特性，因此這就是說，血液的非牛頓流體特性是由於在血漿中浮有血細胞引起的。特別是，據說，影響血液流動特性的因素是血細胞的方向性和它們的各種形狀，例如，具有凹表面圓盤形、流線型或炮彈體狀。在血液流動特性上這些因素的效果隨血液採集後經過的時間而變化，並且受加入的其他物質例如血液的抗凝劑的影響。這樣，可以說，檢測包含非牛頓特性的血液的流動特性的最好途經是選擇在人體血管中循環的血液作為測量對象。
但是，現在還沒有能夠直接測量在人體血管中循環血液的流動特性的粘度計，於是，用採集血液作測量對象是不可避免的。在這種情況，需要在血液採集後儘可能少的時間內，以及採集的血液不摻入任何其它物質，例如抗凝劑到新鮮的抽取的血液中去的情況下，精確測量血液的流動特性。
此外，為了使流變的血液試驗適應於常規的臨床醫學需要，必須滿足下述三個條件(a)測量可以用天然血液進行;(b)測量可以在病床邊立即進行;以及(c)粘度計易於操作，並對於任何人都可能操作。
為解決這些問題，日本專利申請平2-418855中提出使用一個用於測量液體粘度的裝置，它包括一個由空心圓筒和一對塞子構成的抽空容器，這對塞子裝在圓筒的兩個端部，以便保持抽空容器內的低壓力;一個適於刺入一個塞子中，進入抽空容器內的空心針;一個用於檢測抽空容器內部壓力的壓力傳感器;一個刺入另一個塞子把壓力傳感器與抽空容器內部連通的聯通針;以及一個根據抽空容器內部壓力變化計算液體粘度的組件。這個裝置容易操作，並且使用小量液體精確和快速地測量液體的粘度成為可能。
在這樣的裝置中，在液體容器中的被測量液體由於在抽空容器的內部壓力和作用在容器中液體表面的大氣壓之間壓差通過空心針導入抽空容器。為了使這樣的裝置實用化，需要研製低成本的空心針，以便容易進行批量生產。
因此，本發明的一個目的是提供一種能用在測量這樣一類液體粘度的裝置中的空心針，在該裝置裡，在液體容器中的被測量液體在抽空容器內部壓力和作用在液體容器中液體表面的大氣壓之間的壓差作用下通過空心針流入該抽空容器內。
本發明的上述和其它目的通過提供一種用於測量液體粘度中空心針來達到，空心針包括至少一小的和細長管和一附著其上並在它的表面提供一連接器的襯套，所述的管包括一刺穿部分和一個延伸出供吸入待測液體用的開口的吸入部分，該刺穿部分在其一端有一銳利的刃口，並且在另一端固定到襯套上，包括刺穿部分的刃口的所述管，在由公式L/D＝50-500所確定的長度(L)上其孔內徑(D)是均勻的。
由下面參照附圖的描述，本發明的上述的和其它目的、特徵和優點將會充分被理解，僅用舉例方式來說明本發明的優選的實施例。


圖1是示出本發明的一實施例的空心針的平面圖;
圖2是圖1的空心針沿通過它的軸線的直線的剖視圖;
圖3是示出本發明的另一個實施例的空心針的側視圖;
圖4是用於測量液體粘度的包括圖1的空心針的裝置的示意圖。
參照圖1和2，上面示出了本發明的一空心針(1)，它包括一個小和細長直的管子，該管子包括兩部分即刺穿部分(2)和吸入部分(3);以及在空心針外表面上的套節(4)，該襯套帶有用作連接器的螺絲(7)。
刺穿部分(2)在它一端有銳利的刃口(6)，它的另一端插入到套節(4)的孔腔內，並用粘合劑固定到套節上。刺穿部分(2)一般是由金屬或相當堅硬的合成樹脂製成，典型的金屬是不鏽鋼(例如由JIS規定的SUS304)。典型的堅硬的合成樹脂包括但不限於聚丙烯類、ABS樹脂類、剛性的聚氯乙烯和聚碳酸酯類。
包括它的刃口的刺穿部分(2)的孔內徑(D)，或刺穿部分(2)和吸入部分(3)兩者的孔內徑在由公式L/D＝50-500，確定的特定長度(L)上是均勻不變的，L/D的最佳值是150左右，把L對D(即L/D)的比限制在50-500範圍的理由如下。如果L/D的值小於50，液體的流動速度顯示出一種由於受到不同直徑的吸入部分(3)、下面提到的抽空容器或液體容器的形狀的影響所造成的變化，這樣使測量液體粘度變成不可能。如果L/D的值超過500，由於壓力損失變大，而高粘度的液體的流動不能出現。
通常，刺穿部分(2)的內徑在0.2到2.5mm，因為，若內徑(D)小於0.2mm，流動阻力變得相當大，液體便不能流動，如果孔內徑(D)超過2.5mm，把空心針刺入塞子而不引起下面提到的抽空容器的內壓增加是困難的。
如圖3所示，刺穿部分(2)可以用橡皮帽(8)遮蓋住以保護它的尖銳的刃口(6)或防止它被細菌汙染，這樣就可以直接從人體抽血。
吸入部分(3)有一個供吸入待測液體用的開口，並且，通常吸入部分和刺穿部分(2)形成一個整體，當然，吸入部分(3)根據需要也可以製成一個單獨的部件。在這種情況下，吸入部分(3)用套節(4)連接到刺穿部分(2)上，或用合適的連接器(未示出)連接到套節(4)上，如果吸入部分(3)是刺穿部分(2)的一個整體部分，吸入部分由刺穿部分(2)的同樣的材料製造，這些材料，即金屬例如不鏽鋼，或相當堅硬的合成樹脂，如聚丙烯類、ABS樹脂類，剛性的聚氯乙烯類，聚碳酸酯類等等。但是，如果吸入部分(3)是與刺穿部分(2)分開的小的細長管，那就可以由非剛性的合成樹脂如聚乙烯和非剛性的聚氯乙烯製成。
通常吸入部分(3)不具有銳利的刃口，但是當需要時，它也可以有類似於刺穿部分(2)的銳利的刃口。如果，空心針的吸入部分用作從人體直接抽血的血液採集尖端，需要用合適的帽子保護吸入部分(3)的銳利刃口，以防止它損壞，以及在無菌條件下抽血。
如圖4所示，套節(4)是把針(1)固定到座架(12)的一部分，並被裝置在具有用作連接器的螺絲(7)的刺穿部分(2)的側邊。可以採用如魯耳鎖，壓配合件等作為連接器。套節(4)也可以裝配有法蘭(20)，當把針(1)固定到座架(12)時，限制針在刺穿部分(2)方向上針的活動，因此在套節(4)上裝配法蘭(20)是必定需要的。可以用如聚丙烯類、剛性的聚氯乙烯類、ABS樹脂以及聚碳酸酯作為製造套節(4)的材料。
上述空心針(1)用作測量液體粘度的裝置的一部分，或下述粘度計的一部分。
參照圖4，圖中示出一用於測量液體粘度的裝置，它包括一用於存儲液體(10)的液體容器(9)，恆溫槽(11)，空心針(1)，座架(12)，抽空容器(13)，一個連接針(16)，一個用於檢測抽空容器的內部壓力的壓力傳感器(17)，一個A/D轉換器(18)，以及一個用於計算液體粘度的計算機系統(19)。
抽空容器(13)，即在其中氣體壓小於大氣壓的一小的密封容器，通常由一空心圓筒和一對配置在抽空容器的兩個開口的膠質彈性材料的密封部件(14)、(15)組成。抽空容器(13)的氣體壓力低於一預定的壓力，一般是相對於大氣壓-180mmHg左右，這樣在容器(9)中的液體(10)通過刺進抽空容器(13)的密封部件(14)的空心針(1)流入抽空容器(13)，連接針(16)刺進抽空容器(13)對側的密封部件(15)，從而把抽空容器的內部壓力傳遞到壓力傳感器(17)。座架(12)由一個在一端封閉的短的空心圓筒組成，在設計時應考慮到既使空心針(1)定位，又能使空心針(1)嚴格地對準抽空容器(13)的密封部件(14)的中心部分。
在使用時，抽空容器(13)用一個合適的夾持裝置(未示出)固定住，然後把連接針(16)刺進密封部件(15)直到它的下端伸進抽空容器(13)的內部，如圖4所示。
在上述操作後或前，包含待測液體(10)的液體容器(9)放進保持在一試驗溫度的恆溫槽中，並放置一定時間，以便使液體溫度恆定，然後把空心針(1)的吸入部(3)插進容器(9)的液體(10)中。
在計算機(19)完成準備工作後，空心針(1)的刃口(6)刺穿抽空容器的密封部件(14)，只要刺穿部分(2)一進入抽空容器(13)的內部，在容器(9)中的液體(10)由於在抽空容器(13)的內部壓力和作用在容器(9)中的液體(10)的表面的壓力(實際上大氣壓)之間壓差作用下通過空心針(1)流進抽空容器(13)中。
隨著液體(10)流入量的增加，抽空容器(13)中未裝液體的空間體積減小，從而抽空容器(13)的內部壓力逐漸增加。液體的流入一直持續到抽空容器(13)的內部壓力達到大氣壓。
在液體流入期間，抽空容器(13)內部壓力變化由壓力傳感器(17)測定並轉換成電信號，並由A/D轉換器(18)把電信號轉換為數位訊號。在一定時間間隔內，A/D轉換器(18)的輸出信號由計算機(19)經I/O接口(未示出)接收，以測定抽空容器(13)內部壓力變化。根據波義耳定律將壓力變化轉換為抽空容器(13)的未裝液體空間體積的變化。
在一個給定的時間隔內，抽空容器(13)內部壓力變化速率取決於流經空心針(1)的液體(10)的流動速率，而液體的流動速率隨液體粘度變化。因此，液體的粘度可以通過測定抽空容器(13)的內部壓力變化來確定。因為，在穩定流動狀態中流動的液體粘度係數是由在針(1)的壁上的一個位置上切應力對表觀剪切速率的比值來確定的，並且切應力和表觀剪切速率分別與抽空容器(13)的內部壓力變化和液體流動速率有關，粘度係數可以通過由抽空容器(13)的壓力變化和抽空容器(13)未裝液體空間體積變化計算切應力和表觀剪切速率確定，計算利用了根據液體流動模型推導出的理論方程。這些計算是由計算機系統(19)根據編制的程序步驟來完成，但是測定液體粘度的步驟在本說明書中予以略去，因為這些步驟不是本發明的主要內容。
從上述不難看出把本發明的空心針用作測量液體粘度裝置的一部分具有如下優點(a)可以相當大地改進測量效率，使用本發明的空心針的測量液體粘度的裝置對測量血液粘度是有效的，人們要求它在血液採集後的約10分鐘內完成血液粘度的測量。在已有技術的粘度計，因為對同一液體需要在不同壓差下測量液體粘度幾次，以確定特性粘度。與此相反，在使用了本發明的空心針的測量液體粘度的裝置的情況，不需要重複測量液體的粘度，因為測定液體粘度是通過檢測抽空容器的內部壓力，內部壓力隨時間連續地變化，測定在抽空容器內部壓力和大氣壓之間壓差，然後根據波義耳定律在連續計算相應的液體流動速率，這樣就可以在1或2分鐘的時間，用5-8ml血液測量出血液粘度。
(b)因為空心針成本低並且每次使用後可以丟棄，因此不需要清洗空心針以及用於測量液體粘度的裝置的其他部件。
(c)因為本發明的空心針結構簡單，所以在低價格生產空心針是可能的。
(d)本發明的空心針使容易完成液體粘度測量成為可能，僅通過把空心針刺穿抽空容器的密封部件即完成測量。
(e)可以測量任何對人體有害的液體，因為待測液體根本不與人體接觸。
權利要求
1.一種用於測量液體粘度的空心針，包括至少一個小而細長的管和附在其上的套節(4)，並在其表面裝配以連接器(7)，所述管子包括刺穿部分(2)和吸入部分(3)，吸入部分延伸形成一個用於吸入待測液體的開口，所述刺穿部分(2)在它一端有一銳利的刃口(6)，並在另一端被固定到所述的套節(4)上，所述包括刺穿部分(2)刃口的管在由公式L/D=50-500所確定的該管的特定長度(L)上其孔內徑(D)是均勻的。
2.根據權利要求1所述的空心針，其特徵在於孔內徑(D)從0.2-2.5mm。
3.根據權利要求1所述的空心針，其特徵在於所述針的刺穿部分(2)用一個膠質彈性材料的帽(8)遮蓋。
4.根據權利要求1所述的空心針，其特徵在於吸入部分(3)帶有一個刃口。
5.根據權利要求4所的空心針，其特徵在於吸入部分(3)用一個帽遮蓋。
6.根據權利要求1所述的空心針，其特徵在於刺穿部分(2)和吸入部分(3)彼此形成一個整體。
7.根據權利要求1所述的空心針，其特徵在於吸入部分(3)是一個與刺穿部分(2)分離的小和細長的管子，並用所述的套節(4)連接到刺穿部分(2)上。
全文摘要
一種用於液體粘度測量中的空心針，包括至少一個小而細長的直管和一個固定在該管上並帶有連接裝置(7)的套節，管子包括刺穿部分(2)和吸入部分(3)，吸入部分延伸形成一個用於吸入待測液體的開口，刺穿部分(2)的一端有一個尖銳的刀刃，其另一端固定到套節(4)上，包括刃口的刺穿部分(2)的管子，在由公式L/D＝50-500，確定的待定長度(L)上其孔內徑(D)是均勻的。
文檔編號A61B5/15GK1065336SQ9210103
公開日1992年10月14日 申請日期1992年1月25日 優先權日1991年1月25日
發明者小野米藏 申請人:株式會社日硝