醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)室新型腸系膜微循環(huán)觀察裝置

王見之， 嚴(yán)鈺鋒， 張亞東

(復(fù)旦大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 上海 200032)

0 引 言

醫(yī)學(xué)功能學(xué)科實(shí)驗(yàn)是把生理學(xué)、病理生理學(xué)和藥理學(xué)等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合在一起的一門綜合性實(shí)驗(yàn)課程[1-3]。本課程對(duì)培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生手術(shù)操作能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維能力等方面起到關(guān)鍵的作用。家兔失血性休克實(shí)驗(yàn)是功能學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容之一，實(shí)驗(yàn)中一般通過對(duì)家兔血?dú)庵笜?biāo)、生命體征及觀察腸系膜微循環(huán)的變化來判斷其是否到達(dá)休克狀態(tài)[4-6]。微循環(huán)觀察術(shù)作為本實(shí)驗(yàn)的重要觀察指標(biāo)之一，可以直接影響本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心功能學(xué)科實(shí)驗(yàn)室通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了實(shí)用性強(qiáng)的新型微循環(huán)觀察裝置(見圖1)。

1 醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)的應(yīng)用

SMUP-U型生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心自行研發(fā)的新一代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，配合自編的BSPS3.04實(shí)驗(yàn)軟件使用。該系統(tǒng)是綜合應(yīng)用最新多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)，先進(jìn)的電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求,總結(jié)長(zhǎng)期醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)研制而成的最新產(chǎn)品[7-10]。其他產(chǎn)品僅能實(shí)時(shí)觀察，無法實(shí)時(shí)測(cè)量：通常是錄制一段視頻，采用后處理的方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的時(shí)候無法連續(xù)觀測(cè)[11-13]。而BSPS3.04軟件可以實(shí)時(shí)測(cè)量血管直徑和血液流速：通過計(jì)算圖像像素測(cè)量血管直徑，通過同速飛點(diǎn)測(cè)量流速，測(cè)量的同時(shí)不影響血壓和微循環(huán)的觀察，具備動(dòng)態(tài)觀察測(cè)量功能、能夠?qū)崟r(shí)反映血壓、血流狀態(tài)和血管狀態(tài)的聯(lián)動(dòng)變化的特點(diǎn)，不會(huì)錯(cuò)過快速變化的中間過程、無需實(shí)驗(yàn)后續(xù)的數(shù)據(jù)分析等優(yōu)點(diǎn)。在教學(xué)實(shí)踐中，這樣觀察同步的實(shí)時(shí)定量分析比后處理的效率更高、效果更好。

1.生物顯微鏡,2.顯微鏡鏡頭,3.灌流盒,4.恒溫泵,5.恒溫水管,6.動(dòng)物手術(shù)臺(tái),7.光源

圖1 微循環(huán)觀察裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

2 腸系膜微循環(huán)觀察裝置的改進(jìn)

2.1 新型恒溫灌流盒的改進(jìn)

灌流盒的作用主要是對(duì)腸段起到保溫、保濕和固定作用。其他同類產(chǎn)品多采用數(shù)字溫控加熱棒直接加熱，這種溫控有一定的局限：實(shí)驗(yàn)中，因不同情況灌流盒中的液面高度經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，而測(cè)溫探頭如果沒有完全浸入灌流液中，測(cè)溫和控溫效果會(huì)受到影響，往往會(huì)過度加熱而使腸段及微循環(huán)發(fā)生功能改變。所以采用傳統(tǒng)的恒溫水循環(huán)方式稍作改良來實(shí)現(xiàn)保溫。恒溫水管埋入墻壁，由大功率恒溫泵遠(yuǎn)程統(tǒng)一供水，只需從墻上引出兩根水管即可，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)空間，溫度控制持續(xù)可靠，且避免了安全隱患。事先在灌流盒中倒入38 ℃生理鹽水，水量以滿過載物臺(tái)為準(zhǔn)，接通恒溫灌流裝置讓灌流盒夾層循環(huán)水的溫度恒定在38 ℃以保證灌流盒中生理鹽水恒溫。將腸系膜平鋪于腸系膜灌流盒中的載物臺(tái)上并蓋上灌流盒蓋，打開光源，通過電腦上的顯微鏡軟件觀察腸系膜。為了固定恒溫灌流盒，對(duì)動(dòng)物解剖臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)。將恒溫灌流盒直接固定在動(dòng)物解剖臺(tái)上，在解剖臺(tái)上開3 cm的圓孔，便于光源從底部透過圓孔進(jìn)行采光。灌流盒蓋上設(shè)計(jì)一個(gè)突起的半月形固定片(見圖2)，剛好可以固定腸段，蓋上以后，要求半月形固定片和盒子底部距離1.5 mm，這樣既能固定腸段，又不會(huì)壓迫腸系膜和血管。其他產(chǎn)品通常是將灌流盒置于顯微鏡載物臺(tái)，通過調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺(tái)的位置來尋找最佳觀察視野，其缺點(diǎn)是腸段易受顯微鏡的移動(dòng)而被拖動(dòng)導(dǎo)致出血或者視野丟失。為此將灌流盒固定在動(dòng)物解剖臺(tái)上，家兔、腸段、腸系膜和灌流盒相對(duì)固定，不會(huì)被牽拉移動(dòng)，便于實(shí)驗(yàn)操作。固定方法簡(jiǎn)便易行，在解剖臺(tái)透光圓孔的四周再開4個(gè)小孔，可與灌流盒底部的4個(gè)突起吻合固定，只要將灌流盒按照位置擺放至解剖臺(tái)上即可，無需對(duì)光和調(diào)節(jié)位置。同時(shí)這樣使得灌流盒方便安裝拆洗，可反復(fù)使用并延長(zhǎng)灌流盒的使用壽命。另外，解剖臺(tái)兩側(cè)做了同樣對(duì)稱的處理，灌流盒可以固定在任意一邊，并可從任意一側(cè)進(jìn)行觀測(cè)。

8.盒蓋,9.半月形固定片,10.通光孔

圖2 盒蓋的結(jié)構(gòu)示意圖

(a) 腸系膜觀察裝置整體結(jié)構(gòu)圖, (b) 休克模型實(shí)體觀測(cè), (c) 顯微鏡穩(wěn)定萬向移動(dòng)底座, (d) 灌流盒、光源穩(wěn)定固定方法

圖3 新型腸系膜觀察裝置實(shí)物圖

2.2 顯微鏡萬向移動(dòng)性和穩(wěn)定性的改進(jìn)

圖3所示為新型腸系膜觀察裝置圖。其他種類腸系膜微循環(huán)觀察裝置多采用體視顯微鏡：體積大、分量重、價(jià)格高。最不利的缺點(diǎn)是只能上下調(diào)節(jié)焦距，而無法前后左右移動(dòng)視野，有部分產(chǎn)品通過將體視顯微鏡固定在萬向搖臂上解決這一問題，但是這樣鏡頭的穩(wěn)定性變差。由于無法自由穩(wěn)定地萬向移動(dòng)顯微鏡鏡頭，因此尋找合適視野的方法只能是將顯微鏡鏡頭固定，通過將腸系膜灌流盒固定于載物臺(tái)上，水平移動(dòng)載物臺(tái)來調(diào)節(jié)視野，這樣就會(huì)牽拉腸段，可能使腸段受機(jī)械刺激自發(fā)蠕動(dòng)而改變腸系膜的位置，或在移動(dòng)過程中直接牽拉腸系膜而使視野丟失，甚至由于牽拉過度使血管破裂造成出血。為解決這一問題選用生物顯微鏡作為主體，并對(duì)顯微鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將生物顯微鏡底座拆下，固定在水平移動(dòng)載物臺(tái)上。利用載物臺(tái)帶動(dòng)顯微鏡整體移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)鏡頭在水平維度的移動(dòng)[見圖3(c)]。與體視顯微鏡相比，生物顯微鏡還具有價(jià)格低、質(zhì)量輕、使用方便等特點(diǎn)，且可更換不同放大倍數(shù)鏡頭，用于其他形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)。

將光源固定在顯微鏡支架上[見圖3(d)]，和顯微鏡形成整體，光源始終對(duì)準(zhǔn)鏡頭，在水平移動(dòng)鏡頭的過程中光源亮度不會(huì)改變，使圖像的亮度和對(duì)比度基本維持恒定，無需反復(fù)調(diào)節(jié)。光源的亮度可調(diào)節(jié)，并可選擇性使用鹵素?zé)艋蚶涔庠础?/p>

此外顯微鏡底座安裝一塊塑膠片保護(hù)顯微鏡底座，避免血液或其他溶液滲入移動(dòng)軌道，方便清洗維護(hù)，防止銹蝕損壞。

3 新型腸系膜微循環(huán)觀察裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過多年教學(xué)科研的使用與觀察發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的腸系膜微循環(huán)觀察裝置的裝置設(shè)計(jì)合理、制作簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、技術(shù)穩(wěn)定、觀察效果好。該裝置和傳統(tǒng)裝置或其他同類產(chǎn)品相比[14-15]，具有以下創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)：

(1) 恒溫灌流盒固定在動(dòng)物解剖臺(tái)上縮短了灌流盒與家兔腹壁的距離，減少了拉出腹腔腸段的長(zhǎng)度，腸系膜放置和固定也簡(jiǎn)單易行，且不會(huì)被牽拉移動(dòng)。同時(shí)灌流盒的安裝、固定、使用和拆卸均簡(jiǎn)單直接。灌流盒蓋上半月形固定片的設(shè)計(jì)可起到即固定腸段又不會(huì)壓迫腸系膜和血管的作用。

(2) 通過將生物顯微鏡固定在水平移動(dòng)臺(tái)上，解決了使顯微鏡鏡頭不能穩(wěn)定地萬向移動(dòng)這個(gè)關(guān)鍵的問題，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)鏡頭找視野的目標(biāo)。

(3) 顯微鏡光源和鏡頭相對(duì)固定，同步移動(dòng)。

(4) 整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，操作方便，觀察視野更清晰。

(5) 通過實(shí)際教學(xué)工作的驗(yàn)證，新的腸系膜微循環(huán)觀察裝置使用方便，效果優(yōu)良，造價(jià)便宜，維護(hù)簡(jiǎn)單，空間占位少，獲得了師生的認(rèn)可和好評(píng)。

4 結(jié) 語

腸系膜微循環(huán)的觀察和測(cè)量是家兔失血性休克實(shí)驗(yàn)中的重要指標(biāo)，為改進(jìn)以往腸系膜微循環(huán)觀察裝置存在的不足而設(shè)計(jì)制作了新型的觀察裝置，解決了家兔、腸段和灌流盒相對(duì)不固定、顯微鏡鏡頭無法萬向穩(wěn)定移動(dòng)這個(gè)重要的問題，而且裝置具有體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格低，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，通過多年的教學(xué)實(shí)踐，借助于顯微鏡放大裝置以及錄像系統(tǒng)-醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)觀察家兔腸系膜微循環(huán)系統(tǒng)取得滿意的效果。