醫學功能學實驗室新型腸系膜微循環觀察裝置

王見之， 嚴鈺鋒， 張亞東

(復旦大學 基礎醫學國家級實驗教學示范中心， 上海 200032)

0 引 言

醫學功能學科實驗是把生理學、病理生理學和藥理學等學科的實驗課程有機結合在一起的一門綜合性實驗課程[1-3]。本課程對培養醫學生手術操作能力、知識綜合運用能力、實驗創新思維能力等方面起到關鍵的作用。家兔失血性休克實驗是功能學科實驗教學的重要內容之一，實驗中一般通過對家兔血氣指標、生命體征及觀察腸系膜微循環的變化來判斷其是否到達休克狀態[4-6]。微循環觀察術作為本實驗的重要觀察指標之一，可以直接影響本實驗的結果。醫學實驗教學中心功能學科實驗室通過多年的實踐經驗，反復改進，設計了實用性強的新型微循環觀察裝置(見圖1)。

1 醫學圖像分析系統的應用

SMUP-U型生物信號采集與處理系統是醫學實驗教學中心自行研發的新一代醫學實驗設備，配合自編的BSPS3.04實驗軟件使用。該系統是綜合應用最新多媒體計算機技術，先進的電子技術和數字信號處理技術，基于現代醫學功能學實驗的要求,總結長期醫學實驗教學的經驗研制而成的最新產品[7-10]。其他產品僅能實時觀察，無法實時測量：通常是錄制一段視頻，采用后處理的方式進行測量，測量的時候無法連續觀測[11-13]。而BSPS3.04軟件可以實時測量血管直徑和血液流速：通過計算圖像像素測量血管直徑，通過同速飛點測量流速，測量的同時不影響血壓和微循環的觀察，具備動態觀察測量功能、能夠實時反映血壓、血流狀態和血管狀態的聯動變化的特點，不會錯過快速變化的中間過程、無需實驗后續的數據分析等優點。在教學實踐中，這樣觀察同步的實時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.動物手術臺,7.光源

圖1 微循環觀察裝置的結構示意圖

2 腸系膜微循環觀察裝置的改進

2.1 新型恒溫灌流盒的改進

灌流盒的作用主要是對腸段起到保溫、保濕和固定作用。其他同類產品多采用數字溫控加熱棒直接加熱，這種溫控有一定的局限：實驗中，因不同情況灌流盒中的液面高度經常會發生變化，而測溫探頭如果沒有完全浸入灌流液中，測溫和控溫效果會受到影響，往往會過度加熱而使腸段及微循環發生功能改變。所以采用傳統的恒溫水循環方式稍作改良來實現保溫。恒溫水管埋入墻壁，由大功率恒溫泵遠程統一供水，只需從墻上引出兩根水管即可，節省了實驗空間，溫度控制持續可靠，且避免了安全隱患。事先在灌流盒中倒入38 ℃生理鹽水，水量以滿過載物臺為準，接通恒溫灌流裝置讓灌流盒夾層循環水的溫度恒定在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，對動物解剖臺進行了改進。將恒溫灌流盒直接固定在動物解剖臺上，在解剖臺上開3 cm的圓孔，便于光源從底部透過圓孔進行采光。灌流盒蓋上設計一個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，又不會壓迫腸系膜和血管。其他產品通常是將灌流盒置于顯微鏡載物臺，通過調節顯微鏡載物臺的位置來尋找最佳觀察視野，其缺點是腸段易受顯微鏡的移動而被拖動導致出血或者視野丟失。為此將灌流盒固定在動物解剖臺上，家兔、腸段、腸系膜和灌流盒相對固定，不會被牽拉移動，便于實驗操作。固定方法簡便易行，在解剖臺透光圓孔的四周再開4個小孔，可與灌流盒底部的4個突起吻合固定，只要將灌流盒按照位置擺放至解剖臺上即可，無需對光和調節位置。同時這樣使得灌流盒方便安裝拆洗，可反復使用并延長灌流盒的使用壽命。另外，解剖臺兩側做了同樣對稱的處理，灌流盒可以固定在任意一邊，并可從任意一側進行觀測。

8.盒蓋,9.半月形固定片,10.通光孔

圖2 盒蓋的結構示意圖

(a) 腸系膜觀察裝置整體結構圖, (b) 休克模型實體觀測, (c) 顯微鏡穩定萬向移動底座, (d) 灌流盒、光源穩定固定方法

圖3 新型腸系膜觀察裝置實物圖

2.2 顯微鏡萬向移動性和穩定性的改進

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觀察裝置多采用體視顯微鏡：體積大、分量重、價格高。最不利的缺點是只能上下調節焦距，而無法前后左右移動視野，有部分產品通過將體視顯微鏡固定在萬向搖臂上解決這一問題，但是這樣鏡頭的穩定性變差。由于無法自由穩定地萬向移動顯微鏡鏡頭，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上，水平移動載物臺來調節視野，這樣就會牽拉腸段，可能使腸段受機械刺激自發蠕動而改變腸系膜的位置，或在移動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，并對顯微鏡結構進行了改進，將生物顯微鏡底座拆下，固定在水平移動載物臺上。利用載物臺帶動顯微鏡整體移動以實現鏡頭在水平維度的移動[見圖3(c)]。與體視顯微鏡相比，生物顯微鏡還具有價格低、質量輕、使用方便等特點，且可更換不同放大倍數鏡頭，用于其他形態觀察實驗。

將光源固定在顯微鏡支架上[見圖3(d)]，和顯微鏡形成整體，光源始終對準鏡頭，在水平移動鏡頭的過程中光源亮度不會改變，使圖像的亮度和對比度基本維持恒定，無需反復調節。光源的亮度可調節，并可選擇性使用鹵素燈或冷光源。

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

3 新型腸系膜微循環觀察裝置的創新點

經過多年教學科研的使用與觀察發現改進后的腸系膜微循環觀察裝置的裝置設計合理、制作簡單、操作簡便、技術穩定、觀察效果好。該裝置和傳統裝置或其他同類產品相比[14-15]，具有以下創新和優勢：

(1) 恒溫灌流盒固定在動物解剖臺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度，腸系膜放置和固定也簡單易行，且不會被牽拉移動。同時灌流盒的安裝、固定、使用和拆卸均簡單直接。灌流盒蓋上半月形固定片的設計可起到即固定腸段又不會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臺上，解決了使顯微鏡鏡頭不能穩定地萬向移動這個關鍵的問題，實現了移動鏡頭找視野的目標。

(3) 顯微鏡光源和鏡頭相對固定，同步移動。

(4) 整個實驗裝置設計精簡，操作方便，觀察視野更清晰。

(5) 通過實際教學工作的驗證，新的腸系膜微循環觀察裝置使用方便，效果優良，造價便宜，維護簡單，空間占位少，獲得了師生的認可和好評。

4 結 語

腸系膜微循環的觀察和測量是家兔失血性休克實驗中的重要指標，為改進以往腸系膜微循環觀察裝置存在的不足而設計制作了新型的觀察裝置，解決了家兔、腸段和灌流盒相對不固定、顯微鏡鏡頭無法萬向穩定移動這個重要的問題，而且裝置具有體積小，質量輕，價格低，使用壽命長的優點，通過多年的教學實踐，借助于顯微鏡放大裝置以及錄像系統-醫學圖像分析系統觀察家兔腸系膜微循環系統取得滿意的效果。