摘 要：在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)超聲多普勒技術(shù)發(fā)展迅速，取得了廣泛的臨床應(yīng)用。但是目前的超聲波儀器在測量人體血液流速時(shí)精確度較低、誤差較大，可能影響臨床診斷，導(dǎo)致誤診。通過對超聲波儀器進(jìn)行誤差校正，可以很好的解決這一問題。本文介紹了一種基于單片機(jī)的血流類多普勒超聲診斷儀的計(jì)量檢定裝置。計(jì)量檢定裝置臺(tái)包含一個(gè)高精度計(jì)算機(jī)控制的模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)，用于對各種超聲波儀器進(jìn)行誤差校正，以保證儀器技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確可靠安全，確保在臨床上做出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，保護(hù)患者的生命安全和身體健康。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)超聲多普勒；血流參數(shù)；檢定裝置

1 背景

在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)超聲多普勒技術(shù)發(fā)展迅速，取得了廣泛的臨床應(yīng)用。 在臨床診斷方面，超聲多普勒診斷儀用于血液、組織和臟器運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)的測量，還可用于測量血壓、進(jìn)行聽診、胎兒監(jiān)護(hù)、運(yùn)動(dòng)成像等。超聲多普勒儀根據(jù)頻率信號(hào)可了解血流有無異常，發(fā)現(xiàn)是否有病變，常常是進(jìn)行心血管等疾病診斷的依據(jù)。但是，目前的超聲波儀器在測量人體血液流速時(shí)精確度較低、誤差較大，可能影響臨床診斷，導(dǎo)致誤診。

按《計(jì)量法》規(guī)定，醫(yī)用超聲多普勒儀器應(yīng)列入國家強(qiáng)制檢定目錄的工作計(jì)量器具。但是目前對超聲學(xué)的檢定計(jì)量工作僅停留在發(fā)射功率、分辨率等層次。帶DP功能的醫(yī)用超聲診斷儀目前還沒有成熟的計(jì)量器具，無法對其進(jìn)行法定的計(jì)量檢定，鑒于血流類超聲多普勒儀器在國內(nèi)己有多家生產(chǎn)且在醫(yī)院大量臨床使用，標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和醫(yī)院在用設(shè)備的計(jì)量檢定、自檢自校己成為迫切的實(shí)際需求。而目前這類計(jì)量器具，市場尚無成熟產(chǎn)品，在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)方面也是一片空白。如何填補(bǔ)這一空白，對超聲診斷儀器的多普勒血流參數(shù)進(jìn)行計(jì)量和校正，解決包括彩超在內(nèi)超聲多普勒血流儀器的質(zhì)量檢定評價(jià)問題，成為一項(xiàng)急需解決的課題。

2 超聲多普勒儀的血流參數(shù)檢定裝置研究

一種超聲多普勒儀的血流參數(shù)檢定裝置，包括盛裝人工血液的第一液體皿1和盛裝特制液體的第二液體皿2，所述第一液體皿1左側(cè)設(shè)有三個(gè)出液口，三個(gè)出液口分別經(jīng)硅膠管相互連接的電磁閥3后進(jìn)入到蠕動(dòng)泵4，蠕動(dòng)泵4連續(xù)調(diào)節(jié)三個(gè)硅膠管路中人工血液的流速后按照一定的角度進(jìn)入到第二液體皿2中，第二液體皿2的三個(gè)出口分別由硅膠管路經(jīng)流量傳感器5回到第一液體皿1右側(cè)的三個(gè)回液口；三個(gè)硅膠管路的管徑分別為7.9mm， 4.8mm和1.6mm，能夠滿足不同的流量要求。所述第二液體皿2的頂端設(shè)有薄膜窗6，薄膜窗6與超聲多普勒儀的探頭相接觸。還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器7和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器7一端與蠕動(dòng)泵4連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器7另一端與單片機(jī)控制器9連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器8一端與流量傳感器5連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器8另一端與單片機(jī)控制器9連接，超聲多普勒儀的血流參數(shù)檢定裝置如圖1所示，第一液體皿1，第二液體皿2，電磁閥3，蠕動(dòng)泵4，流量傳感器5，薄膜窗6，數(shù)模轉(zhuǎn)換器7，模數(shù)轉(zhuǎn)換器8，單片機(jī)控制器9，補(bǔ)液口10。

控制與測量系統(tǒng)采用單片機(jī)控制器9實(shí)現(xiàn)，主要完成流量的控制和檢定，單片機(jī)控制器9將采樣檢定產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)與給定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后向蠕動(dòng)泵4發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，以調(diào)節(jié)流量，同時(shí)驅(qū)動(dòng)LCD顯示器，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。單片機(jī)控制器9一方面通過流量傳感器5和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8采樣檢定流量，通過反饋控制對測量環(huán)境第一液體皿1和第二液體皿2內(nèi)液體的流速依據(jù)給定值進(jìn)行精確控制，一方面向蠕動(dòng)泵4和數(shù)模轉(zhuǎn)換器7發(fā)控制信號(hào)調(diào)節(jié)流速，實(shí)現(xiàn)了全量程閉環(huán)檢定。數(shù)模轉(zhuǎn)換器7為ADI公司的16位單芯片數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD669，AD669內(nèi)置一個(gè)片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源和輸出放大器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器8為ADI公司的四通道、16位高動(dòng)態(tài)范圍數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9154，AD9154能提供2.4GSPS的最高采樣速率，在100MHz至300MHz頻段內(nèi)具有較的動(dòng)態(tài)范圍性能；流量傳感器5為渦輪流量計(jì)，渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級為1.0級，這些進(jìn)一步滿足了高精度的控制要求，提高計(jì)量結(jié)果的可靠性，保超聲多普勒檢查的有效性和保障醫(yī)患者在應(yīng)用中的安全性。

3 有益之處

文本所述的超聲多普勒儀的血流參數(shù)檢定裝置提高了超聲多普勒儀的自動(dòng)化檢定水平，從而提高計(jì)量結(jié)果的可靠性，使數(shù)據(jù)管理程序化，簡化了計(jì)量操作，以確保超聲多普勒檢查的有效性和保障醫(yī)患者在應(yīng)用中的安全性。

4 總結(jié)

本課題通過數(shù)字恒值控制的方法實(shí)現(xiàn)了對超聲多普勒儀血流參數(shù)的計(jì)量檢定。檢定裝置采用了高精度的流量泵產(chǎn)生穩(wěn)定的仿真血流信號(hào)；采用了不同的仿生血管和不同的包理角度采用了上位機(jī)進(jìn)行可視化服務(wù)。筆者分別設(shè)計(jì)了血液循環(huán)仿真系統(tǒng)、控制與測量系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)，以及總系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了單片機(jī)串行通訊接口電路、轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)換電路、顯示控制電路和系統(tǒng)電源。該課題在方法上有創(chuàng)新性，仿真血液的設(shè)置與控制更能反應(yīng)人體循環(huán)系統(tǒng)的不同特征，上位機(jī)的設(shè)計(jì)也是一個(gè)創(chuàng)新，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，使數(shù)據(jù)管理程序化，簡化了計(jì)量操作，彌補(bǔ)了這一研究領(lǐng)域的某些缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭勇. 醫(yī)學(xué)計(jì)量[M]. 中國計(jì)量出版社，2012.

[2] 范家駿，趙國欣. 血液流變學(xué)基礎(chǔ)與臨床[M]. 陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

[3] 馮若，江蔭棠. 超聲治療學(xué)[M]. 中國醫(yī)藥科技出版社，2012.

[4] 程佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程[M]. 清華大學(xué)出版社，2012.

[5] 苗振魁. 醫(yī)用超聲儀器原理及應(yīng)用[M]. 天津大學(xué)出版社，2013.

作者簡介：

許廣輝，男，1974年12月出生，質(zhì)量工程師，現(xiàn)工作于江蘇省宿遷市計(jì)量測試所，主要從事醫(yī)療器械檢定、校準(zhǔn)工作。