超聲多普勒儀的血流參數(shù)檢定裝置的研究

摘 要：在生物醫(yī)學工程領域，醫(yī)學超聲多普勒技術發(fā)展迅速，取得了廣泛的臨床應用。但是目前的超聲波儀器在測量人體血液流速時精確度較低、誤差較大，可能影響臨床診斷，導致誤診。通過對超聲波儀器進行誤差校正，可以很好的解決這一問題。本文介紹了一種基于單片機的血流類多普勒超聲診斷儀的計量檢定裝置。計量檢定裝置臺包含一個高精度計算機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行誤差校正，以保證儀器技術參數(shù)的準確可靠安全，確保在臨床上做出恰當?shù)慕Y論，保護患者的生命安全和身體健康。

關鍵詞：醫(yī)學超聲多普勒；血流參數(shù)；檢定裝置

1 背景

在生物醫(yī)學工程領域，醫(yī)學超聲多普勒技術發(fā)展迅速，取得了廣泛的臨床應用。 在臨床診斷方面，超聲多普勒診斷儀用于血液、組織和臟器運動速度等參數(shù)的測量，還可用于測量血壓、進行聽診、胎兒監(jiān)護、運動成像等。超聲多普勒儀根據(jù)頻率信號可了解血流有無異常，發(fā)現(xiàn)是否有病變，常常是進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精確度較低、誤差較大，可能影響臨床診斷，導致誤診。

按《計量法》規(guī)定，醫(yī)用超聲多普勒儀器應列入國家強制檢定目錄的工作計量器具。但是目前對超聲學的檢定計量工作僅停留在發(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量器具，無法對其進行法定的計量檢定，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，標準化的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和醫(yī)院在用設備的計量檢定、自檢自校己成為迫切的實際需求。而目前這類計量器具，市場尚無成熟產(chǎn)品，在計量標準方面也是一片空白。如何填補這一空白，對超聲診斷儀器的多普勒血流參數(shù)進行計量和校正，解決包括彩超在內(nèi)超聲多普勒血流儀器的質(zhì)量檢定評價問題，成為一項急需解決的課題。

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左側設有三個出液口，三個出液口分別經(jīng)硅膠管相互連接的電磁閥3后進入到蠕動泵4，蠕動泵4連續(xù)調(diào)節(jié)三個硅膠管路中人工血液的流速后按照一定的角度進入到第二液體皿2中，第二液體皿2的三個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右側的三個回液口；三個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)模轉換器7和模數(shù)轉換器8，所述數(shù)模轉換器7一端與蠕動泵4連接，數(shù)模轉換器7另一端與單片機控制器9連接；所述模數(shù)轉換器8一端與流量傳感器5連接，模數(shù)轉換器8另一端與單片機控制器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，蠕動泵4，流量傳感器5，薄膜窗6，數(shù)模轉換器7，模數(shù)轉換器8，單片機控制器9，補液口10。

控制與測量系統(tǒng)采用單片機控制器9實現(xiàn)，主要完成流量的控制和檢定，單片機控制器9將采樣檢定產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)與給定數(shù)據(jù)進行比較后向蠕動泵4發(fā)出調(diào)節(jié)信號，以調(diào)節(jié)流量，同時驅動LCD顯示器，進行實時數(shù)據(jù)顯示。單片機控制器9一方面通過流量傳感器5和模數(shù)轉換器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)給定值進行精確控制，一方面向蠕動泵4和數(shù)模轉換器7發(fā)控制信號調(diào)節(jié)流速，實現(xiàn)了全量程閉環(huán)檢定。數(shù)模轉換器7為ADI公司的16位單芯片數(shù)模轉換器AD669，AD669內(nèi)置一個片內(nèi)基準電壓源和輸出放大器；模數(shù)轉換器8為ADI公司的四通道、16位高動態(tài)范圍數(shù)模轉換器AD9154，AD9154能提供2.4GSPS的最高采樣速率，在100MHz至300MHz頻段內(nèi)具有較的動態(tài)范圍性能；流量傳感器5為渦輪流量計，渦輪流量計的準確度等級為1.0級，這些進一步滿足了高精度的控制要求，提高計量結果的可靠性，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化檢定水平，從而提高計量結果的可靠性，使數(shù)據(jù)管理程序化，簡化了計量操作，以確保超聲多普勒檢查的有效性和保障醫(yī)患者在應用中的安全性。

4 總結

本課題通過數(shù)字恒值控制的方法實現(xiàn)了對超聲多普勒儀血流參數(shù)的計量檢定。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；采用了不同的仿生血管和不同的包理角度采用了上位機進行可視化服務。筆者分別設計了血液循環(huán)仿真系統(tǒng)、控制與測量系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)，以及總系統(tǒng)的軟件設計設計了單片機串行通訊接口電路、轉換電路、轉換電路、顯示控制電路和系統(tǒng)電源。該課題在方法上有創(chuàng)新性，仿真血液的設置與控制更能反應人體循環(huán)系統(tǒng)的不同特征，上位機的設計也是一個創(chuàng)新，提高了系統(tǒng)的自動化水平，使數(shù)據(jù)管理程序化，簡化了計量操作，彌補了這一研究領域的某些缺陷。

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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量測試所，主要從事醫(yī)療器械檢定、校準工作。