超聲多普勒儀血流參數(shù)計(jì)量檢定裝置的研究

金馳+李光

摘 要：本文建立了一套高精度計(jì)算機(jī)控制的模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)，用于對超聲多普勒儀的血流部分進(jìn)行檢定。它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，采用了上位機(jī)進(jìn)行可視化服務(wù)。提高了系統(tǒng)的自動化水平，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。

關(guān)鍵詞：超聲多普勒儀；血流；計(jì)量；檢定裝置

1 前言

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(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)的檢測計(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)量檢測，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)量檢測評價(jià)問題，成為一項(xiàng)急需解決的課題。

2 超聲多普勒儀血流參數(shù)計(jì)量檢定裝置的研究現(xiàn)狀

中科院聲學(xué)所得牛風(fēng)岐教授等人按照國家計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了在國外被稱為。血流試驗(yàn)臺。的多普勒體模與仿血流控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化。將關(guān)于超聲多普勒仿血流體模的IEC標(biāo)準(zhǔn)向我國標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化，而且研制專用于檢驗(yàn)評價(jià)超聲多普勒血流診斷分析儀器的。血流儀試驗(yàn)臺。為經(jīng)顱多普勒血流儀準(zhǔn)備了關(guān)鍵的質(zhì)檢手段，為產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了最重要的引用標(biāo)準(zhǔn)。這些特殊體模的關(guān)鍵制造技術(shù)大多己獲突破，超聲仿血液亦近成功。2002年，由牛鳳岐負(fù)責(zé)的國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)向國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化項(xiàng)目5超聲多普勒仿血流體模的技術(shù)要求6通過了全國醫(yī)用超聲設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的審定，由他主持研制的KZSOSD型多普勒體模與仿血流控制系統(tǒng)也基本可以用于檢測彩超和超聲多普勒血流儀器的流速讀數(shù)準(zhǔn)確度、血流探測深度、取樣游標(biāo)準(zhǔn)確度和方向識別能力等。從而為我國彩超和其它血流類超聲診斷設(shè)備檢驗(yàn)評價(jià)與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌創(chuàng)造了有力的條件。

3 超聲多普勒儀血流參數(shù)計(jì)量檢定裝置

3.1 基本原理

超聲多普勒診斷儀血流參數(shù)計(jì)量檢測裝置的基本原理是：首先在系統(tǒng)中建立一個(gè)仿真環(huán)境，用以模擬D型超聲診斷儀在實(shí)際應(yīng)用中的人體環(huán)境，然后通過系統(tǒng)反饋控制單元將仿真環(huán)境中的被測物理量穩(wěn)定控制在某一定值，通過系統(tǒng)測量單元對被測物理量進(jìn)行測量，以此物理星值作為D型超聲診斷儀的計(jì)量檢測墓準(zhǔn)，將系統(tǒng)測量單元獲取的數(shù)據(jù)與D型超聲診斷儀的測量值進(jìn)行比對，進(jìn)而完成D型超聲診斷儀的計(jì)量。

3.2 檢定裝置介紹

本文實(shí)現(xiàn)的計(jì)量檢測裝置由血液循環(huán)仿真系統(tǒng)、控制與測量系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)三大部分組成。其中：血液循環(huán)仿真系統(tǒng)主要由DP和流量泵構(gòu)成，DP在質(zhì)料的聲學(xué)特性上模仿人體軟組織和血液，在按己知角度埋置于TM內(nèi)的管道中周流，與恒流泵和采樣測量單元組合后，用非聲學(xué)方法標(biāo)定其流速并對超聲多普勒儀測定的血流速度進(jìn)行校準(zhǔn)。該系統(tǒng)為計(jì)量檢測工作提供仿真測量環(huán)境，它由TM材料循環(huán)管路和標(biāo)準(zhǔn)液構(gòu)成。仿真測量環(huán)境盡可能使被測循環(huán)管路和流體的聲學(xué)特性接近真實(shí)的人體組織環(huán)境，模擬人體血液循環(huán)過程，形成仿真測試環(huán)境。

控制與測量系統(tǒng)采用單片機(jī)和高精度流量傳感器實(shí)現(xiàn)，主要完成流量的控制和檢測。它一方面通過高精度流量傳感器采樣檢測流量；一方面向流量泵發(fā)控制信號調(diào)節(jié)流速。

人機(jī)交互部分選用筆記本作為上位機(jī)，計(jì)量檢測裝置以PC機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成人機(jī)交互系統(tǒng)。它由筆記本電腦和打印機(jī)組成，通過RS232接口與流量采樣與控制系統(tǒng)相連。用戶界面主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶與計(jì)量檢測系統(tǒng)的人機(jī)交互以及上位機(jī)與單片機(jī)間的通信。用戶可以通過用戶接口程序選擇被測管號以及流速，上位機(jī)根據(jù)輸入?yún)?shù)自動將流量值換算出來，并通過底層串口通信控制模塊將相關(guān)參數(shù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將流速控制在穩(wěn)定值后再將實(shí)測數(shù)據(jù)發(fā)回并在用戶界面上顯示出來，用戶界面可對被測數(shù)據(jù)記錄并打印。

4 總結(jié)

本文的血流儀試驗(yàn)臺建立了一個(gè)高精度計(jì)算機(jī)控制的模擬人體血液循環(huán)系統(tǒng)，它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，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)，它提高了系統(tǒng)的自動化水平和可視化控制，使操作更加簡便，而且實(shí)現(xiàn)了測量目標(biāo)的多樣性，從而提高計(jì)量結(jié)果的可靠性，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。

參考文獻(xiàn)

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[4] 張昌戎. 超聲多普勒診斷儀的質(zhì)量控制方法應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代儀器與醫(yī)療.2014.

作者簡介：

金 馳，男，1979年出生，工程師，本科，沈陽計(jì)量測試院，從事計(jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)及相關(guān)的科研工作。

李 光：男，1980年出生，高級工程師，碩士，沈陽計(jì)量測試院，從事計(jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)及相關(guān)的科研工作。