超聲多普勒儀血流參數計量檢定裝置的研究

金馳+李光

摘 要：本文建立了一套高精度計算機控制的模擬人體血液循環系統，用于對超聲多普勒儀的血流部分進行檢定。它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，采用了上位機進行可視化服務。提高了系統的自動化水平，從而提高計量結果的可靠性，使數據管理程序化，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患者在應用中的安全性。

關鍵詞：超聲多普勒儀；血流；計量；檢定裝置

1 前言

在生物醫學工程領域，醫學超聲多普勒技術發展迅速，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的測量，還可用于測量血壓、進行聽診、胎兒監護、運動成像等。超聲多普勒儀根據頻率信號可了解血流有無異常，發現是否有病變，常常是進行心血管等疾病診斷的依據。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》規定，醫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測計量工作僅停留在發射功率、分辨率等層次。帶DP功能的醫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測，鑒于血流類超聲多普勒儀器在國內己有多家生產且在醫院大量臨床使用，標準化的產品質量檢驗和醫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進行計量和校正，解決包括彩超在內超聲多普勒血流儀器的質量檢測評價問題，成為一項急需解決的課題。

2 超聲多普勒儀血流參數計量檢定裝置的研究現狀

中科院聲學所得牛風岐教授等人按照國家計劃實現了在國外被稱為。血流試驗臺。的多普勒體模與仿血流控制系統的國產化。將關于超聲多普勒仿血流體模的IEC標準向我國標準的轉化，而且研制專用于檢驗評價超聲多普勒血流診斷分析儀器的。血流儀試驗臺。為經顱多普勒血流儀準備了關鍵的質檢手段，為產品行業標準的制定提供了最重要的引用標準。這些特殊體模的關鍵制造技術大多己獲突破，超聲仿血液亦近成功。2002年，由牛鳳岐負責的國際電工委員會IEC標準向國內標準轉化項目5超聲多普勒仿血流體模的技術要求6通過了全國醫用超聲設備標準化技術委員會的審定，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準確度、血流探測深度、取樣游標準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備檢驗評價與國際標準的接軌創造了有力的條件。

3 超聲多普勒儀血流參數計量檢定裝置

3.1 基本原理

超聲多普勒診斷儀血流參數計量檢測裝置的基本原理是：首先在系統中建立一個仿真環境，用以模擬D型超聲診斷儀在實際應用中的人體環境，然后通過系統反饋控制單元將仿真環境中的被測物理量穩定控制在某一定值，通過系統測量單元對被測物理量進行測量，以此物理星值作為D型超聲診斷儀的計量檢測墓準，將系統測量單元獲取的數據與D型超聲診斷儀的測量值進行比對，進而完成D型超聲診斷儀的計量。

3.2 檢定裝置介紹

本文實現的計量檢測裝置由血液循環仿真系統、控制與測量系統、人機交互系統三大部分組成。其中：血液循環仿真系統主要由DP和流量泵構成，DP在質料的聲學特性上模仿人體軟組織和血液，在按己知角度埋置于TM內的管道中周流，與恒流泵和采樣測量單元組合后，用非聲學方法標定其流速并對超聲多普勒儀測定的血流速度進行校準。該系統為計量檢測工作提供仿真測量環境，它由TM材料循環管路和標準液構成。仿真測量環境盡可能使被測循環管路和流體的聲學特性接近真實的人體組織環境，模擬人體血液循環過程，形成仿真測試環境。

控制與測量系統采用單片機和高精度流量傳感器實現，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；一方面向流量泵發控制信號調節流速。

人機交互部分選用筆記本作為上位機，計量檢測裝置以PC機為基礎構成人機交互系統。它由筆記本電腦和打印機組成，通過RS232接口與流量采樣與控制系統相連。用戶界面主要功能是實現用戶與計量檢測系統的人機交互以及上位機與單片機間的通信。用戶可以通過用戶接口程序選擇被測管號以及流速，上位機根據輸入參數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參數發送給單片機，單片機將流速控制在穩定值后再將實測數據發回并在用戶界面上顯示出來，用戶界面可對被測數據記錄并打印。

4 總結

本文的血流儀試驗臺建立了一個高精度計算機控制的模擬人體血液循環系統，它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，采用了上位機進行可視化服務。筆者分別設計了血液循環仿真系統、控制與測量系統、人機交互系統，以及總系統的軟件設計，它提高了系統的自動化水平和可視化控制，使操作更加簡便，而且實現了測量目標的多樣性，從而提高計量結果的可靠性，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患者在應用中的安全性。

參考文獻

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[4] 張昌戎. 超聲多普勒診斷儀的質量控制方法應用研究[J]. 現代儀器與醫療.2014.

作者簡介：

金 馳，男，1979年出生，工程師，本科，沈陽計量測試院，從事計量器具的檢定、校準及相關的科研工作。

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