ATS超声多普勒流量控制系统校准方法研究

陈 曦 娄可新

(1.徐州市计量检定测试中心，徐州 221002；2.徐州市中心医院超声科，徐州 221009)



ATS超声多普勒流量控制系统校准方法研究

陈 曦1娄可新2

(1.徐州市计量检定测试中心，徐州 221002；2.徐州市中心医院超声科，徐州 221009)

对ATS超声多普勒流量控制系统进行流量参数的校准,采用一种间接的测量方法——称重法进行校准，并对过程和结果进行不确定度分析。该方法可成功校准流量参数,精确性和实用性良好。

多普勒流量；称重法；校准

0 引言

彩色多普勒超声诊断仪，又称彩色多普勒血流成像[1](Color Doppler Flow Imaging，CDFI)，临床应用范围广泛，经济效益可观，在国内各级医院的门诊检查发挥着重要的作用。因此，需要对彩色多普勒超声诊断仪设备的质量控制和计量检测提出新的要求。江苏省质量技术监督局于2009年发布了JJG(苏)83-2008《彩色多普勒超声诊断仪》地方检定规程，并于2010年在全省范围内为法定计量技术机构统一配备了ATS超声多普勒流量控制系统。

ATS超声多普勒流量控制系统700型(ATS Model 700 Doppler Flow Controller & Pumping System)是目前检测工作中使用较多的一款多普勒流量计量标准装置。整套设备由流量泵、流量计、液体罐和管路等部分组成，其工作原理为由流量泵驱动仿真血液在模体管路中流动，由流量计读出刻度值，并查表得出实际流量和流速。

系统配备235#和225#高低两个规格的流量计，并没有体现计量单位，需要通过查随机文件中的附表确定具体量值。在实际工作中，笔者检测了多种品牌的多普勒超声诊断仪的血流性能，发现与查表得出的结果存在一定的差异。因此笔者将标准装置向上送检溯源，希望得到校准后的数据。然而，由于流量测量范围较小等种种原因，国家级和省级技术机构并不能给出有效的校准结果。因此，笔者通过分析和研究，提出了一种间接的校准方法。

1 试验准备

由于多普勒流量系统正常工作时，流量泵的泵速均匀、流量计的浮子位置稳定[2]，因此通过调查和分析试验模型，选择称重法[3]作为校准试验的基本方法。

1.1 校准设备

被测对象为ATS超声多普勒流量控制系统700型，其流量计的流量范围为0.2～1300mL/min，最大允许误差为±2%读数。

校准试验所用的仿真血液经称重测量密度为1.02g/mL，符合JJG(苏)83-2008的要求(1.05±0.04)g/mL。

电子天平：型号LP3102，分度值0.01g，经过有效溯源。

电子石英秒表：型号SJ9-1，误差0.02s/h，经过有效溯源。

玻璃量筒：100mL，误差±0.5%，经过有效溯源。

1.2 校准环境

环境温度：(23±5)℃；相对湿度：≤80%；大气压：86～106kPa；供电电源：AC(220±22)V，50Hz。

2 校准试验

1)校准前检查。检查多普勒流量系统的外观、附件、管路等是否正常，开机检查流量泵功能是否正常，开机预热。实际环境温度26℃，湿度55%RH。

2)用量筒量取100mL仿真血液，称重法测量仿真血液密度，经过重复测量，测得结果为1.02g/cm3，符合要求。

3)连接系统如图1所示。

图1 系统连接图

在“管径模体”位置选用ATS523A仿真心脏多普勒流量模体，采用4mm管径。截面积为S=pr2=4=12.6mm2。

4)开启流速系统，待系统稳定后。分别使浮子处于225#流量计的30、40、50、60刻度和235#流量计的30、40、50、60刻度处，在液体罐处断开管路，由玻璃容器接取流出的仿真血液，采用称重法，用电子天平测量一定时间内流出液体的重量。

5)根据公式：质量/密度=体积，体积/时间=流量，流量/截面积=流速，计算在各个刻度点的实际流量和流速。结果见表1。

表1 225#、235#流量计各刻度点的实际流量和流速

与随机文件的附表相比较，以235#流量计为例(管径为4mm)，见表2。

表2 235#流量计查表数据与校准数据比较

根据校准数据，以235#流量计为例绘制流速参数曲线图，见图2。

图2 流速曲线图

可以看出，实际校准数据与随机文件数据存在一定的偏离。在常用流量范围内，称重法得出的校准结果线性度良好，证明了选择此方法的合理性。

3 校准结果的不确定度评估

对流速校准结果进行不确定度分析。采用称重法，数学模型：

质量/密度=体积，体积/时间=流量，流量/截面积=流速

3.1 标准器引起的不确定度u(v1)

已知，电子天平在0～500g档位的最大允许误差为±0.05g；在500～2000g档位的最大允许误差为±0.1g。引入的不确定度相当小，可忽略。

电子石英秒表的最大允许误差为0.02s/h，引入的不确定度相当小，可忽略。

玻璃量筒的最大允许误差为±0.5%，设其为均匀分布，则：

3.2 仪器分辨力引起的不确定度分量u(v2)

天平的分辨力为0.01g，引入的不确定度相当小，可忽略。

秒表的分辨力为0.01s，引入的不确定度相当小，可忽略。

3.3 温度变化引起的不确定度u(v3)

3.4 重复测量引起的不确定度u(v4)

3.5 合成标准不确定度

由于以上四个分量相互独立，则：

U=2.5%(k=2)

3.6 用A类方法评定另一测量列

由评定过程可得出，由于使用称重法，影响不确定度的因素主要为重复性分量，在10～100cm/s流速范围，扩展不确定度U=(2.5～2.8)%(k=2)。

4 结束语

称重法作为一种间接的测量流量和流速的方法，其精度较高，通常用于在实验室测量小于1.5m3/s的流量[4]，因此适合用此方法校准彩色多普勒流量控制系统这类小流量装置。

通过试验，对称重法校准多普勒流速标准装置进行不确定度评估，得出扩展不确定度U=(2.5～2.8)%，(k=2)，符合JJG(苏)83-2008《彩色多普勒超声诊断仪》的要求，证明了此方法的精确性。

本文就ATS超声多普勒流量控制系统的校准方法进行探讨，通过实验过程和对校准结果的不确定度分析，证明了随机附表存在误差的假设，从一定程度上解决了该型号标准装置溯源难的问题，有利于提高彩色多普勒超声诊断仪的质量控制和计量检测水平。

[1]JJG(苏)83-2008彩色多普勒超声诊断仪

[2]YY/T0458—2003超声多普勒仿血流体模的技术要求

[3]GB/T17613—1998用称重法测量封闭管道的液体流量

[4] 宋力.流量的测量方法[J].山东农机,2004,3(3):23-24

[5] 戴惠勇，金福江.基于称重法的水暖流量系统[J].现代科学仪器,2010(4):45-48

[6] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2004

[7] 王池.流量测量不确定度分析[M].北京:中国计量出版社,2002

[8] 徐义定，何挺，何松杰.静态称重法水流量计量装置中衡器不确定度评估与思考[J].计量与测试技术,2003(6):33-35

[9] 李峥.水流量标准装置不确定度和流量稳定性研究[D].天津：天津大学自动化系,2009

[10]JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.18