超声多普勒仪血流参数计量检定装置的研究

金驰+李光

摘 要：本文建立了一套高精度计算机控制的模拟人体血液循环系统，用于对超声多普勒仪的血流部分进行检定。它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，采用了上位机进行可视化服务。提高了系统的自动化水平，从而提高计量结果的可靠性，使数据管理程序化，简化了计量操作，以确保超声多普勒检查的有效性和保障医患者在应用中的安全性。

关键词：超声多普勒仪；血流；计量；检定装置

1 前言

在生物医学工程领域，医学超声多普勒技术发展迅速，取得了广泛的临床应用。 在临床诊断方面，超声多普勒诊断仪用于血液、组织和脏器运动速度等参数的测量，还可用于测量血压、进行听诊、胎儿监护、运动成像等。超声多普勒仪根据频率信号可了解血流有无异常，发现是否有病变，常常是进行心血管等疾病诊断的依据。但是，目前的超声波仪器在测量人体血液流速时精确度较低、误差较大，可能影响临床诊断，导致误诊。

按《计量法》规定，医用超声多普勒仪器应列入国家强制检定目录的工作计量器具。但是目前对超声学的检测计量工作仅停留在发射功率、分辨率等层次。带DP功能的医用超声诊断仪目前还没有成熟的计量器具，无法对其进行法定的计量检测，鉴于血流类超声多普勒仪器在国内己有多家生产且在医院大量临床使用，标准化的产品质量检验和医院在用设备的计量检定、自检自校己成为迫切的实际需求。而目前这类计量器具，市场尚无成熟产品，在计量标准方面也是一片空白。如何填补这一空白，对超声诊断仪器的多普勒血流参数进行计量和校正，解决包括彩超在内超声多普勒血流仪器的质量检测评价问题，成为一项急需解决的课题。

2 超声多普勒仪血流参数计量检定装置的研究现状

中科院声学所得牛风岐教授等人按照国家计划实现了在国外被称为。血流试验台。的多普勒体模与仿血流控制系统的国产化。将关于超声多普勒仿血流体模的IEC标准向我国标准的转化，而且研制专用于检验评价超声多普勒血流诊断分析仪器的。血流仪试验台。为经颅多普勒血流仪准备了关键的质检手段，为产品行业标准的制定提供了最重要的引用标准。这些特殊体模的关键制造技术大多己获突破，超声仿血液亦近成功。2002年，由牛凤岐负责的国际电工委员会IEC标准向国内标准转化项目5超声多普勒仿血流体模的技术要求6通过了全国医用超声设备标准化技术委员会的审定，由他主持研制的KZSOSD型多普勒体模与仿血流控制系统也基本可以用于检测彩超和超声多普勒血流仪器的流速读数准确度、血流探测深度、取样游标准确度和方向识别能力等。从而为我国彩超和其它血流类超声诊断设备检验评价与国际标准的接轨创造了有力的条件。

3 超声多普勒仪血流参数计量检定装置

3.1 基本原理

超声多普勒诊断仪血流参数计量检测装置的基本原理是：首先在系统中建立一个仿真环境，用以模拟D型超声诊断仪在实际应用中的人体环境，然后通过系统反馈控制单元将仿真环境中的被测物理量稳定控制在某一定值，通过系统测量单元对被测物理量进行测量，以此物理星值作为D型超声诊断仪的计量检测墓准，将系统测量单元获取的数据与D型超声诊断仪的测量值进行比对，进而完成D型超声诊断仪的计量。

3.2 检定装置介绍

本文实现的计量检测装置由血液循环仿真系统、控制与测量系统、人机交互系统三大部分组成。其中：血液循环仿真系统主要由DP和流量泵构成，DP在质料的声学特性上模仿人体软组织和血液，在按己知角度埋置于TM内的管道中周流，与恒流泵和采样测量单元组合后，用非声学方法标定其流速并对超声多普勒仪测定的血流速度进行校准。该系统为计量检测工作提供仿真测量环境，它由TM材料循环管路和标准液构成。仿真测量环境尽可能使被测循环管路和流体的声学特性接近真实的人体组织环境，模拟人体血液循环过程，形成仿真测试环境。

控制与测量系统采用单片机和高精度流量传感器实现，主要完成流量的控制和检测。它一方面通过高精度流量传感器采样检测流量；一方面向流量泵发控制信号调节流速。

人机交互部分选用笔记本作为上位机，计量检测装置以PC机为基础构成人机交互系统。它由笔记本电脑和打印机组成，通过RS232接口与流量采样与控制系统相连。用户界面主要功能是实现用户与计量检测系统的人机交互以及上位机与单片机间的通信。用户可以通过用户接口程序选择被测管号以及流速，上位机根据输入参数自动将流量值换算出来，并通过底层串口通信控制模块将相关参数发送给单片机，单片机将流速控制在稳定值后再将实测数据发回并在用户界面上显示出来，用户界面可对被测数据记录并打印。

4 总结

本文的血流仪试验台建立了一个高精度计算机控制的模拟人体血液循环系统，它采用了不同的仿生血管和不同的包埋角度，采用了上位机进行可视化服务。笔者分别设计了血液循环仿真系统、控制与测量系统、人机交互系统，以及总系统的软件设计，它提高了系统的自动化水平和可视化控制，使操作更加简便，而且实现了测量目标的多样性，从而提高计量结果的可靠性，简化了计量操作，以确保超声多普勒检查的有效性和保障医患者在应用中的安全性。

参考文献

[1] 姜松燕. 声学多普勒流速仪计量检定工作分析[J]. 水利信息化，2010.

[2] 赵尚宇. 超声多普勒胎心仪超声源检定方法探讨[J]. 中国测试技术.2005.

[3] 白力军. 超声多普勒胎儿监护仪超声源的检定[J]. 中国计量.2009.

[4] 张昌戎. 超声多普勒诊断仪的质量控制方法应用研究[J]. 现代仪器与医疗.2014.

作者简介：

金 驰，男，1979年出生，工程师，本科，沈阳计量测试院，从事计量器具的检定、校准及相关的科研工作。

李 光：男，1980年出生，高级工程师，硕士，沈阳计量测试院，从事计量器具的检定、校准及相关的科研工作。