王美嬌++孫琪++李美萱

摘 要：血液粘度值作為診斷疾病轉(zhuǎn)歸和療效判斷的主要指標(biāo)，具有非常重要的臨床意義。為了準(zhǔn)確測(cè)量血液粘度值，該文以低功耗單片機(jī)ATmega128作為主控制芯片，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊及驅(qū)動(dòng)模塊，完成了主控模塊、驅(qū)動(dòng)模塊及通信模塊的軟件程序設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)血粘度測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)與市場(chǎng)同類型血粘度儀相比，具有成本低、精度高、誤差小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，可滿足一般中小型醫(yī)院及社區(qū)醫(yī)院對(duì)血粘度測(cè)量的需求。

關(guān)鍵詞：血粘度 測(cè)試 單片機(jī) ATmega128 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：R446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（a）-0112-02

血液粘度指的是當(dāng)血液流動(dòng)時(shí)，血液內(nèi)部各分子之間以及血液與血管壁之間所產(chǎn)生的摩擦或粘性阻力。大量臨床研究表明，血液粘度高會(huì)直接或間接導(dǎo)致危害人類健康的諸如冠心病、腦血栓、心肌梗塞、動(dòng)脈硬化癥、高血壓病、高血脂癥等常見病?？梢哉f，血液粘度值常被作為診斷疾病和判斷療效的重要指標(biāo)，因此血液粘度的檢測(cè)具有非常高的臨床價(jià)值。

血液粘度測(cè)量?jī)x器雖然在國內(nèi)較為普遍，但功能較單一、操作繁瑣、檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大。雖然目前已產(chǎn)生了各種各樣性能優(yōu)良的流變學(xué)檢測(cè)儀器，但由于檢測(cè)時(shí)需要抽取一定量血，在體檢普查時(shí)受到一定使用限制，特別是在需要重復(fù)檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)觀察的場(chǎng)合，更難以實(shí)現(xiàn)[1]?；谝陨戏治龊褪袌?chǎng)調(diào)研，該文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的血液粘稠度測(cè)量系統(tǒng)。

1 血液粘度測(cè)量原理

血液粘度是血液流變學(xué)的重要指標(biāo)，其變化符合如下規(guī)律：血液粘度在低切變率下較高，而隨著切變率的升高，血液粘度會(huì)逐漸降低，直到切變率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，血液粘度此時(shí)接近恒值。測(cè)定血液粘度的方法主要有兩種：一種是最初的毛細(xì)管法，其理論依據(jù)是泊肅葉定律；第二種是旋轉(zhuǎn)法，其理論依據(jù)是粘度的定義，即粘度是切變應(yīng)力和切變速度的比值，所以只要已知切變速度和切變應(yīng)力就能計(jì)算出血粘度值。其中，錐板旋轉(zhuǎn)法以其用血量少、測(cè)量時(shí)間短而得到普遍采用[2]。該設(shè)計(jì)采用錐板旋轉(zhuǎn)式測(cè)量方法，在錐體與平板之間加入待測(cè)血液樣本，驅(qū)動(dòng)錐體與齒盤加速旋轉(zhuǎn)。通過測(cè)速傳感器檢測(cè)并計(jì)算齒盤的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)速度達(dá)到一定值后撤銷驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)被測(cè)血液的粘度會(huì)對(duì)錐體產(chǎn)生阻力，使得錐體快速衰減。再通過測(cè)量齒盤轉(zhuǎn)速衰減來計(jì)算被測(cè)血液對(duì)錐體的阻力矩，并根據(jù)這個(gè)阻力矩和轉(zhuǎn)速，計(jì)算出該切變率下的粘度，推導(dǎo)出粘度計(jì)算公式如下：

其中為粘度；為與椎體構(gòu)型有關(guān)的儀器常數(shù)；M為錐體受到的阻力矩；為錐體旋轉(zhuǎn)的角速度；J為錐體旋轉(zhuǎn)慣量；Ms為系統(tǒng)阻力矩；為瞬時(shí)角加速度。最后通過標(biāo)定確定s，J，從而得到血液粘度的值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的血液粘稠度測(cè)量系統(tǒng)由控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊、顯示模塊及上位機(jī)組成，其中，控制模塊是硬件系統(tǒng)的核心，采用AVR單片機(jī)ATmega128作為主控芯片。AVR單片機(jī)具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線，CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令，可得到最大程度的性能及并行性。AVR單片機(jī)內(nèi)部集成Flash、EEPROM和SRAM共3種存儲(chǔ)器，能夠更好地采用高級(jí)語言來編寫嵌入式系統(tǒng)程序[3]。

數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)待測(cè)血液粘度數(shù)據(jù)的采集，該系統(tǒng)通過測(cè)速傳感器與主控模塊實(shí)現(xiàn)采集。測(cè)速傳感器是一款光電式測(cè)速傳感器，可測(cè)得被測(cè)體的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。

通信模塊作用是實(shí)現(xiàn)控制模塊與上位機(jī)及控制模塊之間的通信。單片機(jī)通過串口接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令，將命令以CAN通信的方式發(fā)送出去，并將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)按照串口的通信協(xié)議上傳給計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)電路采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來實(shí)現(xiàn)電路板與上位機(jī)的電平匹配。

驅(qū)動(dòng)模塊主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、電磁泵驅(qū)動(dòng)板和機(jī)芯驅(qū)動(dòng)板。由單片機(jī)控制電機(jī)的運(yùn)行方向和步數(shù)，控制電磁泵是否工作，控制機(jī)芯旋轉(zhuǎn)[7]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)需求，主要編寫了主控模塊的程序，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的指令接收和數(shù)據(jù)傳送，將從上位機(jī)接收到的命令通過CAN通信接口發(fā)送給下一層單元，并使用CAN接收到下層單元返回來的數(shù)據(jù)來控制電機(jī)。主控模塊軟件流程圖如圖1所示。

4 結(jié)語

該文主要研究血液粘度檢測(cè)方法，以ATMEL公司的AVR單片機(jī)作為控制核心，采用錐板旋轉(zhuǎn)式測(cè)量方法，測(cè)量人體的血粘度。介紹了血液粘度測(cè)量原理，探討了目前血液粘度檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)了血粘度測(cè)量硬件系統(tǒng)，編寫了軟件測(cè)試程序，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓建新，王學(xué)民，王明時(shí).在體實(shí)時(shí)血液粘度的測(cè)量研究[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2007，17（3）：313-315.

[2] 趙秋生，高衛(wèi)平.通用型錐板血液粘度計(jì)的研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2002（2）：10-11.

[3] 郝宋.基于AVR的血粘度儀設(shè)計(jì)[D].太原理工大學(xué)，2010.