基于ARM的便携式血液流变测试仪的设计与实现田学隆,刘旭娟,陈桂,邹韵重庆大学生物工程学院,重庆(400044E-mail:liuxujuan2005@yahoo.com.cn摘要:ARM具有体系结构可扩展、功耗低、成本低和支持实时多任务等特点,将ARM应用于医疗仪器的设计符合医疗仪器便携化、一体化的发展趋势。本文将ARM应用于血液流变测试仪的研究中,设计了一种以U型管作为粘度测量方法,利用ARM-LINUX嵌入式技术作为控制系统的新型一体化、便携式血液流变测试仪,介绍了该仪器的体系结构、血液流变指标计算和软硬件实现方法。试验结果表明,该仪器具有使用方便、操作简单、测定快速、数据准确度高的特点。关键词血液流变;U型管粘度计;嵌入式系统;ARM;LINUX中图分类号:R319文献标识码:A国家标准学科分类与代码:310.6111.引言国内外临床研究表明,血液流变学指标与心血管、动脉、血液等方面的疾病有高度相关性,许多疾病发生时会导致血液流变学指标异常,血液流变学指标可以作为这些疾病诊断、鉴别、疗效观察、预先判断及复发预测的重要参考[1]。粘度参数是血液流变学检测中最基本,也是最主要的参数[2]。对于血液这种粘塑性非牛顿流体而言,其粘度随剪切率变化而变化。为了测得一定范围剪切率下的粘度,通常需要不断改变这些粘度计的参数进行重复测量操作,这些重复操作使粘度测量耗时又费力,并且过多的重复操作会使样本的测量结果不准确。近年来国外有研究者开始研究新的适合临床应用的快速测定粘度的方法,具有代表性的是采用U形管装置的扫描式毛细管粘度计[3]。在仪器实现方式上,市场上的很多血液流变测试仪采用的都是基于PC机的上下位机形式,如重庆维多生物工程研究所生产的FASCO-3000型全自动血液流变快测仪,这些仪器需要在PC上安装专门的软件,而且仪器体积较大,携带和移动都不方便。为了增强移动性,方便携带,早期的血液流变测试仪开始采用单片机进行控制[4],但这些仪器通常都不具备良好的用户操作界面,也不利于系统功能的进一步升级。ARM是公认的业界领先的32位嵌入式RISC(reducedinstructionssetcomputer微处理器,具有体系结构可扩展、功耗低、成本低和支持实时多任务等特点[5]。将ARM应用于医疗仪器的设计符合医疗仪器便携化、一体化的发展趋势。本文将ARM技术应用于血液流变测试仪的设计,采用基于U型管的粘度测量方法,设计了一种基于ARM的新型便携式血液流变测试仪。2.便携式血液流变测试仪结构设计便携式血液流变测试仪的系统结构如图1所示,系统主要包括电机、电磁阀驱动控制模块、小键盘输入模块、数据采集模块、LCD显示模块、串口打印机模块、U盘存储模块、网络接口模块等几部分。测量过程中,微处理器通过控制电机的正、反、停转和电磁阀组合的开闭,来完成试样的吸取、平衡、加压、回流等过程,并通过压力传感器测得血样在管中回流时的一系列压力值,通过A/D转换口进行模数转换,再将检测得到的模拟信号变换成数字信号送到微处理器进行处理、运算,然后把测得的结果送到液晶显示器上显示出来,同时也可实现结果的打印和存储;键盘输入系统测量所需参数和控制信号;温度控制部分为测量主体提供一个恒温环境,减小温度变化对测量产生的不良影响。图1便携式血液流变测试仪结构框图测量主体是测量的核心,包括毛细管、电机、电磁阀和连通管道。测量主体的结构如图2所示,毛细管结构为U型,由左右两小室和连通其间的毛细管组成,管路部分装有电机、压力传感器。U型管1有三个出口分别接通三个电磁阀,经电磁阀分别连通进样管、清洗管、电机抽排气管;U型管2上端有一出口由三通管接通压力传感器与电磁阀,通过连接管道与电机抽排气管相连。图2测量主体结构3.血液流变指标的计算本文采用U型管毛细管式快速粘度测量方法,其基本原理如下:当两个U型管的初始液面水平高度不同,则高液面管中的液体在重力作用下向低液面管流动。根据泊肃叶公式:并做简单变化,可得血浆粘度计算公式:∆为管两端压差、l为管长、ro为管半径。式中,η为流体粘度、Q为体积流量、P全血粘度则可通过建立Casson方程来求取。根据Casson方程:经简单转化,可得式中,η为全血粘度、γ为切变率、ηc为Casson粘度、τc为Casson应力。在ηc和τc为已知条件下,任意给定一属于γ≥1...