摘要：本文介绍了我们所研制的超声波静脉血管定位检测仪。该仪器利用A超和连续多卜勒技术，采用计算机控制及数字处理方法，可以确定静脉血管的位置及血流的大小，目前已完成仿真模型实验。该研究具有重要的临床应用价值。

中图分类号：R318.6文献标识码：B文章编号：1005-202X（2000）01-0032-02

The design of ultrasonic location for vein vessel

QU xue-minBIAN Zheng-zhong

（Department of Physics,Fourth Military Medical University）

（（Department of Biomedical Engineering and Instrument,Xi′an Jiao Tong University,Xi′an 710033 ,China）

Abstract: This paper reports a location measurement instrument of vein vessel by ultrasound. The instrument is realized by combing A-mode ultrasound with CW doppler technique and using computer controlling and digitalized processing, the instrument can locate the vein blood vessel quickly .The experiment of model simulation has been worked successfully. It has certain value in clinic.

Key words: ultrasound; singal-chip-microcomputer; location measurement

前言：在临床中，经常通过静脉血管采血和了解其血流的情况是相当多的。随着现代化血液检验设备的出现，通过血液检查，可以为医生对疾病的确诊及医治提供方便；各种血疗机的使用，可以医治众多的疑难杂症。同时, 随着生活水平的提高，肥胖病人也越来越多，给采血者的工作带来了很大困难。更为困难的是大面积烧伤的病人，通过他们的皮肤表面很难看清楚血管的位置，血管常规的解剖部位已经偏离，要确定其血管的位置则更加困难。采用超声定位检测可已讯速的对静脉血管进行检测和定位。

1定位检测的基本原理

静脉血管超声定位检测的目的在于探测血管外壁距皮肤表面的距离，并且要根据血流的情况确定血流的最强位置，在根据声音判断是否为静脉血管。因此其原理采用脉冲回波法(A超)和多普勒超声复合使用。

1.1深度测量的基本原理

深度的测量是建立在脉冲回波技术上的。它利用了超声波在传播中的反射散射特性，把几兆至十几兆的高频超声脉冲发射到人体，在超声波传播过程中，遇到声阻抗不同组织界面时，有部分能量透射过去，同时，也有部分能量被反射回来，这样，发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔决定了皮肤表面和血管的距离。

1.2血流测量的基本原理

超声多普勒方法对于运动目标的检测具有独特的灵敏度，在医学界已获得普遍的应用。当声发射波与声接收器之间有相对运动时，或者当声发射源，声接收器和传播声的介质之间有相对运动时，所接收到的声波频率与发射声波的频率有所不同，接收到的声波信号的频率与入射声波数的频率和相对运动的速度成正比例。由此可以测得血流的速度。

2定位检测的电路设计

定位检测电路主要完成A超声深度测量电路及连续波超声多普勒静脉血流监测硬件电路的设计。

2.1深度测量单元硬件设计深度测量单元的硬件电路在于完成皮下静脉血管和皮肤表面距离的测量。主要包括A超脉冲信号的发射、回波信号的接收放大、 时间增益补偿、闸门信号的形成、深度信号的形成及信号的输出等电路。深度信号的形成是利用皮肤的回波信号和血管表面的回波形成的，利用这两个脉冲信号触发RS触发器，从而形成一个方波信号（闸门信号），其两个回波的时间间隔就是血管距皮肤的深度。信号输出可以采用上述的两个信号一个作为脉冲计数器的开始触发信号，另一个作为计数器的停止信号。其定时的时间长短就决定了深度，但对计数器的计数频率要求过高。为此采用了对闸门信号进行积分，积分结果为一直线，然后通过A/D进行转换，再通过电压和时间的线性关系得到深度。系统中A/D采用了AD574快速12位逐次比较A/D&127;转换器，转换时间25 μs，采用12位数据总线进行直接接口。为了调整增益，电路中利用了两个电位器对增益进行调整及补偿。为了保证更可靠的进行模数转换,在A/D之前加一级采样/保持电路。选用LF398来完成其功能。其结构原理框如图1所示。

图1深度测量单元框图

脉冲信号发射电路产生对探头阵元的激励脉冲。采用定时接通探头阵元电源的电子开关，用以控制探头阵元产生超声振荡。依据最大探测深度，最大重复频率为10 kHz。从提高纵向分辩率的角度来考虑频率采用7.5 MHz，脉冲宽度τ＜ 67 ns。

2.2 连续多普勒血流监听单元硬件设计

连续多普勒仅仅用来对静脉血管的确认,并根据其信号的强弱确定其血管的部位。其主要功能功能有: 连续超声波信号产生, 回波信号放大, 解调频偏信号, 滤波和功放处理等。其血流监听单元结构如图2所示。

图2连续多普勒原理结构框图

发射电路由振荡电路和功放电路组成。振荡电路采用晶体振荡电路, 石英晶体采用6 MHz。由于反射到探头的回波信号非常小, 而发射探头和接收探头之间的泄露信号较大，为了放大到所需要的幅值, 电路中采用了μPC1018C AM/FM高、中频放大电路。当该片用于FM时, 工作频率在10 MHz时, 具有十分高的增益带宽积, 特别适合于对小信号作高频放大。解调采用了MC1496双重平行调制解调器,产生一个与输入信号电压和载波信号的乘积成正比的输出电压。其载波信号由第"10"脚输入, 接由单元来的信号由第"1"脚输入。其解调输出由第"12"脚"6"脚完成。再通过二阶低通滤波器,完成信号的提取。音频信号经过上述电路之后,便是多普勒频信号且干扰已被滤波器滤除,为了听到血流声音, 判断是否为静脉血管, 需要再将此信号进行功放, 驱动扬声器发声。电路中采用了LM386音频放大器, 可以在低压下驱动8欧的扬声器,其增益20倍, 其输出功率70 mW。

2.3 单片机控制部分硬件设计

单片机控制部分是整个系统的控制核心。以8031单片机为主体，系统中扩展了一片2732，扩展了一片8155。利用P1口的数位线作为键盘使用，其中，P1.0、P1.1、P1.2分别用于系统的测量、显示及校零，P1.3 与AD574的STS相接。利用8155的PA口组成四位液晶显示。从而完成系统的控制、键盘扫描、A/D转换、数据处理及显示功能。

3系统软件设计

软件的设计其主要内容包括:总体软件设计；信号采集软件设计；数字处理软件设计。系统的工作依据键盘的功能进行的，依此完成测量、显示等功能。采样周期取5 ms；定时时间到后采样一组数据，连续采样八次数据，再进行数字信号处理。数字信号滤波采用将算术平均法和中位法滤波结合起来，将对抑制脉冲干扰有很强的能力。此法是对于测量点的若干次连续采样值，先去掉最大值及最小值，然后再取算术平均值。对工频干扰，则根据采样定时5 ms(即采样频率为200 Hz), 这样在工频一个周期，将采样四个值，所以，采用相隔点对消法，则可消除工频干扰。其部分程序流程图如图3所示。

图3软件流程图

4应用

本仪器经过预实验测量塑料管中的慢速水流，较能够准确的确定管子的厚度及管径的大小。相信经过进一步的完善，完全可以用于临床之中。如再加修改，则可以用于临床中的血流分析。

作者简介：屈学民，男，

参考文献：

［1］万明习，等.医学超声--原理与技术［M］.西安：西安交通大学出版社，1992.

［2］王静. 数字化超声波血流量测试系统的研制［D］.西安：西安交通大学硕士论文，1992.

［3］Douglas A. Christensen:Ultrasonic Bioinstrumenation［Z］,John Wily and Sons,Inc.New York,1983.

［4］刘镇清.μPC1018C用于高频超声波信号放大［J］.电子技术应用，1992,4.

收稿日期：1999-03-26