基于氫廓清骨血流自動(dòng)測(cè)試儀的研制

1、    基于氫廓清骨血流自動(dòng)測(cè)試儀的研制        摘要采用氫廓清技術(shù)，研制了一種以80C51單片機(jī)為控制核心的骨血液自動(dòng)測(cè)試儀，該儀器能自動(dòng)監(jiān)控氫廓清過(guò)程，完成采樣數(shù)據(jù)除噪，并根據(jù)FICKS原理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析處理，計(jì)算并顯示打印出局部血流量，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，測(cè)試精度高。關(guān)鍵詞氫廓清技術(shù)測(cè)試骨血流The Development of an Automatic Device for Measurement of the Bone Blood Flow Based on H

2、ydrogen Washout TechniqueLi Haiyun(Dept.BME,Capital University of Medical Science,Beijing 100054)Li Yujun, Yang Shangchun, Liu Shangli(Sun Yat-sen University of Medical Sciences,Guangzhou 510089)AbstractAn automatic experimental apparatus, which is based on MCS80C51 microprocessor, has been develope

3、d, The aparatus is used to measure the bone blood flow based on Hydrogen washout technique. It can monitor the Hydrogen washout procedure autom atically and remove noise from sampled data. Based on FICKS theory, the apparatu s can also conduct recurrsive data analysis and processing and calculation

4、autom atically. Local bone blood flows can be displayed and printed out. It is easy to operate the apparatus, and the precision is high.Key words:Hydrogen washout technique; Determination; bone blood flow0前言近代醫(yī)學(xué)研究證明：骨微循環(huán)障礙、組織灌注不足是很多骨疾患發(fā)生的病理生理基礎(chǔ)，研究骨血流在不同生理或病理狀態(tài)下的改變，對(duì)客觀準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)骨血流動(dòng)力學(xué)無(wú)疑起重要作用。目前對(duì)骨循環(huán)研究多集中在定

5、性和半定量方面，在骨血流的定量測(cè)量方面，自1922年以來(lái)，先后出現(xiàn)了直接測(cè)定法、親骨及非骨性放射性核素廓清法、Cr紅細(xì)胞標(biāo)記法、放射性微球法、氫廓清等。除氫廓清外，其它方法不是對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象創(chuàng)傷損害太大，就是準(zhǔn)確性欠佳。公認(rèn)最為準(zhǔn)確的定量測(cè)量法放射性微球法需游離出骨組織進(jìn)行放射性記數(shù)，無(wú)法推廣應(yīng)用于人體。比較完善的方法是氫廓清技術(shù)，可長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)測(cè)定不同組織和部位的局部血流量，氫氣無(wú)毒且對(duì)組織器官的生理因素影響小，可推廣應(yīng)用于人體。但使用時(shí)影響因素較多，測(cè)試儀器尚不統(tǒng)一，手工計(jì)算復(fù)雜且易產(chǎn)生誤差，我們應(yīng)用80C51單片機(jī)研制了一種基于氫廓清骨血流自動(dòng)測(cè)試儀，自動(dòng)檢測(cè)氫廓清過(guò)程，操作簡(jiǎn)便，測(cè)試精度高，

6、實(shí)現(xiàn)了骨血流的自動(dòng)測(cè)試，對(duì)臨床骨血流的定量測(cè)定具有重要價(jià)值。1系統(tǒng)測(cè)試原理氫廓清技術(shù)建立在Ficks原理13基礎(chǔ)上，系統(tǒng)檢測(cè)到測(cè)試對(duì)象吸氫后組織中氫濃度隨時(shí)間的變化，根據(jù)Ficks原理有：F/W=(lnCV0-lnCV)/t(1)(其中CV：組織在T時(shí)刻的氫氣濃度CV0：開(kāi)始去飽和時(shí)的組織中的氫氣濃度F：組織內(nèi)總的血流量W：被測(cè)組織重量：組織血液中的分配系數(shù)根據(jù)式(1)得出F/W=ln(CV0CV)/t(2)(3)由(3)式知道：從去飽和開(kāi)始組織中的廓?dú)錆舛鹊膶?duì)數(shù)隨時(shí)間成線性變化。在測(cè)量過(guò)程中由于被測(cè)對(duì)象的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來(lái)尖脈沖干擾，干擾通常會(huì)影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比

7、較大，實(shí)施連續(xù)4次數(shù)據(jù)采樣，去除其中的最大值和最小值，計(jì)算中間兩個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為采樣計(jì)算數(shù)據(jù)。存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。既濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾。對(duì)采樣計(jì)算數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)，這些對(duì)數(shù)值理論上應(yīng)當(dāng)滿足Ficks原理隨時(shí)間成線性變化。但實(shí)際上由于生理系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)引入的干擾，實(shí)際數(shù)據(jù)存在偏差。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作一元線性回歸分析。取200個(gè)采樣計(jì)算數(shù)據(jù)(lnCVi,ti)i=0,1,199,用直線y=at+b作回歸分析，其中a,b為回歸系數(shù)，yi=lnCVi。采用最小二乘法原理有：其中所以：組織血液中的分配系數(shù)，=0.782系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們采用80C51單片機(jī)為控制核心研制了一個(gè)完善的骨血流測(cè)試系統(tǒng)，該系

8、統(tǒng)能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和分析，監(jiān)視氫廓清過(guò)程，并能顯示和打印廓?dú)淝€和血流量測(cè)定結(jié)果。信號(hào)預(yù)處理電路完成信號(hào)放大、濾波、偏移整定，使信號(hào)滿足處理要求。A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，由于信號(hào)屬于低頻信號(hào)，變化緩慢，故不需加采樣保持。采用了TMA12864液晶顯示器顯示動(dòng)態(tài)波形。其結(jié)構(gòu)原理如1。1骨血流測(cè)試系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)3測(cè)試結(jié)果采用由AC19/1直流復(fù)射式檢流計(jì)和X-W/Q-C-100A/200A型長(zhǎng)自動(dòng)平衡記錄儀組成的測(cè)試系統(tǒng)I4，5和我們研制的測(cè)試系統(tǒng)分別測(cè)量了新西蘭兔股骨頭血流量。測(cè)試結(jié)果如下：表中Fa及Fb血流值呈正態(tài)分布，方差齊，行配對(duì)t檢驗(yàn)，兩者無(wú)顯著性差異

9、；(t=-1.04,p=0.196)；有直線相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.991(p=0.000)。但測(cè)試系統(tǒng)存在手工計(jì)算復(fù)雜且易產(chǎn)生誤差等缺點(diǎn)。不能進(jìn)行完善的數(shù)據(jù)處理。表1新西蘭兔股骨頭血流量及相應(yīng)血壓與心率NXSL1R1L2R2L3R3L4R4L5R5Fa7.958.1912.2912.0716.4415.0317.1117.309.019.6512.503.74Fb8.858.6012.2512.5515.7815.2117.0516.5810.4611.0212.843.15Bp15.013.513.014.014.013.013.313.514.714.513.90.7HR3203102

10、9028029030026026028027028620N：兔序號(hào)，L1：1號(hào)兔左股骨頭，R1：1號(hào)兔右股骨頭，余類(lèi)推；Fa：測(cè)試系統(tǒng)I所測(cè)血流量(ml/min/100g),Fb：測(cè)試系統(tǒng)所測(cè)血流量(ml/min/100g)；Bp：血壓(kPa)，HR：心率(beats/min)，x:均數(shù)；s:標(biāo)準(zhǔn)差。 4分析與討論研制的骨血流自動(dòng)測(cè)試儀適應(yīng)于骨血流的定量測(cè)定，實(shí)時(shí)檢測(cè)廓?dú)溥^(guò)程，自動(dòng)濾除干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸分析，可完成結(jié)果測(cè)定的顯示和打印，計(jì)算精度高，客觀可靠?？砷L(zhǎng)時(shí)間重復(fù)測(cè)定不同組織和部位的局部血流量，氫氣無(wú)毒且對(duì)組織器官的生理因素影響小，可推廣應(yīng)用于人體。是目前最經(jīng)濟(jì)的血流檢測(cè)方法。在臨床骨

11、科中可用于：生理狀態(tài)下各骨組織局部血流的測(cè)定，確定其正常范圍。早期診斷骨缺血性疾病及跟蹤其供血變化過(guò)程監(jiān)測(cè)各類(lèi)骨病的骨供血情況。骨折愈后評(píng)估。創(chuàng)傷后截肢平面的選擇。有著廣泛的應(yīng)用前景。也存在一些缺點(diǎn)：有創(chuàng)性檢查結(jié)果僅能反映電極周?chē)木植垦髁?，不能反映整個(gè)組織的血流量。改進(jìn)的辦法：研制出靈敏度高的剛性好的微電極。研制電極陣列完成整個(gè)組織的血流量的測(cè)定。作者簡(jiǎn)介:李海云31歲，男，講師，生物醫(yī)學(xué)工程博士。作者單位：李海云首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)工程系(北京100054)李玉軍楊尚春劉尚禮中山醫(yī)科大學(xué)(廣州510089)5參考文獻(xiàn)1何鳴謙.測(cè)量局部血流量的氫氣清除法.中華物理醫(yī)學(xué)雜志，1989，11：1762Indreasano AT,Lundell ML. Measurement of regional bone blood flow in the rab bit mandible using the hydrogen washout technique. J Den Res, 1981, 60:13653Thomson JG, Kerrigon CL. Hydrogen clearance assessment of technique for measureme