摘要：激光多普勒血流計(jì)是微循環(huán)研究中用于測定組織、微區(qū)血流灌注流量、微循環(huán)狀態(tài)的儀器。利用多普勒移動分量來測定血細(xì)胞流量，是一種非損傷、快速、連續(xù)、直接測量組織微區(qū)灌流量的新方法，對醫(yī)學(xué)研究有重要意義。本文主要介紹了利用多普勒現(xiàn)象設(shè)計(jì)的激光多普勒血流計(jì)，論述了用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的新方法和新措施。
關(guān)鍵詞：多普勒血流計(jì)；微血管灌流量；數(shù)字濾波器；激光

0 引言
多普勒血流計(jì)的出現(xiàn)標(biāo)志著在微血管灌流方面取得重大進(jìn)步。本設(shè)計(jì)采取雙通道裝置拾取多普勒信號，有效地抑制噪聲信號，采用單片機(jī)來對信號進(jìn)行控制及處理，既簡化了電路，又有助于信號的處理及讀取。運(yùn)用12位的AD574A不但提高了信號精度，利用其雙極性，也省去了以往信號處理中復(fù)雜的乘方、開方電路或絕對值電路。通過四位LED顯示，直觀、準(zhǔn)確地讀取血細(xì)胞灌流量的瞬時相對定量值，可精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。并同時配有揚(yáng)聲器來形象表示信號的強(qiáng)弱和變化。還可通過繪圖儀，對信號進(jìn)行長時間檢測、記錄，以便研究和分析。

1 系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作時，從激光探頭發(fā)射出一束激光照射到組織上，并穿透組織形成一個半徑為1mm的半球，半球中心在探頭處。所有穿過該區(qū)域的血細(xì)胞會反射回部分光線，造成光線的多普勒移動，移動的強(qiáng)度和頻率與穿過該區(qū)域的血細(xì)胞數(shù)量和速度有關(guān)，與其方向無關(guān)(灌流量定義為：血細(xì)胞灌流量=測量區(qū)域的血細(xì)胞量×細(xì)胞的平均速度)。部分反射回來的光由雙路激光探頭拾取，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為反映血細(xì)胞灌流量大小的電信號。該電信號經(jīng)一系列電學(xué)及數(shù)據(jù)處理后，利用51單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示血流灌流量相對量
的大小，驅(qū)動繪圖儀描記灌流量，控制揚(yáng)聲器發(fā)出反映灌流量大小的聲音。



2．硬件技術(shù)方案
2．1 信號處理電路的設(shè)計(jì)
信號處理電路是利用光纖將低功率激光傳到探頭，當(dāng)探頭放置在組織上時，被照射到的直徑約1mm的半球區(qū)中運(yùn)動的血紅細(xì)胞將使光被重復(fù)的反射、折射，這些被反射、折射的復(fù)合光因血紅細(xì)胞的移動發(fā)生了多普勒頻率移動并有一部分散射回組織表面，進(jìn)入兩根對稱的接收光導(dǎo)纖維。通過這兩根對稱饋送光纖傳送給兩個光電三極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，就可以把可知頻率的多普勒信號展寬并檢測出來。再經(jīng)過放大、濾波、歸一化處理即可濾出低頻噪聲及直流成分。由于兩路多普勒信號是差模信號，所以經(jīng)過差分放大器后，環(huán)境噪聲、電網(wǎng)噪聲、激光噪聲將被大大抑制。再經(jīng)信號處理單元進(jìn)一步濾波、放大、補(bǔ)償平滑后即可提取出正比于血細(xì)胞灌流量的電壓信號。信號處理電路具體框圖見圖1的A／D轉(zhuǎn)換前面部分。
5G28是單片機(jī)相容輸入阻抗集成運(yùn)放，具有高輸入阻抗及高轉(zhuǎn)換速度的特點(diǎn)，廣泛用于微電流的放大。因此，前置放大器、2KHz高通濾波器和7KHz低通濾波器均采用5G28。
F007是單片機(jī)單增益運(yùn)算放大器，它不需要外圍頻率補(bǔ)償，有很高的共模和差模輸入電壓范圍，因此積分器選用這個放大器。積分器時間常數(shù)和增益的改變，采用4066由單片機(jī)控制。
由于傳感器經(jīng)光敏三極管轉(zhuǎn)換的信號比較弱而且其中包含工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大選用AD521。AD521具有高輸入阻抗，低失調(diào)電流，高共模抑制比特點(diǎn)，其增益可在O．1～1000之間調(diào)整，各種增益參數(shù)已進(jìn)行了內(nèi)部補(bǔ)償，具有輸入輸出保護(hù)功能，有較強(qiáng)的過載能力。在使用中采用變壓器耦合，通過調(diào)節(jié)外界電阻改變增益。