電子計算機技術在儀器分析中的應用

李進霞

LI Jin-xia

（日照職業(yè)技術學院，日照 276826）

0 引言

如今無處不在的計算機在不知不覺間已經(jīng)經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展，雖然五十年對于整個人類發(fā)展史來說顯得很短暫，然而計算機卻用這短暫的時間變革了人們的生活。計算機的發(fā)展大致經(jīng)過了機械計算的時代、電磁式計算機、電子數(shù)字計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、巨型機、微處理器、個人計算機、多媒體計算機，一直到現(xiàn)在將網(wǎng)絡技術結(jié)合與計算機相結(jié)合。

電子計算機技術，簡稱計算機技術，是一項既系統(tǒng)又復雜的綜合性技術。計算機技術具體包括的分支技術很多很寬泛，通常，我們所說的計算機技術包括運算方法、運算器（處理器）的設計、計算機接口的設計等等。我們知道，計算機發(fā)展到現(xiàn)在，集運算、存儲、管理、控制等于一身，已經(jīng)成為許多領域的技術核心，同時，硬件和軟件產(chǎn)業(yè)的蒸蒸日上也使得以此為依托的計算機技術如虎添翼。計算機技術大致可以分為四個方面：計算機系統(tǒng)技術、部件技術、器件技術和組裝技術，計算機系統(tǒng)技術又包括數(shù)據(jù)庫技術、圖像處理技術、管理自動化技術、故障自診斷技術、程序設計技術、軟件工程技術等；計算機器件和部件技術主要是為計算機提供硬件支持，主要包括運算與控制技術、信息存儲技術、接口技術等；計算機組裝技術由于主要用于對計算機進行維護和調(diào)試。這些方面既相互獨立又相互聯(lián)系，綜合起來就是計算機技術的大概面貌。本文以多種先進的科學儀器為載體，闡述了計算機技術在儀器分析中的應用。

1 計算機技術在心音分析儀中的應用

心音分析儀[1]是一種現(xiàn)代的醫(yī)學分析儀器，能夠觀測心臟和大血管等的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，具有重要的臨床意義。以前的心音分析儀主要依靠模擬電路產(chǎn)生的圖像進行觀測，然而這種方法功能有限，且效果欠佳，隨著計算機技術的蒸蒸日上，心音分析儀適時借助了計算機的強大功能，避免了先前儀器的許多弊端。

1.1 心音分析儀的結(jié)構(gòu)

硬件：傳感器、信號處理模塊、計算機、打印機和音箱等，如圖1所示。心音傳感器的功能就是將獲得的心音信號傳遞給信號處理模塊，類似聽診器的功能，不過比聽診器更專業(yè)更高效。我們知道，要想獲得良好的心音信號，就必須要降低周圍的噪聲影響，就像醫(yī)生在使用聽診器時周圍環(huán)境嘈雜，那么醫(yī)生對于心音的判斷會受到影響。降低噪聲最直接的辦法就是濾波，心音分析儀就是加上了一個預處理的裝置，該裝置包括放大器和濾波器[2]。另外，除了噪音對儀器的效果有影響，當心音十分微弱時，心音儀也很難捕捉到信號，解決這個問題可以通過調(diào)節(jié)增益來實現(xiàn)，即增強高頻的成分。

軟件：心音分析儀用vb6.0進行程序設計。

1.2 心音分析儀的信號處理

圖1 心音分析儀結(jié)構(gòu)圖

心音分析儀的信號處理有自身的一些特點，包括信號的采集、存儲，顯示波形，分析量化等。在信號采集環(huán)節(jié)中，用戶看見的是已經(jīng)圖形化的軟件界面，易于理解和操作，只需要按照菜單引導的標準步驟進行信號的采集，采集信號完畢后將信號以音頻格式（wav等）存儲到數(shù)據(jù)庫。在顯示信號波形的時候，用戶可以對產(chǎn)生的波形進行具體的操作，用戶可以選擇詳細測量分析，也可以選擇特殊測量分析。除此之外，心音分析儀還可以將信號進行量化處理，從而達到更細致地分析和診斷的目的，這個過程運用的算法通過計算機處理之后變得很容易。不僅如此，計算機還專為打印機設置了打印機接口，數(shù)據(jù)通過接口傳送到打印機，打印機按照程序設計時編輯好的格式將數(shù)據(jù)打印出來，使得用戶對數(shù)據(jù)和打印機的操作直觀便捷。

心音分析儀充分利用了計算機的便攜特點和強大的數(shù)據(jù)處理功能，不但能夠滿足對于心臟和大血管等的狀態(tài)觀測，而且方便了用戶和醫(yī)護人員等的攜帶和妥善保管。由此可見，將計算機技術和臨床醫(yī)學有機結(jié)合在一起，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 計算機技術在血液分析儀中的應用

血液分析儀可以用來測量人體血液中血糖、膽固醇、乳酸等的含量，對于糖尿病人和妊娠期婦女等人群有著重要的意義。以前國內(nèi)大部分血液分析儀能夠測量的項目有限，一般只能測量血糖和膽固醇含量，并且具體操作復雜，結(jié)果等待時間長，實用性不強，而且儀器本身不易于攜帶。目前，一種基于計算機技術的血液分析儀替代了舊有的儀器，很大程度解決了上述問題。新型的血液分析儀全程自動測量，提供計算機接口，方便攜帶。它有別于傳統(tǒng)血液分析儀的主要特征有：包括了單片機、檢測信號的環(huán)節(jié)、控制信號的環(huán)節(jié)、網(wǎng)絡通信接口和液晶顯示。血液分析儀實現(xiàn)了多個測量項目的同時進行，用戶想知道的或者沒想到的指標都一覽無余，并且，用戶可以根據(jù)自身的實際情況有選擇的進行測量，通過對分析儀的簡單操作就可以實現(xiàn)任意指標的組合測量。其次，血液分析儀整個測量時間大大縮短，操作步驟淺顯易懂。血液分析儀不僅僅能夠檢測出血糖、膽固醇等的精確含量，而且能夠根據(jù)測量結(jié)果判斷出這些指標是否超出正常范圍，然后發(fā)出警告。由于預先在軟件程序里設置了一些標準的參數(shù)，這些參數(shù)都是經(jīng)過嚴謹?shù)呐R床實驗得到的，在測量結(jié)果產(chǎn)生后儀器會自動與保存的標準參數(shù)相比較，給出合理的判斷。最后，血液分析儀的測量結(jié)果可以通過通信接口方便快捷的傳遞到計算機上，計算機可以對這些數(shù)據(jù)進行保存和查詢，極大的增強了分析儀的實用性。

如圖2所示，血液分析儀[3]的硬件組成主要包括單片機、信號的檢測、信號的控制、通信接口和液晶顯示等。

圖2 血液分析儀結(jié)構(gòu)圖

由上述示意圖可以知道，計算機在血液分析儀中扮演的主要角色是接口，采集信號、數(shù)據(jù)運算則由單片機來執(zhí)行，因此在這里只討論計算機實現(xiàn)的通信接口功能。分析儀的通信接口可以方便的連接到計算機上，就像我們平時將相機或者手機等設備中的圖片通過數(shù)據(jù)線上傳到計算機一樣，通信接口通過串口芯片[4]將分析儀和計算機連接起來，二者能通過線路進行數(shù)據(jù)交換。這不僅僅避免了血液分析儀在使用過程中對于數(shù)據(jù)保存和查詢的復雜處理，而且由于數(shù)據(jù)庫在計算機上，因此一定程度上減少了分析儀被占用的內(nèi)存，從而加快了分析儀測量結(jié)果產(chǎn)生的時間。而借助計算機強大的數(shù)據(jù)和信號處理功能，為血液分析儀將來擴展其他的功能提供了便捷。

3 計算機技術在金屬分析儀中的應用

計算機在金屬分析儀[5]中擔任的角色是控制器和計算器，對儀器進行控制，對金屬的濃度進行計算。金屬分析儀測量得出數(shù)據(jù)之后通過串口通信技術傳送到計算機，計算機再對傳回的數(shù)據(jù)進行處理，獲得濃度。計算機所使用的分析軟件功能十分強大，可以對儀器進行操控，并且能夠?qū)魅胗嬎銠C的所有數(shù)據(jù)和信息進行有序處理。如果濃度超標，軟件還能發(fā)出報警。另外，軟件本身的運行并不影響同時運行的其他軟件功能，而且可編輯性強，能夠?qū)?shù)據(jù)以用戶要求的形式發(fā)送給其他軟件或者設備。

首先，金屬分析儀的軟件界面淺顯易懂，可操作性強，在程序設計的時候，編程者將各項功能圖形化為各級菜單，方便用戶直觀操作。比如可以在主界面上點擊“分析”子菜單，從而進入了濃度計算的界面。然后在濃度計算界面很容易找到任務選擇/切換按鈕，點擊后迅速出現(xiàn)若干可選項，方便用戶選定或者切換任務。所有測試完成后，產(chǎn)生的結(jié)果需要存儲，這時用戶可以直接按照界面的引導返回到初始界面，在初始界面上對獲得的結(jié)果進行處理或者傳輸，通過rs232串口線與計算機通信，從而將數(shù)據(jù)存儲到本地。

另外，計算機對儀器進行實時的狀態(tài)觀測，用戶可以第一時間知道儀器運行正常與否。其次，在數(shù)據(jù)共享方面，計算機統(tǒng)一了各個文件傳輸?shù)母袷胶捅４媛窂剑苊饬舜鎯桶l(fā)送混亂的狀況發(fā)生，還可以在用戶所在的局域網(wǎng)中添加數(shù)據(jù)共享的功能。此外，分析儀的軟件還有將數(shù)據(jù)輸出為報表的功能。在程序設計時，編程者使用了如SQL 2000、Delphi等平臺[6]，開發(fā)屬于用戶的數(shù)據(jù)庫。SQL 2000可以存儲大量的數(shù)據(jù)，用戶完全不用擔心容量問題，用戶不但可以從已經(jīng)安裝的本地數(shù)據(jù)庫上查詢保存的數(shù)據(jù)，軟件界面也提供了方便的數(shù)據(jù)查詢功能，而且允許用戶對數(shù)據(jù)進行篩選，最終獲得用戶想得到的數(shù)據(jù)。獲得的數(shù)據(jù)嵌入到編好格式的報表中，在打印機接口中輸出打印。由此可見，計算機對數(shù)據(jù)的處理在很大程度上減少了人為的勞動，人為的計算過程容易受到周圍環(huán)境和自身素質(zhì)等的影響，因此有很大的不確定性，計算機技術的運用基本避免了這種情況的發(fā)生，錯誤率降低。

4 結(jié)束語

計算機技術浩瀚無邊，難以窺其全貌，雖然我們目前已經(jīng)掌握了一部分計算機技術，但是只是冰山一角，還需要不斷的探究和創(chuàng)新。儀器分析是一項細致、嚴密的技術，很容易出現(xiàn)錯漏和疏忽，需要計算機技術來充當中流砥柱。計算機技術在儀器分析中的應用雖然能夠使分析過程簡單化、數(shù)據(jù)處理明了化、信息傳輸快捷化等，加速了儀器科學的發(fā)展，但不能完全滿足了社會對于科學儀器的技術要求，因此相關的研究開發(fā)不能止步，應當本著具體問題具體分析的原則，為科學技術領域的儀器分析尋找適合的計算機技術支持。

[1]王雪靜.醫(yī)學檢驗計算機應用技術在教育中的應用[J].實用醫(yī)技雜志.2006,(32).

[2]潘禮慶.計算機技術在醫(yī)療儀器中的應用[M].中國中醫(yī)藥出版社.2008.

[3]賀志安.檢驗儀器分析[M].人民衛(wèi)生出版社.2010.

[4]金成波.網(wǎng)絡化儀器技術與實現(xiàn)[M].清華大學出版社.2010.

[5]劉尚華.新疆有色金屬[J].新疆有色金屬報.2010,(52).

[6]劉約權(quán).現(xiàn)代儀器分析[M].高等教育出版社.2006.