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經歷了五十多年的發展，雖然五十年對于整個人類發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。計算機的發展大致經過了機械計算的時代、電磁式計算機、電子數字計算機、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，一直到現在將網絡技術結合與計算機相結合。

電子計算機技術，簡稱計算機技術，是一項既系統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，計算機發展到現在，集運算、存儲、管理、控制等于一身，已經成為許多領域的技術核心，同時，硬件和軟件產業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：計算機系統技術、部件技術、器件技術和組裝技術，計算機系統技術又包括數據庫技術、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試。這些方面既相互獨立又相互聯系，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]是一種現代的醫學分析儀器，能夠觀測心臟和大血管等的運轉狀態，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 心音分析儀的結構

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，就像醫生在使用聽診器時周圍環境嘈雜，那么醫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節增益來實現，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 心音分析儀結構圖

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。在信號采集環節中，用戶看見的是已經圖形化的軟件界面，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）存儲到數據庫。在顯示信號波形的時候，用戶可以對產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，數據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據打印出來，使得用戶對數據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據處理功能，不但能夠滿足對于心臟和大血管等的狀態觀測，而且方便了用戶和醫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學有機結合在一起，具有重要的現實意義。

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。它有別于傳統血液分析儀的主要特征有：包括了單片機、檢測信號的環節、控制信號的環節、網絡通信接口和液晶顯示。血液分析儀實現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，而且能夠根據測量結果判斷出這些指標是否超出正常范圍，然后發出警告。由于預先在軟件程序里設置了一些標準的參數，這些參數都是經過嚴謹的臨床實驗得到的，在測量結果產生后儀器會自動與保存的標準參數相比較，給出合理的判斷。最后，血液分析儀的測量結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據進行保存和查詢，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 血液分析儀結構圖

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、數據運算則由單片機來執行，因此在這里只討論計算機實現的通信接口功能。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據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據交換。這不僅僅避免了血液分析儀在使用過程中對于數據保存和查詢的復雜處理，而且由于數據庫在計算機上，因此一定程度上減少了分析儀被占用的內存，從而加快了分析儀測量結果產生的時間。而借助計算機強大的數據和信號處理功能，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據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據進行處理，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，并且能夠對傳入計算機的所有數據和信息進行有序處理。如果濃度超標，軟件還能發出報警。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，能夠將數據以用戶要求的形式發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，產生的結果需要存儲，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，從而將數據存儲到本地。

另外，計算機對儀器進行實時的狀態觀測，用戶可以第一時間知道儀器運行正常與否。其次，在數據共享方面，計算機統一了各個文件傳輸的格式和保存路徑，避免了存儲和發送混亂的狀況發生，還可以在用戶所在的局域網中添加數據共享的功能。此外，分析儀的軟件還有將數據輸出為報表的功能。在程序設計時，編程者使用了如SQL 2000、Delphi等平臺[6]，開發屬于用戶的數據庫。SQL 2000可以存儲大量的數據，用戶完全不用擔心容量問題，用戶不但可以從已經安裝的本地數據庫上查詢保存的數據，軟件界面也提供了方便的數據查詢功能，而且允許用戶對數據進行篩選，最終獲得用戶想得到的數據。獲得的數據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，計算機對數據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境和自身素質等的影響，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生，錯誤率降低。

4 結束語

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新。儀器分析是一項細致、嚴密的技術，很容易出現錯漏和疏忽，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、數據處理明了化、信息傳輸快捷化等，加速了儀器科學的發展，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.醫學檢驗計算機應用技術在教育中的應用[J].實用醫技雜志.2006,(32).

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

[3]賀志安.檢驗儀器分析[M].人民衛生出版社.2010.

[4]金成波.網絡化儀器技術與實現[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.現代儀器分析[M].高等教育出版社.2006.