近年来,心血管疾病已成为全球死亡的首要原因。随着我国社会的发展、医疗技术的进步,人们的健康水平和医疗条件都有了很大的进步。然而有研究表明,由于人群心血管疾病危险因素水平上升,再加上人口老龄化的趋势,我国人群心血管病的发病率和死亡率逐年上升。中国目前心血管病患病人数达2.3亿人,每年死于心血管疾病的人数接近350万人。2011年,中国心血管疾病的死亡人数已列世界第2位。随着技术的进步,对于冠状动脉疾病的评价方法也逐渐革新,从曾经的“金标准”冠状动脉造影(Coronary Angiography,CAG)发展到血管内超声(Intravenous Ultrasound,IVUS)以及光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography,OCT)等技术。但是这些技术只能对血管病变部形态进行影像学评价,而无法对冠状动脉狭窄病变部位的生理功能做出准确的评价,也就是说这些技术都无法明确冠状动脉狭窄病变的性质,只能凭诊断医生的经验判断,这样往往会导致低估或高估病变的严重程度。为了更好地评价冠状动脉狭窄病变的功能意义,近年来国内外对冠状动脉狭窄病变部位的生理功能有了新的评价方法,即评价冠状动脉狭窄病变是否引起了明显的心肌缺血,Pijls等学者于1993年提出了血流储备分数(Fractional Flow Reserve,FFR)的新概念:血流储备分数是指存在狭窄病变时心肌的最大血流量(Qmaxs)与假设不存在狭窄病变时所能获得的最大血流量(Qmaxn)的比值,并建立了相应的压力-血流方程。与之前临床广泛应用的冠状动脉造影、血管内超声以及光学相干断层扫描技术等技术不同,此参数真正描述了狭窄病变对血管的功能影响到何种程度。将过去根据医生经验判断是否需要放置支架转化为量化参数指导,能够有效避免低估或高估冠状动脉狭窄病变程度,从而减少医疗事故或避免过度医疗。理论上来说,冠状动脉血流储备分数不受血流动力学因素(如血压、心率以及心肌收缩力等)的影响,可以用于多支血管病变而且重复性较好,逐渐受到广泛的关注和应用。目前该参数可使用也仅能使用St.Jude或者Volcano这两家美国公司生产的设备对其进行测量判断。该设备主要分成两个部分,一是压力导丝,在其尖端放置了一个超微型压力传感器,并用其测量冠状动脉内血压;二是测量主机,它把压力导丝测量的信号进行处理,转化为最直观的波形图和数字供医护工作人员使用。目前国内还没有自主研发的冠状动脉压力导丝和冠状动脉血流储备分数实时测量系统。现有的冠状动脉血流储备分数实时测量系统中测压导丝和主机之间采用有线连接方式,在手术过程存在导丝的操作不便而且可能引起感染风险。本课题设计了一种无线血流储备分数实时测量系统,以微处理器和ARM为核心,采用无线测量技术,实现了传感器动态补偿及测量,提高了测量的准确性。并研制出无线血流储备分数实时测量系统样机,该系统样机操作简单,以触屏方式操作可以提高在手术过程中的便捷性与准确性。论文第一章介绍了课题研究背景,包括目前临床上对冠状动脉狭窄的主要判断方法以及血流储备分数的定义。同时对国内外发展状况进行论述,并对本课题的研究内容和意义进行详细的描述。论文第二章介绍了压力导丝的结构,并详细分析了超微型压力传感器的工作原理、温度漂移以及补偿方法,然后介绍了各种信号调理芯片。在对各厂家的信号调理芯片基本构成和补偿原理进行深入分析的基础上,选择了 PGA309和MAX1454两种信号调理芯片对压力导丝输出的信号进行补偿实验研究。论文第三章介绍了测量系统的硬件设计。测量系统采用无线传输方式,硬件设计分成两个部分:上位机系统和下位机系统。下位机系统以STC15F2K60S2单片机为控制核心,分别根据PGA309和MAX1454两种信号调理芯片设计了两种方案。采用模块化电路设计,主要模块有:供电模块、信号调理模块、微处理器模块、无线通讯模块。采用电源稳压芯片对信号调理芯片、微处理器STC15F2K60S2及整个下位机系统提供精密电源电压,微控制器读取压力导丝相对应的EEPROM数据后对信号调理芯片进行配置,通过ADS1115进行模数转换,然后通过微控制器和无线通讯模块与上位机进行通讯,将下位机采集到的经调理后的信号传输到上位机系统。上位机采用ARM嵌入式系统和触摸屏显示,能够实现与下位机进行数据传输、处理以及存储。选用Samsung公司的S5PV210微处理器,ARM CortexTM-A8内核,主频可达1GHz,具有4通道UART、3通道的I2C、LCD控制器和触摸屏控制器等丰富的片内资源。通过连接SDRAM,Flash和带触摸屏的LCD即可组成功能齐全的嵌入式系统。采用1024×600分辨率精准电阻式触摸的10.1 inLCD屏,取消传统键盘,仪器操作简单。经实验测试,硬件电路基本满足要求。第四章介绍了测量系统的软件部分。下位机系统采用C语言按照模块化设计的编程思想来设计主程序和各部分功能的子程序。程序模块包括读取压力导丝的存储信息、对信号调理芯片进行配置模块,无线发送控制模块,AD采样模块等,模块化设计使系统软件整体结构清晰,可读性强,便于维护和调试。上位机系统采用JAVA语言按照面向对象的编程思想,设计了主程序和各部分功能模块,包括与下位机的数据传输模块,数据处理模块,显示模块等。论文第五章进行了相关实验测试。首先测试了整个系统的传输能力,抗干扰能力,以确定整个系统在无线工作条件下是否满足要求。同时对两种压力信号校准设计方案的性能进行了模拟实验与对比分析。校准测试实验主要包括三部分:第一,PGA309方案的性能测试;第二,MAX1454方案的性能测试;第三,PGA309与MAX1454两种方案的性能对比。模拟实验采用U形管模拟血管内部状态,在U形管内注入一定量的水模拟血液,气泵作为压力源,水银压力计用来读取压力数值。U形管的一端连接气泵和水银压力计,另外一端放入压力导丝。在确保密封的条件下,分别对PGA309方案与MAX1454方案进行系统精度测量实验。改变U形管内水的温度,分别对PGA309方案与MAX1454方案进行温度漂移补偿测试实验,并对两个方案的实验数据进行对比分析。模拟实验结果表明这两款芯片均能满足系统测量校准需求,系统工作稳定可靠。但PGA309芯片的温度补偿参数计算复杂而MAX1454的补偿参数计算相对简便,因此使用MAX1454方案比PGA309方案更具有操作性。