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燕山大学里仁学院课程设计论文

基于单片机的血沉自动测试仪的设计

摘要

近年来，随着电力电子技术、控制技术以及传感器技术的水平的提高,

各种医疗仪器逐渐由以前的人工操作和测量改进为全自动或者半自动检测。

本文所设计的血沉自动测试仪能有效地解决人工操作带来的测量误差等问

题，因此具有广阔的应用前景。

本文将自动控制技术应用在血沉值测试中，对血沉值的测试原理及其应

用进行了理论分析，利用单片机作为系统的中央控制芯片，设计了信号采集

电路、步进电机驱动电路、多路选择开关电路、电压比较器电路、键值采集

电路、液晶显示电路、串行通信电路等硬件电路并对其工作原理进行了分析。

利用 C 语言编写了系统的控制程序，包括系统的初始化程序、数据采集和处

理程序、运行状态和结果的显示程序、键值采集程序、步进电机驱

动程序、结果的打印程序等。最后对本文所设计的硬件电路和软件部分进行

了总体调试，并选取四组血样进行了重复测试，得到的结果与实际结果具有

很好的可比性，证明了本设计的可行性，而且它具有检测速度快、测量准确

等优点可以使医护人员更快更直接的得到测量结果，确保给病人快速准确的

诊断。

关键词：血沉自动测试仪，步进电机，信号采集，多路选择开关.

燕山大学里仁学院课程设计论文

第一章绪论

§1-1 血沉的机理介绍

血沉现象的出现是由于人体的血液是由血细胞、血小板和血浆构成。取

一定的血样，在其中加入抗凝剂，过一段时间后就和大多的沉淀现象一样，

血样会出现分层现象，血细胞密度较大会逐渐沉淀到最底端，血浆则在最上

端。血液沉降速率的快慢是由于在血流中的红细胞，因胞膜表面的唾液所

具有的负电荷等因素而互相排斥使细胞间距离为约为 25nm，故彼此分散悬

浮而下沉缓慢。如血浆或红细胞本身发生改变，则可使血沉发生变化。

在循环着的血液中红细胞悬浮于血浆中而不下沉。这种悬浮稳定性取决

于红细胞膜和血浆的特性，当用抗凝剂防止血液凝固，并将抗凝的血液放在

一定的刻度管中，观察一定时间内红细胞下沉的速度（用下沉距离表示）叫

做“红细胞沉降率”，简称“血沉”（ESR）。通常以第 1 小时末血沉管内血浆

高度为标准，血沉愈快则表示红细胞的悬浮稳定性愈差。血沉测定所得数据

将随仪器与试剂的不同而变化。临床上通常采用魏氏法，正常值成年男子为

0～15mm/第 1 小时末，成年女子为 0～20mm/第 1 小时末。小儿血沉较成人

慢。血沉有生理性增快，见于妇女月经期及妊娠期。此外多为病理性增快，

见于结核病进行期或病情恶化、风湿病活动期或肿瘤以及全身性炎症病例，

如急性肺炎等，故测定血沉有辅助诊断

的意义。

血沉快慢的关键，在于红细胞是否易于发生叠连现象。红细胞叠连指红

细胞彼此以凹面相贴而重叠成串钱状。由于红细胞与血浆间的摩擦力为红细

胞下沉的阻力，而叠连红细胞的表面积与容积比减小，也即是和血浆接触面

积减小，彼此摩擦力也就减小，叠连红细胞就随单位面积的重量增大而加速

下降。当正常人的红细胞放置在血沉增快的患者血浆中，红细胞叠连度和血

沉正常。由此证明，影响红细胞叠连的主要因素在血浆中。进一步研究又证

明这与血浆蛋白总量无关，而当球蛋白、纤维蛋白原等(带正电荷)增多时会

促进叠连。有人分析红细胞表面存在带负电荷的唾液蛋白、白蛋白增多会促

使叠连减慢。由于同电相斥，致使红细胞保持悬浮稳定性，当某些因素使血

浆中带正电荷的蛋白质增多或降低红细胞表面负电荷量时，则叠连增快，其

详细机理还不清楚。另外，血浆脂类中胆固醇增多时，可使叠连和血沉加速，

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卵磷脂则阻止叠连而使血沉减慢。

§1-2 血沉的临床意义及测试方法

血沉是一项非特异性的化验项目。这就是说，血沉加快并不能确定患有

哪种病，血沉正常也不意味着没有病。测定血沉可以了解疾病和观察疾病的

发展和变化，需要与其他化验结果和临床资料结合分析，才能对疾病诊断有

所帮助。血沉是一项有效的疾病预警指标，并在一些特殊的情况下可作为一

项非常有用的疾病预兆指标。判断血沉结果的正常与否需按性别区分，参考

范围（魏氏法）：男性为 0～15mm/h，女性为 0～20mm/h。血沉增快在临床上

更为常见。魏氏法无论男女其血沉值达到 25mm/h，为轻度增快；达到 50mm/h

为中度增快；大于 50mm/h 为重度增快。潘氏法无论男女血沉达到 20mm/h 者

均为增快。血沉增快的临床意义如下：

⑴生理性增快：妇女月经血沉略增快，可能与子宫内膜破伤及出血有关，

妊娠 3 个月以上血沉逐渐增快，可达 30mm/h 或更多，直到分娩后 3 周，

如无病发症则逐渐恢复正常。其增快可能与生理性贫血、纤维蛋白原量逐渐

增高、胎盘剥离、产伤等有关。60 岁以上的高龄者因血浆纤维原蛋白量逐

渐增高等。也常见血沉增快。小儿的血沉也可略快于参考范围，此时可能与

疾病无关。

⑵病理性增快：

①各种炎症：细菌性急性炎症时，血中急性反应相物质（acutephase

reactant）迅速增多，包括 α1 抗胰蛋白酶（α-antirypsin）、α2 巨蛋白

（α2-mactoglobulin）、C 反应蛋白（C reactiveprotein）、肝珠蛋白

(haptoglobin )、运铁蛋白(transferrin)、纤维蛋白原(fibrinogen)等，

主要因为释放增多甚至制造加强所致。以上成分或多或少地均能促进红细胞

的线状聚集，故炎症发生后 2-3 天即可见血沉增快。风湿热的病理改变结缔

组织性炎病症，其活动期血沉增快。慢性炎症如结核病时，纤维蛋白原及免

疫球蛋白含量增加，血沉明显增快。临床上常用血沉来观察结核病及风湿热

有无活动性及其动态变化。

②各种原因导致的高球蛋白血症（hyperglobuinemia）:亚急性感染性

心内膜炎、黑热病、系统性红斑狼疮等所致的高球蛋白血症时，血沉常明显

增快。各种原因引起的相对性球蛋白增高如慢性肾炎、肝硬化时血沉也常增

快。多发性骨髓瘤、巨球蛋白血症时，浆细胞的恶性增殖致使血浆病理性球

蛋白高达 40-100g/L 或更高，故血沉增快。巨球蛋白症病人，血浆中 IgM 增

多，其血沉理应增快，但若 IgM 明显增多而使血浆沾稠度增高即高沾综合症

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时，反而抑制血沉，可得出一个正常甚至减慢的结果。另外恶性肿瘤、组织

损伤及坏死、贫血、高胆固醇积压症均可导致血沉增快。

血沉加快常与以下疾病有关：

△炎症性疾病，如急性细菌性炎症，2～3 个小时就会出现血沉加快的

现象；

△恶性肿瘤，迅速增长的恶性肿瘤常使血沉增快，而良性肿瘤血沉多正

常；

△各种急性全身性或局部性感染，如活动性结核病、肾炎、心肌炎、肺

炎、化脓性脑炎、盆腔炎等；各种胶原性疾病，如类风湿性关节炎、系统性

红斑狼疮、硬皮病、动脉炎等；

△组织损伤和坏死，如大范围的组织坏死或损伤、大手术导致的损伤，

心肌梗死、肺梗死、骨折、严重创伤、烧伤等疾病亦可使血沉加快；

△患有严重贫血、血液病、慢性肝炎、肝硬化、多发性骨髓瘤、甲亢、

重金属中毒、恶性淋巴瘤、巨球蛋白血症、慢性肾炎等疾病时，血沉也可呈

现明显加快趋势。血沉加快对发展速度较快的恶性肿瘤具有提示价值：手术

将肿瘤切除，或化疗、放疗治疗有效时，血沉可减慢；肿瘤复发或出现转移

时，血沉还可再加快。良性肿瘤一般血沉不加快或出现减慢现象，因此可以

通过这个项目协助初步判断肿瘤的性质。血沉减慢临床意义较小，可因红细

胞数量明显增多及纤维蛋白原含量严重减少所致，见于各种原因所至的脱水、

血浓缩、真性红细胞增多症、弥漫性血管内凝血、低纤维蛋白原血症和球形

红细胞增多症等。

血沉的快慢还可辅助观察病情的变化。如风湿病、结核病血沉加快的程

度常与病情轻重有关。活动期血沉加快；病情好转时血沉速度减缓；非活动

期血沉可以恢复到参考范围。因此，测定血沉可大致推测疾病的发展及观察

治疗效果。例如，红斑狼疮病人的血沉从平稳到加快表明病情进入活动期，

长期稳定在参考范围内就说明病情得到了控制。有关血沉的临床应用，已在

风湿病诊断中广泛证实。有报道，正常动脉炎在短时间内发生率仅在 0.2% ，

而仅有 4.0% 的动脉炎患者血沉小于 30 mm 。观察发现，多发性肌炎 ESR 及

疼痛密切相关，为疾病活动性的重要标志物。除风湿病外，近年临床还观察

到在镰状细胞贫血、骨髓炎在诊断上也有价值。而且 ESR 对脑卒中及急性冠

状动脉炎的病程进展也有参考价值，还可预测死亡率。并可评估是否因炎症

所致血小板破坏及血栓形成。因此，从临床的角度看，血沉是一项值得推

广的实验方法。

既然血沉作为一项非特异性的指标对人的生理病理有如此重要的临床

意义，如何迅速而准确的得到血样的血沉值，就成为全世界关注的问题。血

沉值测定的方法有多种，有魏氏法（Westergren 法）、库氏法（Coulter

法、）、温氏法（Wintobe-landsbrey 法）、潘氏法。过去一直使用国际血液

学标准委员会（ICSH）推荐的魏氏法，也是该委员会推荐的唯一的血沉测定

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