《電子技術(shù)應(yīng)用》
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采用LabVIEW開發(fā)多參數(shù)病人監(jiān)護儀自動測試系統(tǒng)
摘要: 測試系統(tǒng)以工控機為控制平臺。由內(nèi)部的GPIB和串口卡來對外圍的可編程儀器的控制;由數(shù)據(jù)采集卡對測試信號進行采集;DIO (數(shù)字輸入輸出) 對自制夾具內(nèi)部的繼電器切換控制;由直流電源控制電磁閥進行測試氣體回路管理;通過網(wǎng)路服務(wù)器進行測試數(shù)據(jù)庫,測試報表,登錄信息的存儲管理
Abstract:
Key words :

病人監(jiān)護儀介紹:

病人監(jiān)護儀屬醫(yī)療設(shè)備,用于臨床實時監(jiān)護病人的ECG(心電圖), SPO2(血氧飽和度),NIBP(無創(chuàng)血壓),IBP(有創(chuàng)血壓),Temperature(溫度), etCO2(末端二氧化碳/呼吸)等各種生理特征參數(shù)。

測試系統(tǒng)的架構(gòu)

測試系統(tǒng)以工控機為控制平臺。由內(nèi)部的GPIB和串口卡來對外圍的可編程儀器的控制;由數(shù)據(jù)采集卡對測試信號進行采集;DIO (數(shù)字輸入輸出) 對自制夾具內(nèi)部的繼電器切換控制;由直流電源控制電磁閥進行測試氣體回路管理;通過網(wǎng)路服務(wù)器進行測試數(shù)據(jù)庫,測試報表,登錄信息的存儲管理;

 

圖一 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)的界面

1) 用戶管理:

為了測試系統(tǒng)的操作安全和信息安全,該測試站只允許培訓(xùn)合格的用戶訪問。該系統(tǒng)還根據(jù)使用者的級別定義了相應(yīng)的操作權(quán)限。所有訪問信息都會通過網(wǎng)絡(luò)傳入服務(wù)器的登錄數(shù)據(jù)庫中。

 

圖二 登錄界面

2) 測試界面:

該測試界面記錄了測試站名稱,版本號,待測物的型號,序列號,操作者名稱,測試時間,測試數(shù)據(jù)等必要信息。測試過程還會實時顯示當(dāng)前測試項名稱,進度條。

 

圖三 測試界面

心電監(jiān)護儀的測量原理

1) ECG心電功能

ECG心電圖人體非常重要的生理信號,該信號可以反應(yīng)心率和強度,醫(yī)生以從中分析病人心臟的狀態(tài),如早搏,缺損,室顫,停搏等。

a) 標(biāo)準心電信號測試

按標(biāo)準ANSI/AAMI EC13由NI PCI-6733 高速模擬輸出通道(AO)產(chǎn)生標(biāo)準心電信號;

 

圖四 標(biāo)準心電信號

按標(biāo)準ANSI/AAMI EC13設(shè)計ECG心電測試信號切換器,NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的數(shù)字輸入輸出負責(zé)內(nèi)部繼電器的切換。

 

圖五ECG心電測試信號切換器

b) 心電信號仿真測試

NI RS232 通信模塊通過NI PCI RS232/4(777642-04) 通信板卡向Fluke MPS450多參數(shù)病人信號模擬儀發(fā)送控制指令,設(shè)置ECG的心率 (Heart Rate) 和幅度 (Amplitude) 。該模擬還可以模擬多種病理性心電信號。

2) NIBP無創(chuàng)血壓功能

無創(chuàng)血壓功能的檢測要點是對其內(nèi)部的氣壓的精度進行校準。本系統(tǒng)采用可串口編程的Kakogawa MT210 Digital Manometer數(shù)字壓力儀,該儀器具有很高的測量精度。

3) SPO2血氧飽和度功能

測試系統(tǒng)通過串口控制卡,設(shè)置血氧模擬儀 Fluke SPO2 Index2,輸出仿真血氧模擬信號;將信號輸入到監(jiān)護儀,對其精度和相應(yīng)速度進行測量。

4) IBP有創(chuàng)血壓功能

有創(chuàng)血壓用于直接測量人體血管組織內(nèi)的壓力。實際測試中由工控機串口控制MPS450輸出仿真信號,來模擬血管壓力傳感器的信號。

5) etCO2末端二氧化碳/呼吸功能

EtCO2末端二氧化碳/呼吸功能是利用呼出氣體中CO2的分壓力量來偵測病人的呼吸率的。本系統(tǒng)采用一瓶標(biāo)準含量的CO2混合氣,來模擬人體呼出的氣體。該氣體經(jīng)過減壓閥、流量計、電磁閥組成的氣體通路到達待測產(chǎn)品。測試系統(tǒng)通過GPIB總線,設(shè)置可編程模塊化電源 Agilent N6700,輸出直流電壓來控制電磁閥的通斷。

6) YSI400體溫測量功能

YSI400是一種相當(dāng)成熟的體溫測量方法。該方法利用電阻的熱敏效應(yīng)測量溫度,即特定的溫度下該電阻會顯現(xiàn)特定的電阻值。測試系統(tǒng)擁有自制的YSI400溫度模擬器,是一種可控電阻陣列。NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的DIO16~23可將該模擬器的切換到不同電阻值,對待測物的各個溫度點進行校準。

7) SMbus智能電池接口功能

SMbus是目前比較流行的一種智能電池接口,工作在3.3VDC。它由+,Temperature,SCL,SDA,Ground組成,其結(jié)構(gòu)與I2C非常類似。測試系統(tǒng)采用USB-I2C總線適配器。該總線適配器附有LabVIEW驅(qū)動,測試程序可以調(diào)用該驅(qū)動,與監(jiān)護儀的SMbus接口通訊。

8) 時鐘信號校準

時鐘信號是由待測物主板上晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號,它的頻率特性相當(dāng)穩(wěn)定,用作系統(tǒng)時鐘的源信號。但晶體振蕩器個體之間的頻率卻是有差異的。測試系統(tǒng)通過GPIB總線讀取Agilent 53132A的高精度頻率讀數(shù),然后將之轉(zhuǎn)換成32位碼存入寄存器中。監(jiān)護儀在啟動后會自動讀取該寄存器以計算時間。

9) 電路板模擬電信號分析

待測物的電路板預(yù)留很多測試點,這些信號通過針床被引入NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的模擬輸入通道。使用該數(shù)據(jù)采集卡的用戶不必具有很深硬件知識,可以通過NI DAQmx模塊中的DAQ Assist助手快速定制用戶所需的測量類型,測量范圍,采樣率,觸發(fā)方式,觸發(fā)延時等。

NI Signal Processing Toolkit 是一種非常有用的信號處理工具,系統(tǒng)使用該工具對采集到的原始信號進行濾波處理,功率譜分析等。

10) Bluetooth藍牙功能

為了更加方便地向中心基站傳送病人數(shù)據(jù),許多病人監(jiān)護儀都帶有藍牙天線。 測試系統(tǒng)中采用了USB 藍牙適配器,測試程序中調(diào)用NI Bluetooth Communication Driver藍牙通訊模塊,實現(xiàn)適配器和待測物的藍牙無線互連。

11) LAN以太網(wǎng)通信接口

以太網(wǎng)通信接口是另一種向中心基站傳送病人數(shù)據(jù)的方式。測試系統(tǒng)更多地將其視為測試接口。所有的待測物的狀態(tài)設(shè)置,數(shù)據(jù)獲取都是通過該接口完成。LabVIEW中的NI TCP Communication Driver支持以太網(wǎng)通訊。

12) 安規(guī)測試

醫(yī)療標(biāo)準對產(chǎn)品的絕緣和漏電流有專門明確的規(guī)定。這里對該標(biāo)準不贅述。本測試系統(tǒng)設(shè)計了一種安全測試切換器,由可耐高壓的繼電器陣列構(gòu)成。該繼電器陣列由PCI-6528 24路光隔離通道來控制,切換來自Vitrek V4高壓測試儀和Metron QA-90漏電流測試儀的電路,實現(xiàn)絕緣特性和漏電流等安規(guī)指標(biāo)的測試。

13) 測試數(shù)據(jù)的管理

為了保證數(shù)據(jù)安全,測試系統(tǒng)的測試規(guī)格數(shù)據(jù)庫,測試報表,訪問記錄被存儲在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。

a) 測試規(guī)格數(shù)據(jù)庫(Test Specification Database)

測試規(guī)格數(shù)據(jù)庫以Access的文件形式存儲于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中,測試站終端通過Database Connectivity Toolkit數(shù)據(jù)庫連接工具包來調(diào)用該數(shù)據(jù)庫。

b) 訪問記錄(Login History)

該文件的存儲位置和調(diào)用方式與a)類似。每當(dāng)有操作者登錄測試站是就會自動記錄下來,以備將來查證。

c) 測試報告(Test Report)

系統(tǒng)調(diào)用報告生成工具(NI Report Generation Toolkit)來產(chǎn)生Excel報告。生成的報告會被存儲于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。

14) 項目化管理和執(zhí)行程序的封裝

LabVIEW 8.0開始向用戶提供項目管理的編輯環(huán)境,使程序看上去更有條理,有利于大型程序的編寫。

我們可以將NI Application Builder 生成的執(zhí)行程序進一步封裝成安裝文件。用戶可直接將該文件安裝到目標(biāo)測試平臺上,還可以通過操作系統(tǒng)中的“Add/Remove Programs”工具移除測試程序文件。

心電監(jiān)護儀測試系統(tǒng)的性能評估

心電監(jiān)護儀傳統(tǒng)的手動測試非常耗時費力,結(jié)果更多地依靠測試人員判斷,一致性和可靠性都不好。而本系統(tǒng)屬全自動測試系統(tǒng)" title="自動測試系統(tǒng)" target="_blank">自動測試系統(tǒng),測量的重復(fù)性可靠性非常好,而且測試效率得到了大幅度提升。

結(jié)束語

LabVIEW圖像化編程語言無縫透明地支持了板卡類儀器,使測試工程師不必關(guān)注底層硬件;同時兼容了傳統(tǒng)臺式儀器,特殊接口專用儀器,避免了更新儀器帶來的成本負擔(dān);為工程師提供了豐富的工具和通信接口模塊,完全滿足病人監(jiān)護儀自動測試平臺的開發(fā)需求。
 

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