通過LabVIEW平臺進行多參數(shù)心電監(jiān)護測試系統(tǒng)設(shè)計

目前心電監(jiān)護的儀器設(shè)備已被廣泛地應(yīng)用到臨床各科。而心電監(jiān)護又是最有價值的診斷技術(shù)之一，對于臨床診斷、治療及危重病人救治方案的制定就起著十分重要的作用。臨床各科使用多參數(shù)心電監(jiān)護的報道屢見不鮮，但患者在高壓氧艙中治療時的應(yīng)用則少有報道。

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

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

心電圖（electrocardiogram）心臟在每個心動周期中，由起搏點、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形（簡稱ECG）。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標。

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） 標準心電信號測試

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

圖四 標準心電信號

按標準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)，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

目前多參數(shù)監(jiān)護儀廣泛應(yīng)用于臨床，從醫(yī)療監(jiān)護儀的發(fā)展來看，隨著國家對醫(yī)療制度的相關(guān)改革以及人們對健康重視程度的提升，使用先進醫(yī)療設(shè)備、確保診斷信息的完整、準確、安全，便成為各地醫(yī)療機構(gòu)提高醫(yī)療水平的重點。醫(yī)用監(jiān)護儀已經(jīng)是各大家醫(yī)院普遍應(yīng)用的醫(yī)療設(shè)備，主要用于手術(shù)室、急診室、復(fù)蘇室和ICU/CCU病房等，主要監(jiān)測范圍可涉及心電（ECG）、呼吸（RESP）、血氧飽和度（SPO2）、無創(chuàng)血壓（NIBP）、雙通道體溫（TEMP）、雙通道有創(chuàng)血壓（IBP）等，同時也可適用于成人、小兒和新生兒的床旁監(jiān)護。