病人監(jiān)護(hù)儀介紹：
病人監(jiān)護(hù)儀屬醫(yī)療設(shè)備，用于臨床實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)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(jī)為控制平臺(tái)。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(hào)進(jìn)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(jìn)行測試氣體回路管理；通過網(wǎng)路服務(wù)器進(jìn)行測試數(shù)據(jù)庫，測試報(bào)表，登錄信息的存儲(chǔ)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(jí)別定義了相應(yīng)的操作權(quán)限。所有訪問信息都會(huì)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(hào)，待測物的型號(hào)，序列號(hào)，操作者名稱，測試時(shí)間，測試數(shù)據(jù)等必要信息。測試過程還會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前測試項(xiàng)名稱，進(jìn)度條。
圖三 測試界面
心電監(jiān)護(hù)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(hào)，該信號(hào)可以反應(yīng)心率和強(qiáng)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(zhǔn)心電信號(hào)測試
按標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AAMI EC13由NI PCI-6733 高速模擬輸出通道(AO)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)；
圖四 標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)
按標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AAMI EC13設(shè)計(jì)ECG心電測試信號(hào)切換器，NI USB-6251 USB高速M(fèi)系列多功能DAQ的數(shù)字輸入輸出負(fù)責(zé)內(nèi)部繼電器的切換。
圖五ECG心電測試信號(hào)切換器
b) 心電信號(hào)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(hào)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(hào)。
2) NIBP無創(chuàng)血壓功能
無創(chuàng)血壓功能的檢測要點(diǎn)是對其內(nèi)部的氣壓的精度進(jìn)行校準(zhǔn)。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(hào)；將信號(hào)輸入到監(jiān)護(hù)儀，對其精度和相應(yīng)速度進(jìn)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(shí)際測試中由工控機(jī)串口控制MPS450輸出仿真信號(hào)，來模擬血管壓力傳感器的信號(hào)。
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(zhǔn)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(jì)、電磁閥組成的氣體通路到達(dá)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(huì)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(fèi)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(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。
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(dòng)，測試程序可以調(diào)用該驅(qū)動(dòng)，與監(jiān)護(hù)儀的SMbus接口通訊。
8) 時(shí)鐘信號(hào)校準(zhǔn)
時(shí)鐘信號(hào)是由待測物主板上晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，它的頻率特性相當(dāng)穩(wěn)定，用作系統(tǒng)時(shí)鐘的源信號(hào)。但晶體振蕩器個(gè)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(hù)儀在啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)讀取該寄存器以計(jì)算時(shí)間。
9) 電路板模擬電信號(hào)分析
待測物的電路板預(yù)留很多測試點(diǎn)，這些信號(hào)通過針床被引入NI USB-6251 USB高速M(fèi)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(shí)，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(shí)等。
NI Signal Processing Toolkit 是一種非常有用的信號(hào)處理工具，系統(tǒng)使用該工具對采集到的原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理，功率譜分析等。
10) Bluetooth藍(lán)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(hù)儀都帶有藍(lán)牙天線。 測試系統(tǒng)中采用了USB 藍(lán)牙適配器，測試程序中調(diào)用NI Bluetooth Communication Driver藍(lán)牙通訊模塊，實(shí)現(xiàn)適配器和待測物的藍(lán)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(zhǔn)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(zhǔn)不贅述。本測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(bào)表，訪問記錄被存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(huì)自動(dòng)記錄下來，以備將來查證。
c) 測試報(bào)告(Test Report)
系統(tǒng)調(diào)用報(bào)告生成工具（NI Report Generation Toolkit）來產(chǎn)生Excel報(bào)告。生成的報(bào)告會(huì)被存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。
14) 項(xiàng)目化管理和執(zhí)行程序的封裝
LabVIEW 8.0開始向用戶提供項(xiàng)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(jìn)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(tái)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(hù)儀測試系統(tǒng)的性能評(píng)估
心電監(jiān)護(hù)儀傳統(tǒng)的手動(dòng)測試非常耗時(shí)費(fèi)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(dòng)測試系統(tǒng)" title="自動(dòng)測試系統(tǒng)" target="_blank">自動(dòng)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(shí)兼容了傳統(tǒng)臺(tái)式儀器，特殊接口專用儀器，避免了更新儀器帶來的成本負(fù)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(hù)儀自動(dòng)測試平臺(tái)的開發(fā)需求。