通过LabVIEW平台进行多参数心电监护测试系统设计

目前心电监护的仪器设备已被广泛地应用到临床各科。而心电监护又是最有价值的诊断技术之一，对于临床诊断、治疗及危重病人救治方案的制定就起着十分重要的作用。临床各科使用多参数心电监护的报道屡见不鲜，但患者在高压氧舱中治疗时的应用则少有报道。

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

病人监护仪介绍：

病人监护仪属医疗设备，用于临床实时监护病人的ECG（心电图）， SPO2（血氧饱和度），NIBP（无创血压），IBP（有创血压），Temperature（温度）， etCO2（末端二氧化碳/呼吸）等各种生理特征参数。

测试系统的架构

测试系统以工控机为控制平台。由内部的GPIB和串口卡来对外围的可编程仪器的控制；由数据采集卡对测试信号进行采集；DIO （数字输入输出） 对自制夹具内部的继电器切换控制；由直流电源控制电磁阀进行测试气体回路管理；通过网路服务器进行测试数据库，测试报表，登录信息的存储管理；

图一 系统结构

测试系统的界面

1） 用户管理：

为了测试系统的操作安全和信息安全，该测试站只允许培训合格的用户访问。该系统还根据使用者的级别定义了相应的操作权限。所有访问信息都会通过网络传入服务器的登录数据库中。

图二 登录界面

2） 测试界面：

该测试界面记录了测试站名称，版本号，待测物的型号，序列号，操作者名称，测试时间，测试数据等必要信息。测试过程还会实时显示当前测试项名称，进度条。

图三 测试界面

心电监护仪的测量原理

1） ECG心电功能

心电图（electrocardiogram）心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称ECG）。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。

ECG心电图人体非常重要的生理信号，该信号可以反应心率和强度，医生以从中分析病人心脏的状态，如早搏，缺损，室颤，停搏等。

a） 标准心电信号测试

按标准ANSI/AAMI EC13由NI PCI-6733 高速模拟输出通道（AO）产生标准心电信号；

图四 标准心电信号

按标准ANSI/AAMI EC13设计ECG心电测试信号切换器，NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的数字输入输出负责内部继电器的切换。

图五ECG心电测试信号切换器

b） 心电信号仿真测试

NI RS232 通信模块通过NI PCI RS232/4（777642-04） 通信板卡向Fluke MPS450多参数病人信号模拟仪发送控制指令，设置ECG的心率 （Heart Rate） 和幅度 （Amplitude） .该模拟还可以模拟多种病理性心电信号。

2） NIBP无创血压功能

无创血压功能的检测要点是对其内部的气压的精度进行校准。本系统采用可串口编程的Kakogawa MT210 Digital Manometer数字压力仪，该仪器具有很高的测量精度。

3） SPO2血氧饱和度功能

测试系统通过串口控制卡，设置血氧模拟仪 Fluke SPO2 Index2,输出仿真血氧模拟信号；将信号输入到监护仪，对其精度和相应速度进行测量。

4） IBP有创血压功能

有创血压用于直接测量人体血管组织内的压力。实际测试中由工控机串口控制MPS450输出仿真信号，来模拟血管压力传感器的信号。

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气体中CO2的分压力量来侦测病人的呼吸率的。本系统采用一瓶标准含量的CO2混合气，来模拟人体呼出的气体。该气体经过减压阀、流量计、电磁阀组成的气体通路到达待测产品。测试系统通过GPIB总线，设置可编程模块化电源 Agilent N6700,输出直流电压来控制电磁阀的通断。

6） YSI400体温测量功能

YSI400是一种相当成熟的体温测量方法。该方法利用电阻的热敏效应测量温度，即特定的温度下该电阻会显现特定的电阻值。测试系统拥有自制的YSI400温度模拟器，是一种可控电阻阵列。NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的DIO16~23可将该模拟器的切换到不同电阻值，对待测物的各个温度点进行校准。

7） SMbus智能电池接口功能

SMbus是目前比较流行的一种智能电池接口，工作在3.3VDC.它由+,Temperature,SCL,SDA,Ground组成，其结构与I2C非常类似。测试系统采用USB-I2C总线适配器。该总线适配器附有LabVIEW驱动，测试程序可以调用该驱动，与监护仪的SMbus接口通讯。

8） 时钟信号校准

时钟信号是由待测物主板上晶体振荡器产生的振荡信号，它的频率特性相当稳定，用作系统时钟的源信号。但晶体振荡器个体之间的频率却是有差异的。测试系统通过GPIB总线读取Agilent 53132A的高精度频率读数，然后将之转换成32位码存入寄存器中。监护仪在启动后会自动读取该寄存器以计算时间。

9） 电路板模拟电信号分析

待测物的电路板预留很多测试点，这些信号通过针床被引入NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ的模拟输入通道。使用该数据采集卡的用户不必具有很深硬件知识，可以通过NI DAQmx模块中的DAQ Assist助手快速定制用户所需的测量类型，测量范围，采样率，触发方式，触发延时等。

NI Signal Processing Toolkit 是一种非常有用的信号处理工具，系统使用该工具对采集到的原始信号进行滤波处理，功率谱分析等。

10） Bluetooth蓝牙功能

为了更加方便地向中心基站传送病人数据，许多病人监护仪都带有蓝牙天线。 测试系统中采用了USB 蓝牙适配器，测试程序中调用NI Bluetooth Communication Driver蓝牙通讯模块，实现适配器和待测物的蓝牙无线互连。

11） LAN以太网通信接口

以太网通信接口是另一种向中心基站传送病人数据的方式。测试系统更多地将其视为测试接口。所有的待测物的状态设置，数据获取都是通过该接口完成。LabVIEW中的NI TCP Communication Driver支持以太网通讯。

12） 安规测试

医疗标准对产品的绝缘和漏电流有专门明确的规定。这里对该标准不赘述。本测试系统设计了一种安全测试切换器，由可耐高压的继电器阵列构成。该继电器阵列由PCI-6528 24路光隔离通道来控制，切换来自Vitrek V4高压测试仪和Metron QA-90漏电流测试仪的电路，实现绝缘特性和漏电流等安规指标的测试。

13） 测试数据的管理

为了保证数据安全，测试系统的测试规格数据库，测试报表，访问记录被存储在网络服务器中。

a） 测试规格数据库（Test Specification Database）

测试规格数据库以Access的文件形式存储于网络服务器中，测试站终端通过Database Connectivity Toolkit数据库连接工具包来调用该数据库。

b） 访问记录（Login History）

该文件的存储位置和调用方式与a）类似。每当有操作者登录测试站是就会自动记录下来，以备将来查证。

c） 测试报告（Test Report）

系统调用报告生成工具（NI Report Generation Toolkit）来产生Excel报告。生成的报告会被存储于网络服务器中。

14） 项目化管理和执行程序的封装

LabVIEW 8.0开始向用户提供项目管理的编辑环境，使程序看上去更有条理，有利于大型程序的编写。

我们可以将NI Application Builder 生成的执行程序进一步封装成安装文件。用户可直接将该文件安装到目标测试平台上，还可以通过操作系统中的"Add/Remove Programs"工具移除测试程序文件。

心电监护仪测试系统的性能评估

心电监护仪传统的手动测试非常耗时费力，结果更多地依靠测试人员判断，一致性和可靠性都不好。而本系统属全自动测试系统，测量的重复性可靠性非常好，而且测试效率得到了大幅度提升。

结束语

目前多参数监护仪广泛应用于临床，从医疗监护仪的发展来看，随着国家对医疗制度的相关改革以及人们对健康重视程度的提升，使用先进医疗设备、确保诊断信息的完整、准确、安全，便成为各地医疗机构提高医疗水平的重点。医用监护仪已经是各大家医院普遍应用的医疗设备，主要用于手术室、急诊室、复苏室和ICU/CCU病房等，主要监测范围可涉及心电（ECG）、呼吸（RESP）、血氧饱和度（SPO2）、无创血压（NIBP）、双通道体温（TEMP）、双通道有创血压（IBP）等，同时也可适用于成人、小儿和新生儿的床旁监护。