專利名稱：心臟除顫器和除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種心臟除顫器的檢測(cè)裝置，特別是關(guān)于一種心臟除顫器和除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置。
然而，目前我國既沒有對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行全壽命周期嚴(yán)格管理的計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程，也沒有專用的檢測(cè)設(shè)備。美國、瑞典、日本等西方發(fā)達(dá)國家認(rèn)識(shí)到這類問題的急迫性和嚴(yán)重性，先后制定了一些使用標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此研制了相應(yīng)的計(jì)量檢定設(shè)備，應(yīng)該說這些檢定設(shè)備確實(shí)為心臟除顫監(jiān)護(hù)儀的計(jì)量檢定提供了一些基本手段。但是這些設(shè)備確實(shí)還存在著如下一些缺陷1、尚不能實(shí)現(xiàn)對(duì)除顫波形進(jìn)行全脈沖參數(shù)(包括放電脈沖能量、脈沖電壓峰值、脈沖電流峰值等)分析，也未實(shí)現(xiàn)對(duì)除顫脈沖的波形進(jìn)行存儲(chǔ)或重現(xiàn)。2、模擬產(chǎn)生的波形類型有限，參數(shù)變化范圍不連續(xù)而且范圍偏窄，不能滿足對(duì)監(jiān)護(hù)儀終端設(shè)備進(jìn)行全面測(cè)試的需要。3、在同步除顫時(shí)，無法對(duì)多種放電波形的延遲時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，因而很難滿足對(duì)眾多型號(hào)“心臟除顫監(jiān)護(hù)儀”進(jìn)行測(cè)試、檢定的需要。4、攜帶不甚方便，使用不夠靈活。5、價(jià)格比較昂貴，在一定意義上影響了它的效益發(fā)揮。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種心臟除顫器與除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，它主要由以專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模塊，受其控制的除顫放電脈沖參數(shù)高精度快速計(jì)算與處理、多種模擬波形產(chǎn)生及幅度控制、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量、心臟起搏分析等系統(tǒng)專用功能模塊，和與之配套的軟件模塊，以及設(shè)備的機(jī)箱和操作面板等部分所組成，在所述操作面板上安裝有電源開關(guān)、大屏幕字符顯示器LCD、由一個(gè)模式控制開關(guān)MODE與五個(gè)人機(jī)對(duì)話按鍵開關(guān)F1-F5組成的組合開關(guān)列陣、除顫器放電輸入接口電路、ECG等模擬信號(hào)輸出接口、心臟起搏信號(hào)輸入連接器等，整機(jī)采用電磁兼容性技術(shù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，其特征是所述的專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01主要由CMOS單片機(jī)和在其總線上外掛的擴(kuò)展芯片ROM、RAM、E2PROM、LCD驅(qū)動(dòng)電路、大規(guī)?？删幊踢壿嬮T列陣控制電路GAL，外部擴(kuò)展總線、串并I/O擴(kuò)展口等所組成，在所述I/O擴(kuò)展口與LCD驅(qū)動(dòng)電路上，分別掛接有打印機(jī)、網(wǎng)卡和8×40大屏幕字符顯示器LCD等外設(shè)，四種專用功能模塊掛接在專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展總線上，單片機(jī)CPU通過GAL產(chǎn)生的片選信號(hào)，對(duì)所有擴(kuò)展芯片ROM/RAM/E2PROM等存儲(chǔ)器、串并I/O擴(kuò)展口、外設(shè)及所述四種專用模塊進(jìn)行控制；所述的軟件模塊，包括“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”和“系統(tǒng)專用功能模塊工作控制程序”，所述的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”，包括設(shè)備自檢與開機(jī)控制子程序、外部中斷處理子程序、組合開關(guān)列陣處理子程序、人機(jī)交互顯示界面生成及其切換控制子程序等，依次調(diào)用這些子程序，可把F1-F5這5個(gè)機(jī)械開關(guān)變?yōu)?5個(gè)軟件開關(guān)來用，對(duì)應(yīng)于45幅不同人機(jī)交互顯示界面；所述的系統(tǒng)專用功能模塊工作控制程序，包括系統(tǒng)工作進(jìn)程協(xié)調(diào)控制主程序、放電脈沖參數(shù)測(cè)量與計(jì)算子程序、多種波形模擬產(chǎn)生及幅度閉環(huán)自動(dòng)控制子程序、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量子程序、心臟起搏分析子程序、內(nèi)部中斷子程序等；裝置的所有檢定功能都是在專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與之配套的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”和“系統(tǒng)工作進(jìn)程協(xié)調(diào)控制主程序”組織協(xié)調(diào)下，由各專用硬件模塊和與之配套的軟件相互協(xié)調(diào)共同完成的；裝置的協(xié)調(diào)控制采用“對(duì)外部中斷請(qǐng)求即時(shí)處理”的多任務(wù)分時(shí)控制技術(shù)，即由專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”隨時(shí)對(duì)組合開關(guān)列陣的狀態(tài)進(jìn)行掃描，根據(jù)其狀態(tài)及由此產(chǎn)生的中斷優(yōu)先級(jí)，調(diào)用所述軟件模塊中的相關(guān)子程序，完成人機(jī)對(duì)話界面的切換，并自動(dòng)完成相應(yīng)的計(jì)量檢定功能。
如上所述的除顫放電脈沖能量高精度快速檢測(cè)模塊，主要由專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS和與之配套的系統(tǒng)進(jìn)程控制主程序、放電脈沖測(cè)量與能量計(jì)算子程序等軟件所組成；所述的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS主要由依次級(jí)聯(lián)相接的除顫器放電電極接入端、放電脈沖輸入緩沖接口電路、電阻式可調(diào)衰減器、校準(zhǔn)電路、12bit高速A/D變換器，以及與電阻式可調(diào)衰減器相接的工作模式控制電路所組成；所述的放電脈沖測(cè)量與能量計(jì)算子程序包括除顫信號(hào)采樣控制、采樣數(shù)據(jù)整理、電壓平方和計(jì)算、2-10進(jìn)制浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換等子程序；在系統(tǒng)進(jìn)程控制主程序的控制下，依次調(diào)用SPM1及所述子程序，對(duì)DAS所得數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的處理與計(jì)算，即可完成對(duì)除顫能量的計(jì)算、全脈沖參數(shù)分析和波形存儲(chǔ)。
如上所述的多種波形模擬產(chǎn)生及幅度控制模塊，它的功能是模擬產(chǎn)生頻率、幅度都精確可控的標(biāo)準(zhǔn)函電信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)心率/竇性心律仿真心電信號(hào)、復(fù)合正弦波信號(hào)等，其組成包括信號(hào)產(chǎn)生硬件電路和波形產(chǎn)生及幅度控制軟件；所述信號(hào)產(chǎn)生硬件電路包括專用微計(jì)算機(jī)單元、掛接在其擴(kuò)展總線上的雙通道D/A變換器，依次與其A通道D/A的輸出級(jí)聯(lián)相接的I/V變換運(yùn)放、雙極性變換器及并接其后的N倍增益運(yùn)放與電阻分配網(wǎng)絡(luò)，在所述專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展芯片E2PROM和ROM中分別存放相應(yīng)的軟件程序和模擬波形的數(shù)據(jù)；所述的波形產(chǎn)生及幅度控制軟件包括與硬件配套的系統(tǒng)進(jìn)程控制主程序、波形數(shù)據(jù)傳送控制子程序、D/A變換速度控制子程序、幅度控制子程序等；這里所述的幅度控制環(huán)路由雙路D/A變換器的B通道、A/D變換器和單片機(jī)組成，B通道D/A分兩路輸出，其中一路接A通道D/A變換器的參考電壓輸入端，另一端接10bitA/D變換器的輸入端，其輸出數(shù)據(jù)接在單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上；所述各模擬波形的產(chǎn)生采用程控D/A變換法，即裝置在系統(tǒng)進(jìn)程控制主程序的協(xié)調(diào)控制下，依次調(diào)用、執(zhí)行所述其他波形產(chǎn)生子程序，進(jìn)而依次把選定的波形及其控制參數(shù)數(shù)據(jù)送入A通道D/A變換器產(chǎn)生相應(yīng)波形，用改變寫入該通道D/A變換器中數(shù)據(jù)速度的方法控制所產(chǎn)生波形的頻率；信號(hào)的幅度控制采用的是閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、即由模擬調(diào)節(jié)和數(shù)字調(diào)節(jié)兩個(gè)環(huán)路共同完成的；模擬調(diào)節(jié)基本上是由所述硬件調(diào)節(jié)環(huán)路中進(jìn)行的，即它是用改變B通道D/A變換器的輸出電壓Vbout(即A通道D/A變換器的變換參考電壓Vref)實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)字調(diào)節(jié)則更多的是在程序的控制下，用數(shù)字式閉環(huán)調(diào)節(jié)的辦法調(diào)節(jié)B通道D/A變換器的輸出Vbout最終達(dá)到穩(wěn)定模擬信號(hào)幅度目的的。
如上所述的同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量模塊，包括硬件單元和延遲時(shí)間測(cè)量軟件，所述的硬件單元主要由微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01、位于模塊M1中的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、以及脈沖計(jì)時(shí)寬度控制器PWC所組成，其中的DAS片選信號(hào)由GAL提供，其數(shù)據(jù)輸出端通過總線與M01相接，而PWC則由M01的內(nèi)部計(jì)數(shù)器和配套的脈寬控制計(jì)時(shí)開始與計(jì)時(shí)結(jié)束等軟件組成；所述的延遲時(shí)間測(cè)量軟件包括內(nèi)部中斷控制子程序、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生控制子程序、脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)器，該定時(shí)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)短由M01及相應(yīng)的軟件控制。
如上所述的心臟起搏分析模塊，它主要由工作模式控制電路，依次級(jí)聯(lián)相接的起搏信號(hào)輸入連接器、程控電阻網(wǎng)絡(luò)、放大器、A/D變換器，和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01及與之配套的軟件所組成，A/D變換器掛接在M01的總線上，所述的配套軟件主要包括起搏負(fù)載阻抗選擇與控制、刺激信號(hào)產(chǎn)生、起搏脈沖測(cè)試和反拗期測(cè)試等子程序，在系統(tǒng)主程序的協(xié)調(diào)控制下，依次調(diào)用所述的子程序，不僅可以與改變程控電阻網(wǎng)絡(luò)等效電阻的大小，而且還可完成對(duì)起搏脈沖參數(shù)、需求靈敏度、反拗期等測(cè)量分析工作，從而了解除顫器經(jīng)皮起搏選件的工作狀態(tài)；如上所述的整機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)采用電磁兼容技術(shù)是指儀器機(jī)箱采用內(nèi)涂抗電磁干擾涂層的整體結(jié)構(gòu)，前面板與機(jī)箱之間加導(dǎo)電密封圈固定；裝置的交流直流變換器之間加隔離變壓器和抗干擾濾波器；將裝置各功能電路所需集成電路及其他元器件首先按功能分組，并安裝在中間為接地隔離層的三層PCB板上，然后加以屏蔽；在儀器的硬件上還加有看門狗，在軟件中設(shè)置冗余、軟件陷阱以及其他電磁兼容程序設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，與國內(nèi)外同類設(shè)備相比，明顯具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型整機(jī)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)潔，只用相對(duì)較少的元器件與配套軟件一起，就能實(shí)現(xiàn)四種專用功能模塊的所有功能，充分體現(xiàn)出采用軟件、硬件一體化設(shè)計(jì)優(yōu)越性。2、本實(shí)用新型在該技術(shù)領(lǐng)域里率先實(shí)現(xiàn)了真正對(duì)放電波形各參數(shù)(包括除顫脈沖的能量、放電脈沖的峰值電壓/峰值電流)的快速準(zhǔn)確分析以及波形的存儲(chǔ)與恢復(fù)等。3、本實(shí)用新型能模擬產(chǎn)生頻率(或心率)與幅度都可變的各種竇性心律/標(biāo)準(zhǔn)心率心電信號(hào)、(周期各異的)復(fù)合正弦波信號(hào)及其它測(cè)試信號(hào)波形(脈沖波、三角波、方波等)，檢定人員既可從中選擇由頻率為1Hz(3s)+5Hz(1s)+20Hz(1s)+25Hz(1s)+30Hz(1s)的正弦波所組成的“復(fù)合波”加至監(jiān)護(hù)儀，檢測(cè)其終端設(shè)備的頻響，也可在方波任選其中一種波形測(cè)量延遲時(shí)間，還可從中選擇標(biāo)準(zhǔn)心率信號(hào)，用于測(cè)試心電監(jiān)護(hù)儀心率報(bào)警發(fā)生的時(shí)間，完全可以滿足對(duì)各種不同型號(hào)心電監(jiān)護(hù)儀檢定的需要。4、本實(shí)用新型還能對(duì)經(jīng)皮起搏脈沖的起搏頻率、起搏脈沖幅度和寬度、需求靈敏度、反拗期等進(jìn)行檢測(cè)分析，從而為具有心臟起搏分析功能的心臟除顫器的檢定提供了一種手段。5、本實(shí)用新型設(shè)有軟件開關(guān)，元器部件裝配緊湊，各單元電路間互不干擾，整機(jī)也顯得比較簡(jiǎn)潔、便攜，因而不僅使人機(jī)對(duì)話方便、操作使用非常靈活，而且它的穩(wěn)定性好，可在惡劣的電磁環(huán)境下可靠工作。6、本實(shí)用新型生產(chǎn)成本比較低，而“性能價(jià)格比”較高。綜上所述可以看出本實(shí)用新型檢測(cè)項(xiàng)目多，測(cè)量精度高，功能齊全，可靠性高，攜帶方便，操作使用靈活，不僅解決了國內(nèi)、軍內(nèi)的急需，而且還可與PC機(jī)等一起，組成對(duì)此類設(shè)備的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的管理信息系統(tǒng)，它的問世與普及，必將在我國產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、軍事效益和社會(huì)效益。
圖9是本實(shí)用新型操作控制面板OFP的組成及布局示意圖。
系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模塊M0由專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01和與之配套的軟件模塊Msfw組成；M01包括CMOS單片機(jī)1、擴(kuò)展總線2，以及掛接在擴(kuò)展總線2上的擴(kuò)展芯片ROM6、RAM5、E2PROM7、LCD驅(qū)動(dòng)電路4、大規(guī)?？删幊踢壿嬮T列陣控制電路GAL3以及所述的“四種專用硬件模塊”M1、M2、M3、M4，以及串并I/O擴(kuò)展口8、9等，在串并I/O擴(kuò)展口8、9與LCD驅(qū)動(dòng)電路4上，分別掛接有打印機(jī)、網(wǎng)卡和8×40大屏幕字符顯示器LCD等外設(shè)；單片機(jī)1對(duì)所有擴(kuò)展芯片ROM/RAM/E2PROM等存儲(chǔ)器、串并I/O擴(kuò)展口及外設(shè)，對(duì)“四種專用硬件模塊”M1、M2、M3、M4的控制，都是由單片機(jī)1通過GAL3產(chǎn)生出片選信號(hào)進(jìn)行的；Msfw包括“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序DP0”和“系統(tǒng)專用功能模塊工作控制程序MCP”；其中DP0主要包括設(shè)備的自檢與開機(jī)控制子程序DP01、外部中斷處理控制子程序OICP、組合開關(guān)列陣信息處理子程序DP02、人機(jī)交互顯示界面生成及其切換控制子程序DP03等子程序，依次調(diào)用這些子程序，可把F1-F5這5個(gè)機(jī)械開關(guān)變?yōu)?5個(gè)軟件開關(guān)來用，每一個(gè)軟件開關(guān)都與45幅不同人機(jī)交互顯示界面中的一個(gè)確定畫面相對(duì)應(yīng)，因而至少可有45種選擇提供給本設(shè)備的操作使用人員，給使用帶來很大的方便。所述的MCP包括集成在其名下的內(nèi)部中斷子程序IICP、除顫放電脈沖參數(shù)高精度快速計(jì)算與處理子程序SPM1、多種波形模擬產(chǎn)生及幅度閉環(huán)自動(dòng)控制子程序SPM2、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量子程序SPM3、心臟經(jīng)皮起搏信號(hào)分析子程序SPM4等專用軟件程序等；裝置的所有檢定功能(人機(jī)對(duì)話界面的選擇切換、各種波形的產(chǎn)生、放電能量的高精度快速計(jì)算等)都是在專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01及與之配套的軟件模塊Msfw的組織協(xié)調(diào)下，由各專用硬件模塊和與之配套的軟件相互協(xié)調(diào)共同完成的；就裝置采用的控制模式而言，暫時(shí)可以“對(duì)外部中斷請(qǐng)求即時(shí)處理的多任務(wù)分時(shí)控制技術(shù)”相稱，即它首先由與M01配套的DP0隨時(shí)對(duì)組合開關(guān)列陣SWA的狀態(tài)進(jìn)行掃描，根據(jù)其狀態(tài)及由此產(chǎn)生的中斷優(yōu)先級(jí)，調(diào)用相關(guān)子程序(包括SPM1-SPM4)，就能依次完成人機(jī)對(duì)話界面的切換及相應(yīng)的檢測(cè)任務(wù)。
由于“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序DP0”的應(yīng)用很頻繁，而且又帶有公用性，所以這里先對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。下面對(duì)人機(jī)對(duì)話界面生成與裝置的操作使用(即界面切換)方法給以簡(jiǎn)單說明，如圖2、圖3所示，當(dāng)電源開關(guān)SW接通后，Msfw的DP0首先調(diào)用DP01對(duì)裝置進(jìn)行自檢，對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)器LCD、中斷、堆棧以及其他外圍芯片設(shè)置初始狀態(tài)，兩秒鐘以后，LCD顯示器顯出如下開機(jī)初始畫面 當(dāng)開機(jī)初始畫面出現(xiàn)后，本裝置就要通過“組合開關(guān)列陣SWA”和液晶顯示器LCD進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，進(jìn)行后續(xù)的一系列操作。由與人機(jī)對(duì)話界面的生成是通過模式開關(guān)Mode及按鍵開關(guān)F1-F5進(jìn)行的，因而需要首先給以交代。對(duì)界面的生成與操作來說，SWA的狀態(tài)是微計(jì)算機(jī)最關(guān)心的。初始開機(jī)畫面產(chǎn)生后，根據(jù)任務(wù)，操作人員首先要對(duì)模式開關(guān)Mode置位，接著要由DP0調(diào)用子程序OICP、DP02、DP03對(duì)Mode的狀態(tài)(即處于HI、LOW還是PACE位置)進(jìn)行掃描、生成“工作模式狀態(tài)字”，并顯示出人機(jī)對(duì)話界面的主菜單；接著繼續(xù)掃描F1-F5的狀態(tài)并逐一調(diào)用子程序OICP、DP02、DP03，就能生成所謂的“按鍵開關(guān)狀態(tài)字”，并選擇要測(cè)試或檢定的項(xiàng)目。需要指出，經(jīng)過OICP、DP02、DP03子程序?qū)WA狀態(tài)處理后，F(xiàn)1-F5已經(jīng)不是原來意義上的機(jī)械按鍵了；在本實(shí)用新型中，共有9幅人機(jī)界面需要顯示，在每幅界面中都有五種畫面可由F1-F5選擇，
因而共有5×9＝45個(gè)畫面可選擇(如圖2所示)，換言之，由于軟件的參與，只用5個(gè)按鍵就能選擇45個(gè)不同畫面，顯然這5個(gè)機(jī)械按鍵已經(jīng)變成了典型的“軟件功能鍵”了，其功能大為擴(kuò)展。這不僅使設(shè)備的組成變得非常簡(jiǎn)潔，而且也給人機(jī)對(duì)話帶許多方便。
如圖3所示，下面簡(jiǎn)單說明一下“按鍵狀態(tài)字”的生成原理主菜單界面出現(xiàn)以后，微處理機(jī)就要繼續(xù)查詢F1-F5的狀態(tài)，若有鍵按下，附圖3中的P3.2為低電平，并向微計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷(“0”中斷INT0)請(qǐng)求，微處理機(jī)接到這一中斷請(qǐng)求后就調(diào)用外部中斷處理子程序OICP進(jìn)行中斷處理，然后通過并口8255的P5.2-P5.6將其狀態(tài)讀入，交由DP02和DP03繼續(xù)進(jìn)行處理，即可生成“按鍵狀態(tài)字”，并顯出與按鍵相對(duì)應(yīng)的畫面；注意，此時(shí)若按下的是F5，就進(jìn)入第二頁主菜單，如按下的是F1-F4中的任一其他鍵，裝置就進(jìn)入了與畫面對(duì)應(yīng)的其他工作狀態(tài)(例如能量計(jì)算、波形產(chǎn)生等)。隨著F1-F5某一鍵的按下，Msfw就隨即調(diào)用MCP主控程序完成所期望的任務(wù)，并在裝置的顯示器上顯示出所需結(jié)果。
如


圖1、圖4、圖5所示，下面對(duì)“除顫放電脈沖參數(shù)高精度快速計(jì)算與處理量模塊M1”的工作原理進(jìn)行說明。
前已指出在設(shè)備工作可靠的前提下，施加給患者的除顫能量大小及其準(zhǔn)確程度，將直接關(guān)系到除顫效果。因此，按理各種除顫器上都應(yīng)有指示準(zhǔn)確、且能經(jīng)得起嚴(yán)格的計(jì)量檢定的能量指示，而臨床上所使用的除顫器前面板上設(shè)置有所謂的“能量計(jì)”實(shí)際指示的并不是釋放能量，而只是根據(jù)儲(chǔ)能電容兩端的電壓折算出儲(chǔ)存能量；由于在使用中電容量的衰減規(guī)律很難檢測(cè)，所以通過把電容量的“標(biāo)稱值C0”直接代入公式E＝0.5C0U2計(jì)算所得到的能量誤差很大，如果不能對(duì)這類除顫器釋放的能量進(jìn)行定期校準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)給患者、儀器的使用者以及其他相關(guān)的設(shè)備都會(huì)帶來較高的使用風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一矛盾，本實(shí)用新型特別設(shè)置了能對(duì)除顫放電脈沖檢測(cè)及其參數(shù)(包括放電脈沖能量、脈沖峰值、放電電流峰值等)快速精確測(cè)量與處理(存儲(chǔ)、恢復(fù)等)的專用模塊M1。
M1主要由以單片機(jī)(1)為核心的專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS等硬件以及與之配套的專用軟件模塊SPM1所組成；DAS主要由依次級(jí)聯(lián)相接的除顫器放電電極接入端P1、P2，放電脈沖輸入緩沖接口電路11，電阻式可調(diào)衰減器13，電壓比較與校準(zhǔn)電路14，12bit高速A/D變換器15，以及與電阻式可調(diào)衰減器相接的模式選擇開關(guān)Mode所組成，放電脈沖輸入緩沖接口電路11是與P1、P2并聯(lián)相接的純電阻，電阻R的標(biāo)稱值為50Ω；所述的放電脈沖測(cè)量與能量計(jì)算子程序SPM1，包括除顫信號(hào)采樣控制與數(shù)據(jù)整理存儲(chǔ)子程序SPM11(其作用是控制DAS中12位A/D變換器，按100μs的采樣周期對(duì)放電脈沖采樣，并控制將采樣數(shù)據(jù)的高4位和低8位分別存放在RAM的兩個(gè)不同字節(jié)中，采樣點(diǎn)數(shù)為1024)、電壓平方和計(jì)算子程序SPM12(其作用是按公式E=∫0102msV2dt/R=Σi=01023Vi2100μs/50Ω]]>用二進(jìn)制定點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算能量E)、2-10進(jìn)制浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換子程序SPM13(其作用是先將二進(jìn)制定點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后再將二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，供顯示或打印機(jī)輸出之用)、放電脈沖電壓/電流峰值確定子程序SPM14、放電脈沖波形恢復(fù)控制子程序SPM15和系統(tǒng)進(jìn)程操作及協(xié)調(diào)控制主程序MCP所組成；當(dāng)裝置的專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01的LCD顯示器顯示出主菜單界面以后，在系統(tǒng)控制主程序MCP的控制下，依次調(diào)用所述子程序SPM11-SPM15，對(duì)由DAS所得放電脈沖取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的處理與計(jì)算，即可完成對(duì)除顫信號(hào)能量E、放電脈沖電壓/電流最大值Umax/Imax的計(jì)算乃至波形的存儲(chǔ)或恢復(fù)；下面詳細(xì)介紹除顫能量的計(jì)算及放電脈沖參數(shù)測(cè)量的方法與過程。
根據(jù)電工學(xué)原理，若電容的容量為C，人體阻抗R為純電阻，并設(shè)R＝50Ω；若放電脈沖電壓的瞬時(shí)值為V，對(duì)放電脈沖的取樣間隔Δt＝100μs，取樣點(diǎn)數(shù)為1024，在數(shù)值計(jì)算時(shí)，則可把電容的儲(chǔ)能表示為E=∫01023V2dt/R=Σi=01023Vi100μs/50Ω;]]>直接利用該公式進(jìn)行計(jì)算在程序設(shè)計(jì)上有一定的難度，因而需要采用一些技巧，具體方法是先將1024個(gè)采樣點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果分成高4位、低8位，并以四字節(jié)定點(diǎn)二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)于RAM寄存器中，然后依次進(jìn)行如下處理用二進(jìn)制定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行電壓值的平方計(jì)算和對(duì)這1024個(gè)電壓平方值求和(遇負(fù)電壓時(shí)，首先把對(duì)負(fù)電壓的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼的形式，接著再將整理后的11位二進(jìn)制數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平方運(yùn)算后求和)、將定點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)，并將此二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)除以由可調(diào)衰減器確定的衰減系(它由Hi、Low量程和衰減器的電路結(jié)構(gòu)而定)，最后將所得結(jié)果轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行顯示和打印。用下面兩式式很容易計(jì)算出高、低量程時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)EHI=Σi=01023Vi2100μs/50Ω=Σi=01023(Ni211-1×5V×1000)2×100×10-6s50Ω=Σi=01023Ni2KHI]]>(高)ELO=Σi=01023Vi2100μs/50Ω=Σi=01023(Ni211-1×5V×200)2×100×10-6s50Ω=Σi=01023Ni2KLO]]>(低)
KHI＝83886＝(10100011110101110)2，換化為浮點(diǎn)二進(jìn)制后KHI＝11A3D7H(高字節(jié)為階碼)；KLO＝2097152＝(1000000000000000000000)2，換化為浮點(diǎn)二進(jìn)制后KLO＝168000H(高字節(jié)為階碼)。
這里對(duì)峰值電壓、峰值電流計(jì)算以及放電波形的存儲(chǔ)是這樣進(jìn)行的采用“冒泡法”經(jīng)三次循環(huán)，在1024個(gè)采樣電壓中尋找最大值，然后對(duì)三個(gè)較大值進(jìn)行中值處理，即可求出幅值。對(duì)放電波形的存儲(chǔ)與恢復(fù)是這樣進(jìn)行的在程序SPM11、SPM12控制之下，將DAS獲取的原始采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存于E2RAM專用保存區(qū)中，當(dāng)需要波形恢復(fù)時(shí)，借助波形產(chǎn)生與恢復(fù)控制程序SPM15，將除顫放電波形數(shù)據(jù)送D/A變換器，就很容易將原波形恢復(fù)出來。
順便指出幅值求出后，還要把最大值序號(hào)(因?yàn)樵谠撐恢眯蛱?hào)中包含有延遲時(shí)間計(jì)算所需的信息)存入寄存器，以備隨后計(jì)算延遲時(shí)間之用(由于在模塊M2中還要介紹，故這里從略)。
如
圖1、圖4、圖6所示，下面對(duì)所述“多種波形模擬產(chǎn)生及幅度控制模塊M2”的工作原理和過程進(jìn)行說明。M2的功能是模擬產(chǎn)生頻率、幅度都精確可控的標(biāo)準(zhǔn)函電信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)心率/竇性心律仿真心電信號(hào)、復(fù)合正弦波信號(hào)等，其組成包括多波形信號(hào)產(chǎn)生及幅度控制硬件M20和與之配套的波形產(chǎn)生及幅度控制軟件SPM2；所述的M20包括波形產(chǎn)生硬件電路M201與幅度控制硬件環(huán)路M202，M201包括專用微計(jì)算機(jī)單元M01、掛接在其擴(kuò)展總線上的雙通道D/A變換器16，依次與其A通道D/A的輸出級(jí)聯(lián)相接的I/V變換運(yùn)放18、雙極性變換器19及并接其后的電阻分配網(wǎng)絡(luò)20及N倍增益運(yùn)放21，M202包括由單片機(jī)1、雙路D/A變換器16組成的幅度控制支路I和由單片機(jī)1、雙路D/A變換器16的B通道、A/D變換器17組成的幅度控制支路II，在幅度控制支路I中，D/A變換器16B通道的輸出電壓Vbout與雙路D/A變換器16的A通道的參考電壓Vbref輸入端相接，在幅度控制支路II中，雙路D/A變換器16的B通道的輸出電壓Vbout還要與A/D變換器17的輸入端相接，A/D變換器17的輸出接在單片機(jī)1的數(shù)據(jù)總線上；所述的SPM2是集成在MCP名下的、包括有波形產(chǎn)生控制子程序SPM21、信號(hào)幅度控制子程序SPM22的專用控制軟件，SPM21的作用是控制模擬產(chǎn)生樣式、頻率滿足要求的波形，SPM22的作用則是按要求控制所產(chǎn)生信號(hào)的幅度；M2能產(chǎn)生的模擬波形，都是在MCP的控制下，由軟件SPM2、IICP、DP0及硬件M201共同完成的；在本裝置中，各模擬波形的產(chǎn)生采用程控D/A變換法，而幅度的控制采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)。下面進(jìn)一步介紹各模擬波形的產(chǎn)生及其幅度控制的方法與過程。
各模擬波形的產(chǎn)生方法是在M01的擴(kuò)展芯片ROM6和E2PROM7中，分別存放著包括DP0，MCP及隸屬于它的內(nèi)部中斷IICP、SPM1-SPM4組成的軟件“源程序數(shù)據(jù)”和“多種模擬波形及其幅度控制數(shù)據(jù)”。當(dāng)要產(chǎn)生某種模擬波形時(shí)，MCP就根據(jù)人機(jī)對(duì)話界面顯示的內(nèi)容，逐一調(diào)用IICP、SPM21、SPM22等子程序，并在這些程序的控制下和硬件一起產(chǎn)生形狀、頻率合乎要求的波形。對(duì)于ECG波形的產(chǎn)生而言，是把ECG波的波形劃分為幾個(gè)段(即P波，PR段，QRS波，ST段等，產(chǎn)生這些波形的子程序與波形同名，如P波產(chǎn)生子程序…等)并分別給以產(chǎn)生，而頻率的變化控制與其他波形相同，也是在變換中間插入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。為了避免波形產(chǎn)生與其他功能的矛盾發(fā)生，裝置在輸出波形的同時(shí)應(yīng)能對(duì)其他任務(wù)請(qǐng)求(表現(xiàn)在鍵值的變化)做出及時(shí)響應(yīng)，這一任務(wù)是由外部中斷處理子程序OICP完成的，它隨時(shí)可以判斷有無其他外部中斷請(qǐng)求。
各模擬波形的幅度控制采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，它是在既包括I、II兩個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)路M202中完成的；所述的環(huán)路I是把B通道D/A的輸出電壓Vbout直接做為A通道D/A變換器的參考電壓Varef，所述的環(huán)路II則在程序SPM22的控制下，對(duì)A/D變換器17的變換輸出數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的幅度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用比較結(jié)果更新原來的幅度控制變量，對(duì)信號(hào)進(jìn)行循環(huán)式的幅度閉環(huán)調(diào)節(jié)，最終達(dá)到穩(wěn)定模擬信號(hào)幅度的目的。由于環(huán)路I是根據(jù)數(shù)字式閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)原理工作的，它是把B通道D/A變換器的輸出電壓Vbout作為A通道D/A變換器的變換參考電壓Varef實(shí)現(xiàn)的，比較簡(jiǎn)單，所以不再贅敘，這里重點(diǎn)介紹一下環(huán)路II的工作原理。環(huán)路H也是一個(gè)數(shù)字式閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)過程，其環(huán)路主要由雙通道D/A變換器16、10bitA/D變換器17、單片機(jī)1和信號(hào)幅度控制子程序SPM24組成，其工作原理是當(dāng)MCP控制程序把由GAL產(chǎn)生的片選信號(hào)和設(shè)定的幅度控制數(shù)據(jù)D1加到D/A變換器16、A/D變換器17時(shí)，B通道的D/A變換器16就有模擬電壓輸出，該輸出電壓經(jīng)過A/D變換器17后又被變換為數(shù)據(jù)D2；接著，MCP又調(diào)用SPM22子程序，在微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01中對(duì)數(shù)據(jù)D1、D2進(jìn)行比較；假設(shè)在己校準(zhǔn)的情況下，D1＝D2意味著在均方根誤差△≯1％的意義上輸出模擬信號(hào)的幅度與預(yù)先設(shè)定的幅度相等，那么，當(dāng)D2＞D1時(shí)就說明輸出信號(hào)的幅度大于預(yù)先的設(shè)定值，此時(shí)就要減小幅度的控制數(shù)據(jù)，即用D1*＝D1-(D2-D1)取代D1(顯然此時(shí)D1*＜D1)。這樣，幅度調(diào)節(jié)環(huán)路就出現(xiàn)以下兩個(gè)連鎖反應(yīng)1、在模擬調(diào)整回路里，雙通道D/A變換器16的B通道輸出的模擬電壓Vbout必然降低，這又導(dǎo)致A通道D/A的參考電壓Vref降低，Vref降低必導(dǎo)致雙通道D/A變換器16的A通道輸出信號(hào)幅度的降低，這顯然是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程。2、在數(shù)字環(huán)路里，由于設(shè)定值D1的減小，Vbout必然減小，它的減小將導(dǎo)致A/D變換器17輸出的數(shù)據(jù)變小，或者說是與預(yù)先設(shè)定值D1之間的差距變小(即D1*更加接近D1)，達(dá)到減小誤差的目的；若從某時(shí)刻開始出現(xiàn)了D1*＝D1-(D2-D1)＜D1的情形，環(huán)路的調(diào)節(jié)過程則正好相反；這種調(diào)節(jié)是隨時(shí)、動(dòng)態(tài)進(jìn)行的，直到在均方根誤差△≯1％的意義上使D1＝D2為止。
如
圖1、圖4、圖7所示，下面對(duì)同步除顫時(shí)的“同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量模塊”M3的工作原理進(jìn)行說明。用除顫監(jiān)護(hù)儀對(duì)患者實(shí)施同步除顫監(jiān)護(hù)時(shí)，除顫脈沖應(yīng)與患者自身的R波同步；當(dāng)除顫監(jiān)護(hù)儀工作時(shí)，監(jiān)護(hù)儀上每檢測(cè)到患者自身的一個(gè)R波，屏幕上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)同步標(biāo)識(shí)(令此時(shí)t＝0)，當(dāng)除顫器實(shí)施除顫放電時(shí)，只有出現(xiàn)R波才能有放電脈沖。所謂延遲時(shí)間，是指從R波脈沖中心到放電脈沖峰值出現(xiàn)時(shí)的時(shí)間。所述的同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量模塊M3，包括硬件單元M30和延遲時(shí)間測(cè)量軟件SPM3，所述的硬件單元M30主要由微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01、位于模塊M1中的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、以及脈沖計(jì)時(shí)寬度控制器PWC所組成，其中的DAS片選信號(hào)由GAL提供，其數(shù)據(jù)輸出端通過總線與M01相接，而PWC則由M01的內(nèi)部計(jì)數(shù)器和配套的脈寬控制計(jì)時(shí)開始與計(jì)時(shí)結(jié)束等軟件組成；所述的延遲時(shí)間測(cè)量軟件SPM3包括內(nèi)部中斷控制子程序IICP、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生控制子程序SPM31、脈沖計(jì)寬度控制器SPM32(其計(jì)時(shí)開始控制信號(hào)由R波標(biāo)志信號(hào)前推獲得，計(jì)時(shí)結(jié)束控制信號(hào)由與模塊M1配套的放電脈沖峰值電壓位置判斷/確定子程序SPM14給出)以及延遲時(shí)間計(jì)算子程序SPM33等；在MCP的協(xié)調(diào)控制下，依次調(diào)用DP0、IICP、SPM31-SPM33以及SPM11、SPM14等子程序，就可與所述的M30一起，完成除顫脈沖延遲時(shí)間的計(jì)算。
現(xiàn)對(duì)同步延遲時(shí)間的具體測(cè)量過程說明如下令裝置首先通過人機(jī)對(duì)話操作，將其置于輸出標(biāo)準(zhǔn)心率信號(hào)或竇性心律信號(hào)的狀態(tài)，由程序MCP調(diào)用SPM3、進(jìn)而調(diào)用IICP、SPM31、SPM32，使每個(gè)周期均在R波波峰(t＝0ms)前40ms(即t＝-40ms)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)裝置檢測(cè)到超過門限電平(即模式開關(guān)接入的信號(hào)電壓高電平Hi≥100V，Low≤20V)的放電信號(hào)以后，MCP便調(diào)用放電脈沖能量測(cè)試檢定子程序SPM1中的SPM11對(duì)放電脈沖采樣，并由SPM14確定出放電脈沖峰值出現(xiàn)的位置，進(jìn)而產(chǎn)生停止計(jì)數(shù)的控制信號(hào)(注意，計(jì)數(shù)器的位數(shù)應(yīng)保證最大計(jì)數(shù)、即在一個(gè)R波周期內(nèi)計(jì)時(shí)不溢出)，最后由SPM33按公式Td＝Tc-40ms＝Nτ-40ms計(jì)算出延遲時(shí)間(Tc＝Nτ為由計(jì)數(shù)器計(jì)得數(shù)值所折算成的時(shí)間)。下面的草圖(縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸)給出了計(jì)算Td方法的時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，從此圖會(huì)對(duì)看得更清楚些。 實(shí)際操作時(shí)可按如下步驟進(jìn)行1、通過人機(jī)對(duì)話，將本裝置(心臟除顫器/除顫監(jiān)護(hù)儀檢測(cè)裝置)輸出120bpm的標(biāo)準(zhǔn)心率信號(hào)(或竇性心律信號(hào))至被檢除顫監(jiān)護(hù)儀，除顫監(jiān)護(hù)儀置同步狀態(tài)(此時(shí)應(yīng)有同步標(biāo)志)。2、使除顫監(jiān)護(hù)儀在100J處充電。3、使除顫監(jiān)護(hù)儀通過本裝置放電，經(jīng)過延遲時(shí)間測(cè)量模塊(包括硬件、軟件)M3處理，在顯示器LCD上即可讀取延遲時(shí)間。
SPM3涉及波形產(chǎn)生程序、放電脈沖采樣控制程序、電壓比較程序、放電脈沖峰值確定程序、延遲計(jì)時(shí)控制程序等數(shù)個(gè)程序，并需調(diào)用內(nèi)部中斷服務(wù)程序IICP，程序跳轉(zhuǎn)十分復(fù)雜，涉及許多判斷，工作量很大，但通過精心設(shè)計(jì)與調(diào)試，獲得了好的效果。
如
圖1、圖2、圖8所示，下面對(duì)心臟起搏分析模塊M4進(jìn)行說明。M4主要由硬件電路M41和與之配套的軟件SPM4組成，其中M41主要由工作模式控制電路Mode，依次級(jí)聯(lián)相接的心臟起搏信號(hào)輸入連接器J41-J42、程控電阻網(wǎng)絡(luò)22、級(jí)聯(lián)放大器A23，(與模塊M1公用的)A/D轉(zhuǎn)換器15，和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01，所述A/D轉(zhuǎn)換器15的輸出掛接在M01的總線上；所述的SPM4包括起搏負(fù)載阻抗選擇與控制SPM41予程序(與Mode、程控電阻網(wǎng)絡(luò)一起完成該網(wǎng)絡(luò)等效電阻進(jìn)而改變輸入信號(hào)的衰減系數(shù))、刺激信號(hào)產(chǎn)生子程序SPM42、起搏脈沖測(cè)試子程序SPM43和反拗期測(cè)試子程序SPM44等。起搏分析的工作過程如下當(dāng)將工作模式控制電路Mode置于心臟起搏分析(Pacer)狀態(tài)、并決定對(duì)危重患者的心電信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，主程序MCP就會(huì)依次調(diào)用DP0、IICP、SPM4及位于其名下的SPM41-SPM44子程序，對(duì)經(jīng)J41-J42、程控電阻網(wǎng)絡(luò)22、級(jí)聯(lián)放大器A23、A/D轉(zhuǎn)換器15預(yù)處理后的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成對(duì)起搏脈沖參數(shù)、需求靈敏度、反拗期等的測(cè)度分析，以及改變程控電阻網(wǎng)絡(luò)22的等效電阻大小、進(jìn)而改變輸入信號(hào)衰減系數(shù)的目的，使除顫器工作在最佳狀態(tài)。
這里還需指出的是整機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)充分了采用數(shù)字技術(shù)和電磁兼容技術(shù)。所謂“整機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)充分采用數(shù)字技術(shù)”是指1、整機(jī)的全部工作由微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制完成。2、M1-M3所用電路基本上都是大規(guī)模集成電路LSI(如GAL大規(guī)模門列陣電路、雙通道D/A變換器、ROM、RAM、I/O口等)。3、系統(tǒng)功能與信號(hào)參數(shù)的控制也采用數(shù)字控制技術(shù)，如模擬波形的幅度控制等；所述“整機(jī)的實(shí)現(xiàn)充分采用電磁兼容技術(shù)”是基于如下考慮由于該檢測(cè)裝置既要對(duì)電壓高達(dá)數(shù)千伏的除顫脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，又要產(chǎn)生電壓在毫伏(mV)級(jí)的測(cè)試信號(hào)，兩種信號(hào)的功率相差數(shù)千萬倍，系統(tǒng)的電磁兼容性與可靠性問題就顯得尤為突出，如不下大氣力解決，輕則系統(tǒng)軟件無法正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，重則可能導(dǎo)致儀器根本無法正常工作。為了提高整個(gè)裝置的電磁兼容性，本實(shí)用新型主要從設(shè)計(jì)入手，在元件的選取，電路布局的設(shè)計(jì)與安裝，直到軟件的編制等，從多個(gè)層面做工作，實(shí)踐證明產(chǎn)生的效果是非常好的。下面分別給以說明。
1、考慮良好屏蔽，以避免相互串?dāng)_。首先是對(duì)板上的元器件分組，然后對(duì)印制板的空間進(jìn)行分割，同組的放在一起，對(duì)有頻繁脈沖傳輸?shù)目臻g和抗干擾能力差的元件組給以屏蔽，保證各組的元器件互不干擾；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也采取了多種屏蔽措施如機(jī)箱內(nèi)側(cè)噴涂導(dǎo)電涂層、機(jī)箱接縫處加導(dǎo)電襯墊等，有效的防止了本機(jī)對(duì)其他設(shè)備的干擾。
2、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開接地，即根據(jù)不同的電源電壓，將數(shù)字電路和模擬電路分別設(shè)置地線。
3、采用較新的電磁兼容性對(duì)抗元件(如穿心電容、硅瞬變電壓吸收二極管等等)抑制電源線和信號(hào)傳輸線中存在的干擾；PCB采用三層板設(shè)計(jì)，精心布線，中間層設(shè)置為接地層面，保證接地線最短；不同電源的供電環(huán)路盡量避免相互感應(yīng)耦合，并盡量把每一電流環(huán)路的面積減小到最低程度；在檢測(cè)裝置信號(hào)進(jìn)出端口，在電源電路中、時(shí)鐘信號(hào)附近、敏感芯片和放電回路之間增加EMI元件等等。
4、裝置在數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用了數(shù)字濾波和軟件對(duì)策方法，從而減少了系統(tǒng)隨機(jī)干擾因素對(duì)采樣結(jié)果的影響。
5、系統(tǒng)設(shè)置有自檢與故障診斷服務(wù)程序，系統(tǒng)工作時(shí)用此程序不斷對(duì)某些設(shè)有特定標(biāo)志的部位(包括或某些內(nèi)存單元)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)，傳輸、數(shù)據(jù)處理和程序運(yùn)行的可靠性。
6、鑒于計(jì)算機(jī)軟件在可靠性設(shè)計(jì)方面的重要性，在裝置的核心單元單片機(jī)部分專門增加了監(jiān)控單元，即選用MAX1232(μP監(jiān)控芯片)充當(dāng)硬件看門狗，并提供復(fù)位時(shí)序的保證，當(dāng)程序跑飛時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位；對(duì)未使用的中斷向量區(qū)和大塊ROM空間設(shè)置冗余指令(即在程序的跳轉(zhuǎn)口加上冗余的NOP指令)和陷阱，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
7、充分采用了數(shù)字電路與數(shù)字控制技術(shù)，用大規(guī)模門列陣電路GAL代替由離散門電路組成的復(fù)雜邏輯電路，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)整機(jī)的邏輯控制，既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，也增加了控制的靈活性與可靠性。
由于采取了這些技術(shù)措施，使得本實(shí)用新型既充分發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減少了硬件的數(shù)量、品種、設(shè)備的重量與體積，節(jié)約了成本，設(shè)備也顯得比較精巧，再加上采用多種電磁兼容性措施，因而可靠性、尤其是其技術(shù)性能和使用性能都得到大大提高，從而保證了本實(shí)用新型在非常惡劣的電磁干擾環(huán)境下都能可靠的工作，足以勝任對(duì)各種“心臟除顫器/除顫監(jiān)護(hù)儀”檢定的需要。
權(quán)利要求1.一種心臟除顫器與除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，它主要由以專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模塊，受其控制的除顫能量高精度快速檢測(cè)、多種波形模擬產(chǎn)生及幅度控制、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量、心臟起搏分析系統(tǒng)專用功能模塊，和與之配套的軟件模塊，以及設(shè)備的機(jī)箱和操作面板部分組成，在所述操作面板上安裝有電源開關(guān)、大屏幕字符顯示器LCD、由一個(gè)模式控制開關(guān)MODE與五個(gè)人機(jī)對(duì)話按鍵開關(guān)F1一F5組成的組合開關(guān)列陣、除顫器放電輸入接口電路、ECG模擬信號(hào)輸出接口、心臟起搏信號(hào)輸入連接器，整機(jī)采用電磁兼容性技術(shù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，其特征在于所述的專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01主要由CMOS單片機(jī)和在其總線上外掛的擴(kuò)展芯片ROM、RAM、E2PROM、LCD驅(qū)動(dòng)電路、大規(guī)?？删幊踢壿嬮T列陣控制電路GAL，外部擴(kuò)展總線、串并I/O擴(kuò)展口所組成，在所述I/O擴(kuò)展口與LCD驅(qū)動(dòng)電路上，分別掛接有打印機(jī)、網(wǎng)卡和8×40大屏幕字符顯示器LCD外設(shè)，四種專用功能模塊掛接在專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展總線上，單片機(jī)CPU通過GAL產(chǎn)生的片選信號(hào)，對(duì)所有擴(kuò)展芯片ROM/RAM/E2PROM存儲(chǔ)器、串并I/O擴(kuò)展口、外設(shè)及所述四種專用模塊進(jìn)行控制；所述的軟件模塊，包括“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”和“系統(tǒng)專用功能模塊工作控制程序”，所述的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”，包括設(shè)備自檢與開機(jī)控制子程序、外部中斷處理子程序、組合開關(guān)列陣處理子程序、人機(jī)交互顯示界面生成及其切換控制子程序，依次調(diào)用這些子程序，可把F1-F5這5個(gè)機(jī)械開關(guān)變?yōu)?5個(gè)軟件開關(guān)來用，對(duì)應(yīng)于45幅不同人機(jī)交互顯示界面；所述的系統(tǒng)專用功能模塊工作控制程序，包括系統(tǒng)工作進(jìn)程協(xié)調(diào)控制主程序、放電脈沖參數(shù)測(cè)量與計(jì)算子程序、多種波形模擬產(chǎn)生及幅度閉環(huán)自動(dòng)控制子程序、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量子程序、心臟起搏分析子程序、內(nèi)部中斷子程序；裝置的所有檢定功能都是在專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與之配套的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”和“系統(tǒng)工作進(jìn)程協(xié)調(diào)控制主程序”組織協(xié)調(diào)下，由各專用硬件模塊和與之配套的軟件相互協(xié)調(diào)共同完成的；裝置的協(xié)調(diào)控制為“對(duì)外部中斷請(qǐng)求即時(shí)處理”的多任務(wù)分時(shí)控制技術(shù)，即由專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“系統(tǒng)監(jiān)控與綜合服務(wù)程序”隨時(shí)對(duì)組合開關(guān)列陣的狀態(tài)進(jìn)行掃描，根據(jù)其狀態(tài)及由此產(chǎn)生的中斷優(yōu)先級(jí)，調(diào)用所述軟件模塊中的相關(guān)子程序，完成人機(jī)對(duì)話界面的切換，并自動(dòng)完成相應(yīng)的檢定功能。
2.如權(quán)利要求1所述的心臟除顫器及除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的除顫放電脈沖能量高精度快速測(cè)量模塊M1，主要由專用微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS和與之配套的系統(tǒng)專用功能工作控制主程序MCP、放電脈沖測(cè)量與能量計(jì)算子程序SPM1軟件所組成；所述的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS主要由依次級(jí)聯(lián)相接的除顫器放電電極接入端P1-P2、放電脈沖輸入緩沖接口電路11、電阻式可調(diào)衰減器13、電壓比較與校準(zhǔn)電路14、12bit高速A/D變換器15，以及與電阻式可調(diào)衰減器相接的模式選擇開關(guān)Mode所組成；所述的放電脈沖測(cè)量與能量計(jì)算程序SPM1包括除顫信號(hào)采樣控制與數(shù)據(jù)整理存儲(chǔ)予程序SPM11、電壓平方和計(jì)算子程序SPM12、2-10進(jìn)制浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換子程序SPM13、放電脈沖電壓/電流峰值確定子程序SPM14、放電脈沖波形恢復(fù)控制子程序SPM15和系統(tǒng)專用功能工作控制主程序MCP所組成；在MCP的控制下，依次調(diào)用SPM1及所述子程序，對(duì)DAS所得數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的處理與計(jì)算，即可完成對(duì)除顫信號(hào)能量的計(jì)算、全脈沖參數(shù)分析和波形存儲(chǔ)或恢復(fù)；
3.如權(quán)利要求1所述的心臟除顫器和除顫心電監(jiān)護(hù)儀的計(jì)量檢測(cè)裝置，其特征在于所述的多種波形模擬產(chǎn)生及幅度控制模塊M2，它主要由多種波形模擬產(chǎn)生及幅度控制硬件電路M20和與之配套的系統(tǒng)專用功能控制主程序MCP、波形產(chǎn)生及幅度控制軟件SPM2所組成；所述的M20包括波形產(chǎn)生硬件電路M201與幅度控制硬件環(huán)路M202，M201包括專用微計(jì)算機(jī)單元M01、掛接在其擴(kuò)展總線上的雙通道D/A變換器(16)，依次與其A通道D/A的輸出級(jí)聯(lián)相接的I/V變換運(yùn)放(18)、雙極性變換器(19)及并接其后的電阻分配網(wǎng)絡(luò)(20)及N倍增益運(yùn)放(21)，M202包括由單片機(jī)(1)、雙路D/A變換器(16)組成的幅度控制支路I和由單片機(jī)(1)、雙路D/A變換器(16)的B通道、A/D變換器(17)組成的幅度控制支路II，在幅度控制支路I中，D/A變換器(16)B通道的輸出電壓Vbout與D/A變換器(16)A通道的參考電壓Vbref輸入端相接，在幅度控制支路II中，D/A變換器(16)B通道的輸出電壓Vbout還要與A/D變換器(17)的輸入端相接，A/D變換器(17)的輸出接在單片機(jī)(1)的數(shù)據(jù)總線上；所述的SPM2是集成在MCP名下的、包括有波形產(chǎn)生控制子程序SPM21、信號(hào)幅度控制子程序SPM22的專用控制軟件，SPM21的作用是控制模擬產(chǎn)生樣式、頻率滿足要求的波形，SPM22的作用則是按要求控制所產(chǎn)生信號(hào)的幅度；M2能產(chǎn)生的模擬波形，都是在MCP的控制下，由軟件SPM2、IICP、DP0及硬件M201共同完成的；各模擬波形的產(chǎn)生采用程控D/A變換法，在所述M01的擴(kuò)展芯片ROM(6)和E2PROM(7)中，分別存放著軟件模塊Msfw所有源程序數(shù)據(jù)和各模擬波形的數(shù)據(jù)；波形的樣式產(chǎn)生與頻率控制是由MCP依次調(diào)用IICP、SPM2、人機(jī)交互顯示界面選擇控制子程序DP03，把波形數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)乃俣人腿階通道D/A變換器，就可產(chǎn)生波形樣式與頻率合乎要求的模擬波形；各模擬波形的幅度控制采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，它是在既包括I、II兩個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)換路M202中完成的；所述的環(huán)路I是把B通道D/A的輸出電壓Vbout直接做為A通道D/A變換器的參考電壓Varef，所述的環(huán)路II則在程序SPM22的控制下，對(duì)A/D變換器(17)的變換輸出數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的幅度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用比較結(jié)果更新原來的幅度控制變量，對(duì)信號(hào)進(jìn)行循環(huán)式的幅度閉環(huán)調(diào)節(jié)，最終達(dá)到穩(wěn)定模擬信號(hào)幅度的目的
4.如權(quán)利要求1所述的心臟除顫器及除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量模塊M3，包括硬件單元M30和延遲時(shí)間測(cè)量軟件SPM3，M30主要由微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01、位于模塊M1中的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、以及脈沖計(jì)時(shí)寬度控制器PWC所組成，SPM3主要由內(nèi)部中斷控制子程序IICP、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生控制子程序SPM31、脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)器SPM32，以及延遲時(shí)間計(jì)算子程序SPM33組成；所述DAS的片選信號(hào)由GAL提供，其A/D變換器的數(shù)據(jù)輸出端通過總線與M01相接，而PWC則由M01和位于其內(nèi)部的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)開始控制信號(hào)與停止計(jì)數(shù)控制信號(hào)組成，其中計(jì)數(shù)開始控制信號(hào)在R波標(biāo)志信號(hào)前40ms時(shí)出現(xiàn)，而停止計(jì)數(shù)控制信號(hào)由包括在SPM1中的放電脈沖峰值電壓位置判斷/確定子程序SPM14確定；在MCP的協(xié)調(diào)控制下，依次調(diào)用DP0、IICP、SPM31-SPM33以及SPM11、SPM14子程序，就可與所述的M30一起，完成除顫脈沖延遲時(shí)間的計(jì)算。
5.如權(quán)利要求1所述的心臟除顫器及除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的心臟起搏分析模塊M4主要由硬件電路M41和與之配套的軟件SPM4組成，其中M41主要由工作模式控制電路Mode，依次級(jí)聯(lián)相接的心臟起搏信號(hào)輸入連接器J41-J42、程控電阻網(wǎng)絡(luò)(22)、級(jí)聯(lián)放大器A(23)，A/D轉(zhuǎn)換器(15)，和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M01，所述A/D轉(zhuǎn)換器(15)的輸出掛接在M01的總線上；所述的SPM4包括起搏負(fù)載阻抗選擇與控制SPM41、刺激信號(hào)產(chǎn)生SPM42、起搏脈沖測(cè)試SPM43和反拗期測(cè)試SPM44子程序；在MCP主程序的協(xié)調(diào)控制下，依次調(diào)用DP0、IICP、SPM4及其屬下的SPM41一SDPM44，不僅可以改變電阻網(wǎng)絡(luò)效電阻的大小，而且還可完成對(duì)起搏脈沖參數(shù)、需求靈敏度、反拗期進(jìn)行測(cè)度分析工作，使除顫器工作在最佳狀態(tài)；
6.如權(quán)利要求1所述的心臟除顫器及除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的整機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)采用電磁兼容技術(shù)是指，儀器機(jī)箱采用內(nèi)涂抗電磁干擾涂層的整體結(jié)構(gòu)，前面板與機(jī)箱之間加導(dǎo)電密封圈固定；裝置的交流直流變換器之間加隔離變壓器和抗干擾濾波器；將裝置各功能電路所需集成電路及其他元器件首先按功能分組，并安裝在中間為接地隔離層的三層PCB板上，然后加以屏蔽；在儀器的硬件上還加有看門狗，在軟件中設(shè)置冗余、軟件陷阱以及其他電磁兼容程序設(shè)計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種心臟除顫器和除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)裝置，它主要由系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模塊以及受其控制的除顫能量高精度快速測(cè)量、多種模擬波形產(chǎn)生及其幅度控制、同步除顫延遲時(shí)間測(cè)量、心臟起搏分析等專用模塊所組成；本實(shí)用新型按電磁兼容性的原則設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)多任務(wù)協(xié)調(diào)控制技術(shù)控制該裝置的工作，因而可靠性高、檢定功能強(qiáng)、使用靈活，它的問世與普及，必將為心臟除顫器和除顫監(jiān)護(hù)儀的檢測(cè)及全壽命周期管理提供非常有效的手段，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、軍事效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)A61B5/00GK2590534SQ0229086
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者賈建革, 李詠雪, 宋國敏, 孫志輝, 孫喜文 申請(qǐng)人:中國人民解放軍總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所