專利名稱：基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及心電圖檢查中使用的心電電極，具體為一種用于檢測心電電極性能指 標的測試系統(tǒng)，它綜合了多指標測試功能于一體，同時具有數(shù)字化顯示、儲存的功能，屬于 醫(yī)療電子器械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
心電圖檢查是疾病診斷和搶救中常用的醫(yī)療措施，通過心電圖的觀測可以對各種 心率失常、心室心房肥大、心肌梗塞、心肌缺血等病癥進行判斷，在進行心電圖檢查時，必須 通過心電電極與人體接觸來獲取心電信號，而心電電極自身的性能指標則關(guān)系到心電圖的 檢查結(jié)果是否準確。目前，我國對心電電極的性能檢測主要是根據(jù)中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準YY/ T0196-2005《一次性心電電極》中提供的方法來進行的，該方法中，采用了對不同的性能指 標分別檢測的方式，即在檢測每一項性能指標時都單獨采用一種專用設(shè)備來檢測，而且每 一種設(shè)備都必須配備獨立的電源、信號發(fā)生器、顯示器(示波器)及相對應(yīng)的處理電路等 器件，這使得在檢測心電電極時，需要使用一大堆設(shè)備，而且每種設(shè)備還需要不同的專業(yè)人 員來操作，這種操作太分散，使用很不方便，還需要分別安裝、調(diào)試各種設(shè)備，檢測時間也較 長，使得整個過程繁亂、復雜，不利于結(jié)果的系統(tǒng)記錄和保存；而且由于不同的專業(yè)人員在 測試時的標準難以統(tǒng)一，特別是不同設(shè)備由于生產(chǎn)廠商不同，有的輸出結(jié)果為模擬信號，而 有的輸出結(jié)果為數(shù)字信號，造成了檢測精度出現(xiàn)差異，導致了最終結(jié)果不準確；由于心電電 極的性能指標較多，在檢測過程中使用的設(shè)備也很多，這也造成了檢測成本太高。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前在心電電極性能檢測時存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種集 多種檢測功能于一體，操作簡單、方便，能夠?qū)崟r檢測，且精度高，檢測成本也較低的一體化 數(shù)字測試系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，包括用于采集電極對 性能參數(shù)的下位機和與下位機相連的上位機，其特征在于，所述下位機包括單片機、多通道 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功能測試模塊和模擬開關(guān)模塊，所述單片機的信號輸出端與模擬開關(guān)模塊的 控制端連接，所述模擬開關(guān)模塊內(nèi)設(shè)置有用于與電極對連接的測試接口，在模擬開關(guān)模塊 內(nèi)還設(shè)有若干個選擇開關(guān)，模擬開關(guān)模塊接收到單片機的控制信號后控制對應(yīng)的選擇開關(guān) 聯(lián)通；所述功能測試模塊的輸入端與模擬開關(guān)模塊上對應(yīng)的選擇開關(guān)相連，功能測試模塊 的輸出連接多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與單片機的信號接收端連 接，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將功能測試模塊采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入單片機；所 述上位機包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和操作平臺，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與下位機的單 片機聯(lián)通，數(shù)據(jù)處理模塊分別與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和操作平臺連接通信。所述功能測試模塊由若干個并聯(lián)連接的子模塊構(gòu)成，包括交流阻抗測試模塊、直流失調(diào)電壓測試模塊、復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊、偏置電流耐受度測試模塊 以及除顫過載恢復性能測試模塊，所述各個子模塊的控制端分別與模擬開關(guān)模塊上的選擇 開關(guān)連接，子模塊的采集信號均輸入多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明中功能測試模塊可根據(jù)需 要設(shè)定，而且可以增加新的子模塊，這樣既實現(xiàn)了功能測試的一體化集成，還具有靈活的擴 展性，可以滿足更多的性能測試需求。
本發(fā)明的數(shù)字測試系統(tǒng)解決了在進行電極對性能檢測時設(shè)備分散、繁雜的問題， 同時系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊還具有良好的兼容性，操作更加簡單，避免了人為因素導致檢測的 準確性降低，具有很好的推廣價值。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明采用一體化的電路結(jié)構(gòu)，集成了交流阻抗、直流失調(diào)電壓、復合失調(diào)不穩(wěn) 定性和內(nèi)部噪聲、除顫過載恢復性能以及偏置電流耐受度的功能測試模塊，只需要一套系 統(tǒng)即可完成所有的功能測試，極大的簡化了測試過程，而且通過與單片機連接的上位機來 調(diào)節(jié)各個功能模塊的檢測參數(shù)以及對功能進行設(shè)置，使操作更加簡單、方便，提高了測試效 率，同時利用上位機存儲和打印測試結(jié)果，使得測量電極性能的工作簡單化。2、本發(fā)明通過多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測試結(jié)果均轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方式進行傳送， 統(tǒng)一了輸出標準，減小了信號在傳遞過程中的衰減，達到減小誤差的目的，提高了各項指標 的測試精度，而且由于采用模塊化的設(shè)計，在測試過程中的各個功能模塊工作相對獨立，穩(wěn) 定性較好，測試結(jié)果也更加準確。3、本發(fā)明降低了檢測成本，由于只需使用一套設(shè)備即可完成全部測試內(nèi)容，這樣 有利于測試系統(tǒng)的小型化和智能化，整體成本明顯降低，安裝和攜帶都更加方便，而且本發(fā) 明以個人計算機作為上位機來處理數(shù)據(jù)，充分利用了 PC機上靈活的應(yīng)用軟件來進行數(shù)據(jù) 處理、顯示、存儲以及方便的圖形用戶操作界面，也減少了操作成本。


圖1為本發(fā)明一體化數(shù)字測試系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明中單片機的工作流程圖；圖3為本發(fā)明操作平臺上操作面板的外觀示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，包括用于采集電極對性能數(shù) 據(jù)的下位機和用于控制下位機工作的上位機，所述下位機包括單片機、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 功能測試模塊和模擬開關(guān)模塊，本實施例中單片機的型號為C8051F340，所述單片機的信號 輸出端與模擬開關(guān)模塊的控制端連接，所述模擬開關(guān)模塊內(nèi)設(shè)置有用于與電極對連接的測 試接口，在模擬開關(guān)模塊內(nèi)還設(shè)有若干個選擇開關(guān)，模擬開關(guān)模塊接收到單片機的控制信 號后控制對應(yīng)的選擇開關(guān)聯(lián)通；所述功能測試模塊由若干個并聯(lián)連接的子模塊構(gòu)成，包括 交流阻抗測試模塊、直流失調(diào)電壓測試模塊、復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊、偏置 電流耐受度測試模塊以及除顫過載恢復性能測試模塊，所述各個子模塊的控制端分別與模 擬開關(guān)模塊上的選擇開關(guān)連接，子模塊的采集信號均輸入給多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與單片機的信號接收端連接，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將功能測試模塊采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入單片機；本實施例中上位機包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模 塊和操作平臺，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過USB接口與下位機的單片機通信，數(shù)據(jù)處理模塊分 別與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和操作平臺連接通信。參見圖1和圖2，本發(fā)明的測試系統(tǒng)工作時，先從上位機的操作平臺上輸入控制命 令，控制命令經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后再通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送給下位機上的單片機，單片 機根據(jù)接收到的信息判斷檢測指令的類型，然后作出開始檢測、停止檢測或調(diào)整增益的操 作。其中，單片機在進行開始檢測的操作時，先確定檢測類型，即發(fā)出控制信號給模擬開關(guān) 模塊，使模擬開關(guān)模塊內(nèi)對應(yīng)的選擇開關(guān)連接的功能測試模塊聯(lián)通并工作，同時也在單片 機內(nèi)部設(shè)置檢測參數(shù)，并觸發(fā)單片機內(nèi)部中斷和開啟定時器，同時單片機獲取到模數(shù)轉(zhuǎn)換 完成后(從功能測試模塊采集到并經(jīng)多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后)的數(shù)字檢測信號，單片機 又將接收的信號通過上位機的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊反饋發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊，并通過操作平臺上 的顯示屏輸出檢測結(jié)果；單片機在完成一種(次)功能檢測后，操作人員通過操作平臺可以 輸入另一個控制命令，系統(tǒng)根據(jù)控制命令又通過以上方式檢測電極對的另一種功能，直至 所有功能檢測完成，最后上位機統(tǒng)計得出電極對的綜合性能指標。單片機在進行調(diào)整增益 的操作時，也要先判斷正在檢測的參數(shù)的類型，即是哪一個工作模塊正在工作，然后再進行 內(nèi)部的參數(shù)修改，并回到等待接收測試數(shù)據(jù)的狀態(tài)。單片機在進行停止檢測的操作時，直接 禁用中斷和定時器，關(guān)閉對應(yīng)的選擇開關(guān)，使對應(yīng)的功能測試模塊停止工作。本發(fā)明中，在上位機內(nèi)采用LabVIEW應(yīng)用程序進行設(shè)計，而且在操作平臺上設(shè)置 了一個操作面板，參見圖3，在操作面板上對應(yīng)各個子模塊分別設(shè)置1個按鈕，每個按鈕分 別控制對應(yīng)功能模塊的操作。在操作面板上還可以設(shè)置對應(yīng)各項參數(shù)檢測的指示燈，已經(jīng) 完成的檢測項目則顯示為綠色，否則為灰色。同時為方便查看，還可以設(shè)置查看結(jié)果和生成 報告按鈕，通過查看結(jié)果按鈕可以在顯示屏上彈出的對話框中顯示已經(jīng)測試的各項參數(shù)的 測試情況；通過生成報告按鈕可以生成WORD格式的報告單，內(nèi)容包括各項參數(shù)的定量結(jié)果 和定性結(jié)果，生成的報告單可以進一步存儲或通過與上位機連接的打印機打印。另外，還可 以設(shè)置一個停止按鈕，停止按鈕用來結(jié)束上位機的檢測工作，同時通過與下位機的通信停 止下位機程序的運行。所述查看結(jié)果按鈕、生成報告按鈕以及停止按鈕均與上位機的數(shù)據(jù) 處理模塊連接。參見圖1，所述交流阻抗測試模塊包括正弦波產(chǎn)生電路、濾波放大電路和電位調(diào) 理電路。所述正弦波產(chǎn)生電路的輸出端和濾波放大電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連 接，信號依次經(jīng)過濾波放大電路和電位調(diào)理電路處理后輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。工作時， 正弦波產(chǎn)生電路產(chǎn)生頻率為10Hz、電流峰值低于IOOuA的正弦波信號并作用于電極對，交 流阻抗檢測電路通過濾波放大電路檢測電極對兩端的電壓信號，然后經(jīng)電位調(diào)理電路處理 后，將信號輸入多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將檢測的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 并輸入單片機。在本實施例中，正弦波信號的產(chǎn)生也可以由單片機先產(chǎn)生矩形波信號，經(jīng) 濾波后得到幅度一定的正弦波信號，再通過壓流轉(zhuǎn)換電路即可得到固定峰峰值電流的正弦 波。參見圖1，所述直流失調(diào)電壓測試模塊是由設(shè)置在模擬開關(guān)模塊和多通道模數(shù)轉(zhuǎn) 換器之間的濾波放大電路構(gòu)成。工作時，濾波放大電路將電極對上的直流信號提取后并經(jīng)過濾波、信號放大處理，再輸入多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。濾波放大電路的作用主要是將信號中的交流成分去掉，并將信號放大以滿足高于ImV的測試分辨率的要求。另外， 濾波放大電路的輸入阻抗應(yīng)大于10ΜΩ，電路施加于電極對上的偏置電流應(yīng)小于ΙΟηΑ。參見圖1，所述復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊是由依次連接的帶通濾波 電路、前置放大電路、工頻陷波電路、主放大電路和電位調(diào)理電路構(gòu)成，其中帶通濾波電路 作為復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊的輸入端。復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測 試模塊用于提取電極對上的噪聲信號，通過一階的帶通濾波電路將所測信號的頻率限制在 0. 01 IOOHz范圍內(nèi)；前置放大電路和主放大電路用于將微伏級的信號放大到適合檢測的 范圍內(nèi)；工頻陷波電路用于衰減50Hz(或60Hz)工頻信號干擾，使工頻噪聲不會影響到電極 對噪聲信號從而避免失真；電位調(diào)理電路使放大后的信號幅度范圍適合于進行AD轉(zhuǎn)換。其 中，前置放大電路的輸入阻抗應(yīng)大于10ΜΩ，本實例中選用儀用放大器AD620進行測試。參見圖1，所述偏置電流耐受度測試模塊包括微電流產(chǎn)生電路和濾波放大電路，所 述微電流產(chǎn)生電路的輸出端和濾波放大電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連接，所述濾波 放大電路將檢測的電壓信號輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。工作時，微電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生微電 流信號并作用于電極對；濾波放大電路在一定時間內(nèi)對電極對兩端的電壓值進行監(jiān)測，然 后將檢測信號輸入多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述微電流產(chǎn)生電路由一個2V的電壓源和一個適 當?shù)碾娏髟O(shè)置電阻串聯(lián)構(gòu)成。所述濾波放大電路的輸入阻抗應(yīng)不小于10ΜΩ，放大倍數(shù)應(yīng)滿 足放大后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換使測試出的電極對的電壓值分辨率達到5mV。參見圖1，所述除顫過載恢復性能測試模塊包括充放電電路、低通濾波電路和放大 電路；所述充放電電路由單片機控制，充放電電路的輸入端連接直流信號產(chǎn)生電路，充放電 電路的輸出端和低通濾波電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連接。所述充放電電路由單片 機檢測充放電電壓值，根據(jù)檢測結(jié)果控制充放電進程，在IOuF電容充電至200V時電容對電 極放電，放電至電容上電壓為2V時將電極對與測試模塊相連。檢測信號依次經(jīng)過低通濾波 電路和放大電路濾波放大處理后輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，低通濾波電路的主要作 用在于濾除掉交流的成分。工作時，模塊通過充好電的電容對電極對放電，當電容上的電壓 由200V降到2V時，單片機控制斷開放電回路，然后通過低通濾波電路和放大電路對電極對 上的電壓進行測量。本實例中電容上的電壓信號變化可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機檢測得 到。本發(fā)明中可以采用PC機來作為上位機，這樣能夠充分利用PC機上相關(guān)應(yīng)用軟件 的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲功能以及更方便的圖形用戶操作界面。最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方 案，盡管申請人參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理 解，那些對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍， 均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，包括用于采集電極對性能參數(shù)的下位機和與下位機相連的上位機，其特征在于，所述下位機包括單片機、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功能測試模塊和模擬開關(guān)模塊，所述單片機的信號輸出端與模擬開關(guān)模塊的控制端連接，所述模擬開關(guān)模塊內(nèi)設(shè)置有用于與電極對連接的測試接口，在模擬開關(guān)模塊內(nèi)還設(shè)有若干個選擇開關(guān)，模擬開關(guān)模塊接收到單片機的控制信號后控制對應(yīng)的選擇開關(guān)聯(lián)通；所述功能測試模塊的輸入端與模擬開關(guān)模塊上對應(yīng)的選擇開關(guān)相連，功能測試模塊的輸出連接多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與單片機的信號接收端連接，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將功能測試模塊采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入單片機；所述上位機包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和操作平臺，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與下位機的單片機連接，數(shù)據(jù)處理模塊分別與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和操作平臺連接通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述功 能測試模塊由若干個并聯(lián)連接的子模塊構(gòu)成，包括交流阻抗測試模塊、直流失調(diào)電壓測試 模塊、復合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊、偏置電流耐受度測試模塊以及除顫過載恢 復性能測試模塊，所述各個子模塊分別與模擬開關(guān)模塊上對應(yīng)的選擇開關(guān)連接，子模塊的 采集信號均輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述交 流阻抗測試模塊包括正弦波產(chǎn)生電路、濾波放大電路和電位調(diào)理電路，所述正弦波產(chǎn)生電 路的輸出端和濾波放大電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連接，信號依次經(jīng)過濾波放大電 路和電位調(diào)理電路處理后輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述直 流失調(diào)電壓測試模塊是由濾波放大電路構(gòu)成，所述濾波放大電路分別與模擬開關(guān)模塊和多 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述復 合失調(diào)不穩(wěn)定性和內(nèi)部噪聲測試模塊是由依次連接的帶通濾波電路、前置放大電路、工頻 陷波電路、主放大電路和電位調(diào)理電路構(gòu)成，其中帶通濾波電路位于復合失調(diào)不穩(wěn)定性和 內(nèi)部噪聲測試模塊的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述偏 置電流耐受度測試模塊包括微電流產(chǎn)生電路和濾波放大電路，所述微電流產(chǎn)生電路的輸出 端和濾波放大電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連接，所述濾波放大電路將檢測的電壓信 號輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，其特征在于，所述除 顫過載恢復性能測試模塊包括充放電電路、低通濾波電路和放大電路；所述充放電電路由 單片機控制，充放電電路的輸入端連接直流信號產(chǎn)生電路，充放電電路的輸出端和低通濾 波電路的輸入端均與對應(yīng)的選擇開關(guān)連接；檢測信號依次經(jīng)過低通濾波電路和放大電路濾 波放大處理后輸入到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
基于心電電極的一體化數(shù)字測試系統(tǒng)，包括下位機和上位機，下位機包括單片機、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功能測試模塊和模擬開關(guān)模塊，單片機輸出端與模擬開關(guān)模塊的控制端連接，模擬開關(guān)模塊內(nèi)設(shè)有測試接口，在模擬開關(guān)模塊內(nèi)還設(shè)有若干個選擇開關(guān)；所述功能測試模塊的輸入端與模擬開關(guān)模塊上的選擇開關(guān)相連，功能測試模塊的輸出連接多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與單片機連接；所述上位機包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和操作平臺，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與單片機聯(lián)通，數(shù)據(jù)處理模塊分別與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和操作平臺連接通信。本發(fā)明采用一體化的電路結(jié)構(gòu)，簡化了測量設(shè)備，排除了測量過程中的人為因素，提高了測試的精度，同時降低了成本。
文檔編號A61B5/0408GK101856224SQ201010176999
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者唐俊銓, 張箭, 田學隆, 羅蘭英 申請人:重慶大學