心脏除颤器测试分析仪

　　1　引　　言

　　除颤器是利用瞬间释放的高能量脉冲电流,通过短暂的电击去除心脏的室颤(VF)或房颤(AF),并使其恢复正常心律的一种有效的医疗救护仪器。显然,除颤器的性能优劣将直接关系到临床急救的成败。

　　目前,国内尚没有专用的检定除颤器性能的分析仪器,仅有少数单位依赖进口仪器对此进行检定。为此,研制了一台心脏除颤器测试分析仪,可对除颤器的各功能参数,包括放电能量、最大电流及电压、同步触发延迟时间、除颤器放电时间等进行校准检验,且能模拟人体输出多种心率(范围在20次/min～240次/min)的标准心电波形以及输出检定除颤器性能的特定波形,并兼有检测与心电信号同步的除颤放电功能。该仪器不仅功能强、精度高,且有良好的人机交互界面。

　　2　系统硬件设计

　　仪器以飞利浦单片机80C552为控制核心,完成对除颤器各项功能的测试分析,并通过接口电路传输、显示分析结果,原理框图如图1所示。除颤器测试分析仪主要完成两部分功能:除颤器放电能量的准确测量;输出各种ECG心电波形。

　　高压放电脉冲通过模拟人体阻抗的模拟电阻(典型阻值50Ω)放电,经衰减网络送入可控增益放大器,其输出信号通过A/D转换器进行采样。由于除颤器放电脉冲时间约为几十毫秒,系统在一定时间内对放电脉冲进行采集,采样周期为100μs,计算其放电能量:

　　通过数字合成方法,由程序产生的ECG心电波形经D/A输出并通过模拟电路变换为所要求的输出波形。

　　2.1　除颤能量测试及处理电路

　　图2为除颤能量测试及处理电路。除颤器放电后,　在50Ω电阻上产生的高压经过R101～R119输入电阻网络及运放IC101组成的有源衰减网络后,送入IC102放大,其输出电压经过12位的A/D转换器转换为数字信号送入单片机进行处理。为保证实时准确地采集放电脉冲的全部信息,系统设计采取以下措施:

　　(1)采用高精度和转换速率高的集成运算放大器IC101、IC102;

　　(2)采用由精密电阻组成的电阻输入网络,保证有源衰减的准确,通过对输入信号进行分档衰减,保证信号始终处于A/D转换器有效的输入电压范围;

　　(3)采用速度快、分辨率高的12位A/D转换器;

　　(4)为防止浪涌高压的冲击和干扰,电路采取相应的保护屏蔽措施及EMI滤波器。两个25欧的取样电阻采用无感电阻。

　　2.2　波形发生电路

　　为检验除颤器自动除颤功能及其他特性,要求分析仪能输出多种波形,包括具有多种导联输出的标准ECG波且幅值可调,同时为了测试除颤器心电监护部分的频率响应,还可输出DC脉冲、方波、三角波、多种频率的正弦波作为标准的测试信号。波形产生电路如图3示。仪器可输出标准的ECG波-P、Q、R、S、T、U波群　作为除颤器放电除颤的激励信号。单片机输出的数字信号经过双路数模转换器及双极性变换电路处理后,一路经IC2B放大后接入ECG导联输出板(如图4示)输出到除颤器心电信号输入端。ECG导联输出电路由电阻分压网络组成,波形信号经过相应的比例衰减后输出端可得到标准导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和V1～V6导联等多种导联的ECG波。另一路经R145～R159、R180、R181等构成的电阻网络送到除颤器分析仪放电电极,用以检验除颤器的同步除颤功能。为保证各种波形幅值的精度要求,系统设计了反馈控制回路,由D/A转换器输出的模拟信号送入80C552内部的10位A/D转换器形成反馈,精确控制D/A输出的幅值。双路数模转换器的B通道用来产生通道A的基准电压,与IC3A运放跟随输出后,接入通道A的参考端,形成模拟波形输出的基准值,波形由通道A完成。单片机内部定时器　　定时中断频率作为控制波形频率的基准。