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Develop Automatic Test System for Multi-parameter Patient Monitor Based on LabVIEW Platform
作者:陈祥
职务:高级测试开发工程师
公司:飞利浦(中国)投资有限公司
应用领域:产品测试
挑战:以NI LabVIEW为软件核心,集成了多种数据采集卡,通信板卡,各类通用仪器,医疗专用仪器,安规仪器,切换夹具等硬件,共同构成多参数病人监护仪的全功能及安全测试平台。
使用的产品:
Ø 测试硬件:
- 标准工控机
- NI PCI GPIB通信板卡(778032-01)
- NI PCI-6528 24路通道间光隔离漏/源输入
- NI PCI RS232/4串口通信板卡(777642-04)
- NI PCI-6733 高速模拟输出(AO)
- NI USB-6251 USB高速M系列多功能DAQ
- USB-I2C总线适配器
- Chroma AC Source 61601A交流电源
- Agilent 53132A高精度频率计数器
- Agilent N6700可控模块化电源
- Vitrek V4高压测试仪
- Metron QA-90漏电流测试仪
- Kakogawa MT210 Digital Manometer高精度数字压力仪
- Fluke SPO2 Index2血氧模拟仪
- Fluke MPS450多参数病人信号模拟仪
- Bluetooth Dongle蓝牙适配器
- 标准CO2气体
Ø 测试软件
- Windows XP Professional操作系统
- Window Office 2003 Professional (including EXCEL and ACCESS)
- NI LabVIEW 8.0图形化编程环境
- NI Application Builder 8.0应用程序生成器
- NI Report Generation Toolkit用于Microsoft Office的报告生成工具包
- NI Database Connectivity Toolkit数据库连接工具包
- NI GPIB Driver
- NI RS232 Driver
- NI DAQmx(DAQ Assist)
- NI Signal Processing Toolkit数据分析工具
- NI TCP Communication Driver TCP通信协议
- NI Bluetooth Communication Driver蓝牙通信协议
- NI Windows Registry Access Vis注册表工具
- SMbus driver( An External Driver Installed in LabVIEW 8.0)
Ø 相关医疗标准:
- ANSI/AAMI EC13:2002/(R)2007 《Cardiac monitors, heart rate meters, and alarms》
- YY91079 《心电监护仪专用标准》
- BS EN60601-1:1990 BS 5724-1:1989《Medical electrical equipment —Part 1: General requirements for safety》
- GB 9706.1-2007《医用电气设备_第1部分_安全通用要求》
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
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