CN101530649B - 具有统一化电极接口的除颤仪主机及除颤电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有统一化电极接口的除颤仪，包括除颤仪主机和除颤电极，所述除颤仪主机包括主控单元和与主控单元电连接的总线主设备，所述除颤电极包括用于支持总线协议的总线从设备，所述总线主设备和总线从设备通过总线连接。本发明使电极接口统一化，连线简单，并且通过总线协议，可以对不同的电极进行标识，从而除颤仪主机能够对不同的电极进行识别，避免出现电极类型错用的情况。

Description

具有统一化电极接口的除颤仪主机及除颤电极
【技术领域】
本发明涉及一种医疗仪器，具体涉及一种除颤仪主机及除颤电极。
【背景技术】
除颤仪是对心脏病患者进行电击心跳复律的急救设备。除颤电极是除颤仪的一个关键部件，它直接与人体接触，在除颤仪主机的控制下对患者进行电击除颤。除颤电极种类繁多，包括体外电极板、体内电极片、一次性体外电极片等，成人电极和儿童电极也各有不同，不同种类的电极的使用寿命、使用特点差别较大，目前不同的电极没有不同的标识，除颤仪主机对各种电极无法加以识别,除颤电极也没有信息追溯管理功能，以往医院是通过人工方式去维护和管理除颤电极，作为一种高危的急救设备，采用人工方式进行管理是存在隐患的，可能出现电极类型错用或将已超使用期限或有问题的除颤电极投入使用，从而导致医疗事故，而一旦出错则后果往往会极其严重。
一般情况下，除了放电电缆外，除颤电极上自带有充电、放电、能量加，能量减等功能按键和一些对应的指示灯，除颤仪主机需要得到功能按键的键值信息和控制指示灯的亮灭。目前除颤电极与除颤仪主机的连接方式主要是通过电极电缆将除颤电极上的按键以及指示灯的信号线与主机的内部控制器直接互联，实现主机与电极之间的信息交互，如图1所示，这种互联通信的机制简单，直接，不需要复杂的协议支持，硬件结构简单，实现方便，但电极的接口不统一，不具有兼容性和扩展性，每个功能按键和指示灯都需要一条连接线，导致互联线多，使电极电缆的成本增高。
【发明内容】
本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种具有统一化电极接口的除颤仪，除颤仪主机和电极之间连线简单，并可对不同的除颤电极进行识别和信息交互。
本发明的另一目的就是提供一种除颤电极，通过与除颤仪主机的连接可实现对不同的除颤电极进行识别和信息交互。
为实现上述目的，本发明提供一种具有统一化电极接口的除颤仪，包括除颤仪主机和除颤电极，所述除颤仪主机包括主控单元和与主控单元连接的总线主设备，所述除颤电极包括用于支持总线协议的总线从设备，所述总线主设备和总线从设备通过总线连接，所述总线从设备配置有唯一化的ID标识。
所述总线主设备为单总线主设备，所述除颤电极上的总线从设备为单总线从设备，所述单总线主设备和单总线从设备通过单总线连接。
所述单总线从设备包括用于控制除颤电极上指示灯和采集按键信息的单总线控制模块，所述单总线控制模块通过单总线与单总线主设备相连。
所述单总线从设备还包括单总线存储模块，所述单总线存储模块通过单总线与单总线主设备相连。
本发明同时公开一种具有统一化电极接口的除颤仪,包括主控单元和与主控单元连接的总线主设备，所述总线主设备用于通过总线与外接总线从设备连接，所述总线从设备配置有唯一化的ID标识。
本发明还同时公开一种除颤电极，包括电极端子和支持总线协议的总线从设备，所述总线从设备用于通过总线和总线主设备连接，所述总线从设备配置有唯一化的ID标识。
本发明的有益效果是：
1）除颤仪主机和电极之间通过总线连接并进行信息交互，具有统一化电极接口，连线简单，即使在电极上增加按键和指示灯数量，也不需要增加连接线数量，并且通过总线协议，可以对不同的电极进行标识，从而除颤仪主机能够对不同的电极进行识别，避免出现电极类型错用的情况。
2）总线采用单总线，使除颤仪主机和电极之间的连线更加简单，根据单总线协议，通过在电极上增加单总线从设备，使每个电极都有特定标识，从而有利于除颤仪主机对不同类型和不同厂商的除颤电极的识别。
3）通过在除颤电极上增加多个具有特定功能的总线器件，并利用总线的结构将除颤监护仪的主机与电极上的总线从设备(特定功能的芯片等)连接起来，主机通过总线实现对电极上的总线从设备控制，从而可实现除颤电极的功能扩展。例如增加具有控制功能的芯片，可实现主机对电极上按键和指示灯的控制；增加具有存储功能的芯片，可实现信息的存储和读取功能，从而可实现除颤电极使用信息追溯管理功能，避免出现将已超使用期限或有问题的除颤电极投入使用。
【附图说明】
图1为现有技术中除颤仪主机和除颤电极的连接示意图；
图2为本发明一种实施例的除颤仪主机和除颤电极的连接示意图；
图3为单总线系统的结构框图；
图4为单总线器件操作流程图；
图5为本发明一种实施例的结构示意图；
图6为本发明一种实施例中通过FPGA实现单总线主设备的逻辑结构图。
【具体实施方式】
本申请的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
请参考图2，除颤仪包括除颤仪主机和除颤电极，除颤仪主机包括主控单元（例如CPU）和与主控单元连接的总线主设备，所述除颤电极包括用于提供高电压的电极端子（图中未示出）和支持总线协议的总线从设备，电极端子可以是电极板或电极片，其从除颤仪主机处通过电缆获得高电压，总线主设备和总线从设备通过总线连接，除颤仪主机通过总线和除颤电极进行信息交互。其中接口总线是除颤仪主机与电极之间的通信桥梁，接口总线可以是任何形式的总线结构，可以根据系统的要求来适当选择。总线主设备实现总线的主机功能，它一方面按照总线的协议要求，通过总线发送控制命令，操作总线上的总线从设备，另一方面需要解析总线从设备通过总线上传的数据，了解总线从设备的动作；除颤电极上配置有支持接口总线协议的总线从设备，从设备可以响应总线主设备发送的指令，完成具体的功能，如采样按键值，控制指示灯亮灭，存储电极信息等等。
在一种实施例中，接口总线协议采用单总线（即1-wire）协议，1-wire总线是一种单线制的总线结构。典型的1-wire网络硬件接口如图3所示，它包括3个主要部分：1-wire主机、1-wire器件和上拉电阻。1-wire主机和1-wire器件都是通过漏极开路接至总线的，保证总线空闲时处于高电平状态。1-wire器件直接从总线上获得工作电能，从而节省了电源线。同时，按位自同步的数据传输方式使1-wire总线节省了时钟线。
1-wire通信协议由四个基本信令组成，它们分别是：复位/应答、写1时隙、写0时隙、读时隙。每一个信令都有较严格的时间限制。其他支持1-wire通信协议设备的所有操作指令都是建立在这四个信令的基础之上。这些器件的操作指令按照功能可以分为ROM指令和专用功能指令。1-wire协议中规定：每一个指令码都是一个八位的数据。另外每一个1-wire的设备，都有一个唯一的64位ID码，利用这个ID码，可以为除颤电极上的单总线从设备配置唯一化的ID标识，该ID标识也就是该除颤电极的特定标识。ROM指令就是针对这个64位的ID码的操作指令。专用功能指令是能够完成特定功能的指令，例如读取一个1-wire存储器件（EEPROM）某个地址的数据时，就需要一个ReadMemory的指令来完成此功能，首先总线主机发出ReadMemory[0xF0]指令，然后再提供两字节的目标地址给下层的1-wire EEPROM器件。随后主机开始从目标地址读取数据以及由指令码，地址和数据组成的数据流的CRC校验。这些数据都是通过一个个读写时隙与1-wire器件进行交互的。类似的指令还有写内部寄存器指令WriteRegister[0xCC]，读暂存器指令ReadScratchpad[0xAA]等等。1-wire协议还规定：在1-wire总线上的所有从设备都复位之后（成功执行了复位/应答信令），必须成功的执行了一条ROM指令，才能执行专用功能指令。此过程的流程图见图4，它展示了一次完整的1-wire器件操作所需的步骤。其中图4中专用功能指令用虚线标识，表示一次完整的1-wire操作可能不需要用到专用功能指令。
可见除颤仪主机和电极之间通过单总线进行信息交互，可统一化接口，连线简单，即使在电极上增加按键和指示灯数量，也不需要增加连接线数量，并且通过单总线协议，每个电极可以有至少一个特定标识，从而除颤仪主机能够对不同的电极进行识别，避免出现电极类型错用的情况。
如图5所示的一种实施例的结构图中，总线主设备采用单总线主设备，总线从设备采用单总线从设备，总线主设备和单总线从设备通过1-wire总线相连。根据所选的功能，单总线从设备可以包括不同的从设备，例如，可以包括用于控制除颤电极上指示灯和采样按键信息的单总线控制模块和单总线存储模块，单总线控制模块和单总线存储模块分别通过单总线与单总线主设备相连。增加具有控制功能的芯片，可实现主机对电极上按键和指示灯的控制；增加具有存储功能的芯片，可实现信息的存储和读取功能，从而可实现除颤电极使用信息追溯管理功能，避免出现将已超使用期限或有问题的除颤电极投入使用。通过在除颤电极上增加多个具有特定功能的单总线器件，并利用单总线的结构将除颤监护仪的主机与电极上的单总线从设备(特定功能的芯片等)连接起来，使主机通过单总线和电极上的单总线从设备进行信息交互，从而可实现除颤电极的功能扩展。
在本实施例中，在除颤电极上配置了一个具有I/O控制功能的1-wire芯片和一个具有存储功能的1-wire芯片组成单总线从设备，其中I/O控制功能的芯片实现单总线控制模块，主要用来实现对除颤电极上按键和指示灯（LED）的控制，实现的是除颤电极最基本的功能。存储功能的芯片实现单总线存储模块，其内置了可加密的EEPROM，利用EEPROM的存储功能，电极可以将每次除颤时医生所按的按键值以及按键的时刻保存起来，同时，除颤仪主机也可以在上电时通过读取EEPROM来追溯当前电极的使用情况。具体原理是：控制功能的芯片拥有多个I/O引脚，这些I/O引脚直接与电极上的按键和LED相连。与按键相连的I/O引脚上的状态直接反映按键的状态，单总线主设备通过1-wire总线定时(例如5ms)的读取这些I/O引脚的状态(键值)，并对读取的键值做适当的处理。当有按键被按下时，单总线主设备会通过1-wire总线检测到单总线控制模块上传的按键值的变化，当键值被认为有效时，单总线主设备会将这个键值和当前的时刻记录下来，通过与主控单元连接的接口把这个锁存的键值传给主控单元，并通过1-wire总线将这些数据写入到单总线存储模块(EEPROM)中。同样的，LED灯的亮灭是通过改变与LED连接的I/O引脚的状态来实现的。当主控单元需要改变某个LED灯的状态时，会发送一条指令给单总线主设备，随后单总线主设备根据指令通过1-wire总线操作电极上的单总线控制模块，单总线控制模块根据单总线主设备的操作改变相应的I/O引脚的电平状态，从而实现LED灯的亮灭控制。
本实施例中采用现场可编程门阵列（FPGA）强大的逻辑功能，实现了1-wire总线的主设备功能。针对除颤电极上的特定的1-wire从设备的操作要求，FPGA逻辑实现了各个层次的1-wire指令。逻辑的结构如图6所示。其中中间的灰色区域代表了FPGA的1-wire功能模块，FPGA的逻辑是分层实现的，各个功能模块分别将1-wire协议中不同层次的指令封装起来。其中基本信令层是整个逻辑实现的基础，是直接与1-wire器件交互的最低层逻辑，即实现了上面提到的四种基本信令；操作指令层是对1-wire协议中单个指令（包含ROM指令和专用功能指令）的逻辑封装，它利用基本信令层实现一个个具有特定功能的指令，是逻辑中承上启下的功能模块，一方面将上层逻辑传来的并行数据转换为符合1-wire协议要求的比特流，并交付给基本信令层。另一方面，接受基本信令层上传的比特流，将它们转换为上层可用的并行数据；应用层是将一个个如图4所示的完整的操作流程封装起来的逻辑模块；接口层是与上层CPU交互数据的逻辑模块，除颤监护仪系统的应用程序通过此接口实现对除颤电极的操作控制。例如除颤监护仪的主机应用程序要知道连接在主机上的除颤电极的上次使用情况,就需要通过CPU与FPGA接口的总线发送一条“读使用信息”的命令,该条命令由接口层解码后下达给应用层,应用层根据收到的命令信息开始执行相对应的如图4所示的操作流程，流程中的每一个环节都驱动操作指令层和基本信令层工作。首先复位1-wire总线上的所有设备,之后执行一条ROM指令确定要操作的1-wire从设备（EEPROM器件），最后执行一条ReadMemory[0xF0]指令读取对应地址上的数据信息，这些数据信息经过不同层次的逻辑模块的处理后，上传到顶层的CPU应用程序。
上述实施例中，单总线从设备除了采用1-wire芯片外，还可以采用其它类型的1-wire器件，例如由处理器或者可编程逻辑器件模拟可以实现同样功能并支持1-wire协议的器件。总线主设备也可以采用其它方式实现，例如采用由处理器的I/O模拟，或者使用处理器自带的1-wire主机接口，或者在CPU、FPGA外接专用的1-wire主机控制芯片，同样可以提供相同的功能。总线接口也可以采用其它总线方式，例如UART总线、I2C总线或自定义的总线，而除颤仪主机上的总线主设备和除颤电极上的总线从设备也相应采用支持该总线的器件。
综上所述，通过除颤仪主机和电极之间的总线连接，实现了电极接口统一化，电极通用性和兼容性好；使电极具有特定的标识，从而使主机可识别电极；电极易于扩展更多的功能，例如除颤电极的信息可追溯，信息加密和控制等功能；并且连线少，能有效的节省外部控制器的I/O资源，降低了电极电缆的成本，是一款新型的多功能除颤电极系统。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有统一化电极接口的除颤仪,包括除颤仪主机和除颤电极，所述除颤仪主机包括主控单元，其特征在于：所述除颤仪主机还包括与主控单元连接的总线主设备，所述除颤电极包括总线从设备，所述总线从设备配置有唯一化的ID标识，所述总线主设备为单总线主设备，所述除颤电极上的总线从设备为单总线从设备，所述单总线主设备和单总线从设备通过单总线连接并通过单总线进行信息交换，所述单总线从设备包括用于控制除颤电极上指示灯和采集除颤电极上按键信息的单总线控制模块和用于存储电极信息的单总线存储模块，所述单总线控制模块和单总线存储模块分别通过单总线与单总线主设备相连，所述单总线控制模块通过I/O引脚与电极上的按键相连，单总线主设备通过单总线读取单总线控制模块上传的键值，单总线主设备检测键值的变化，当键值被认为有效时，记录该键值和当前的时刻，通过单总线将这些数据写入到单总线存储模块中，除颤仪主机在上电时读取单总线存储模块中的数据。
2.如权利要求1所述的除颤仪，其特征在于：所述单总线从设备在复位后执行一条ROM指令，所示ROM指令为针对于ID标识的操作指令。
3.如权利要求1所述的除颤仪，其特征在于：单总线主设备还通过与主控单元连接的接口将锁存的键值传给主控单元。
4.如权利要求1-3中任一项所述的除颤仪，其特征在于：所述单总线控制模块包括多个I/O引脚，所述单总线控制模块还通过I/O引脚与LED相连，单总线主设备响应主控单元发送的改变某个LED灯状态的指令，根据指令控制单总线控制模块的I/O引脚的电平状态，从而实现LED灯的亮灭控制。
5.一种除颤电极，包括电极端子，其特征在于：所述除颤电极还包括用于支持总线协议的总线从设备，所述总线从设备用于通过总线与总线主设备连接，所述总线从设备配置有唯一化的ID标识,所述总线主设备为单总线主设备，所述除颤电极上的总线从设备为单总线从设备，所述单总线主设备和单总线从设备通过单总线连接并通过单总线进行信息交换，所述单总线从设备包括用于控制除颤电极上指示灯和采集除颤电极上按键信息的单总线控制模块和用于存储电极信息的单总线存储模块，所述单总线控制模块和单总线存储模块分别通过单总线与单总线主设备相连，所述单总线控制模块通过I/O引脚与电极上的按键相连，并通过单总线将键值上传给单总线主设备，存储模块用于存储单总线主设备写入的键值和当前的时刻。
6.如权利要求5所述的除颤电极，其特征在于：所述单总线从设备在复位后执行一条ROM指令，所示ROM指令为针对于ID标识的操作指令。
7.如权利要求5或6所述的除颤电极，其特征在于：所述单总线控制模块包括多个I/O引脚，所述单总线控制模块还通过I/O引脚与LED相连，单总线控制模块根据单总线主设备的指令控制改变I/O引脚的电平状态。
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