CN101856224A - 基于心电电极的一体化数字测试系统 - Google Patents

Abstract

基于心电电极的一体化数字测试系统，包括下位机和上位机，下位机包括单片机、多通道模数转换器、功能测试模块和模拟开关模块，单片机输出端与模拟开关模块的控制端连接，模拟开关模块内设有测试接口，在模拟开关模块内还设有若干个选择开关；所述功能测试模块的输入端与模拟开关模块上的选择开关相连，功能测试模块的输出连接多通道模数转换器输入，多通道模数转换器的输出与单片机连接；所述上位机包括数据收发模块、数据处理模块和操作平台，所述数据收发模块与单片机联通，数据处理模块分别与数据收发模块和操作平台连接通信。本发明采用一体化的电路结构，简化了测量设备，排除了测量过程中的人为因素，提高了测试的精度，同时降低了成本。

Description

基于心电电极的一体化数字测试系统

技术领域

本发明涉及心电图检查中使用的心电电极，具体为一种用于检测心电电极性能指标的测试系统，它综合了多指标测试功能于一体，同时具有数字化显示、储存的功能，属于医疗电子器械技术领域。

背景技术

心电图检查是疾病诊断和抢救中常用的医疗措施，通过心电图的观测可以对各种心率失常、心室心房肥大、心肌梗塞、心肌缺血等病症进行判断，在进行心电图检查时，必须通过心电电极与人体接触来获取心电信号，而心电电极自身的性能指标则关系到心电图的检查结果是否准确。

目前，我国对心电电极的性能检测主要是根据中华人民共和国医药行业标准YY/T0196-2005《一次性心电电极》中提供的方法来进行的，该方法中，采用了对不同的性能指标分别检测的方式，即在检测每一项性能指标时都单独采用一种专用设备来检测，而且每一种设备都必须配备独立的电源、信号发生器、显示器(示波器)及相对应的处理电路等器件，这使得在检测心电电极时，需要使用一大堆设备，而且每种设备还需要不同的专业人员来操作，这种操作太分散，使用很不方便，还需要分别安装、调试各种设备，检测时间也较长，使得整个过程繁乱、复杂，不利于结果的系统记录和保存；而且由于不同的专业人员在测试时的标准难以统一，特别是不同设备由于生产厂商不同，有的输出结果为模拟信号，而有的输出结果为数字信号，造成了检测精度出现差异，导致了最终结果不准确；由于心电电极的性能指标较多，在检测过程中使用的设备也很多，这也造成了检测成本太高。

发明内容

针对目前在心电电极性能检测时存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种集多种检测功能于一体，操作简单、方便，能够实时检测，且精度高，检测成本也较低的一体化数字测试系统。

本发明的技术方案：基于心电电极的一体化数字测试系统，包括用于采集电极对性能参数的下位机和与下位机相连的上位机，其特征在于，所述下位机包括单片机、多通道模数转换器、功能测试模块和模拟开关模块，所述单片机的信号输出端与模拟开关模块的控制端连接，所述模拟开关模块内设置有用于与电极对连接的测试接口，在模拟开关模块内还设有若干个选择开关，模拟开关模块接收到单片机的控制信号后控制对应的选择开关联通；所述功能测试模块的输入端与模拟开关模块上对应的选择开关相连，功能测试模块的输出连接多通道模数转换器的输入，多通道模数转换器的输出与单片机的信号接收端连接，多通道模数转换器将功能测试模块采集的模拟信号转换为数字信号后输入单片机；所述上位机包括数据收发模块、数据处理模块和操作平台，所述数据收发模块与下位机的单片机联通，数据处理模块分别与数据收发模块和操作平台连接通信。

所述功能测试模块由若干个并联连接的子模块构成，包括交流阻抗测试模块、直流失调电压测试模块、复合失调不稳定性和内部噪声测试模块、偏置电流耐受度测试模块以及除颤过载恢复性能测试模块，所述各个子模块的控制端分别与模拟开关模块上的选择开关连接，子模块的采集信号均输入多通道模数转换器。本发明中功能测试模块可根据需要设定，而且可以增加新的子模块，这样既实现了功能测试的一体化集成，还具有灵活的扩展性，可以满足更多的性能测试需求。

本发明的数字测试系统解决了在进行电极对性能检测时设备分散、繁杂的问题，同时系统内的各个模块还具有良好的兼容性，操作更加简单，避免了人为因素导致检测的准确性降低，具有很好的推广价值。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用一体化的电路结构，集成了交流阻抗、直流失调电压、复合失调不稳定性和内部噪声、除颤过载恢复性能以及偏置电流耐受度的功能测试模块，只需要一套系统即可完成所有的功能测试，极大的简化了测试过程，而且通过与单片机连接的上位机来调节各个功能模块的检测参数以及对功能进行设置，使操作更加简单、方便，提高了测试效率，同时利用上位机存储和打印测试结果，使得测量电极性能的工作简单化。

2、本发明通过多通道模数转换器将测试结果均转换为数字信号的方式进行传送，统一了输出标准，减小了信号在传递过程中的衰减，达到减小误差的目的，提高了各项指标的测试精度，而且由于采用模块化的设计，在测试过程中的各个功能模块工作相对独立，稳定性较好，测试结果也更加准确。

3、本发明降低了检测成本，由于只需使用一套设备即可完成全部测试内容，这样有利于测试系统的小型化和智能化，整体成本明显降低，安装和携带都更加方便，而且本发明以个人计算机作为上位机来处理数据，充分利用了PC机上灵活的应用软件来进行数据处理、显示、存储以及方便的图形用户操作界面，也减少了操作成本。

附图说明

图1为本发明一体化数字测试系统的电路结构框图；

图2为本发明中单片机的工作流程图；

图3为本发明操作平台上操作面板的外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于心电电极的一体化数字测试系统，包括用于采集电极对性能数据的下位机和用于控制下位机工作的上位机，所述下位机包括单片机、多通道模数转换器、功能测试模块和模拟开关模块，本实施例中单片机的型号为C8051F340，所述单片机的信号输出端与模拟开关模块的控制端连接，所述模拟开关模块内设置有用于与电极对连接的测试接口，在模拟开关模块内还设有若干个选择开关，模拟开关模块接收到单片机的控制信号后控制对应的选择开关联通；所述功能测试模块由若干个并联连接的子模块构成，包括交流阻抗测试模块、直流失调电压测试模块、复合失调不稳定性和内部噪声测试模块、偏置电流耐受度测试模块以及除颤过载恢复性能测试模块，所述各个子模块的控制端分别与模拟开关模块上的选择开关连接，子模块的采集信号均输入给多通道模数转换器，多通道模数转换器的输出与单片机的信号接收端连接，多通道模数转换器将功能测试模块采集的模拟信号转换为数字信号后输入单片机；本实施例中上位机包括数据收发模块、数据处理模块和操作平台，所述数据收发模块通过USB接口与下位机的单片机通信，数据处理模块分别与数据收发模块和操作平台连接通信。

参见图1和图2，本发明的测试系统工作时，先从上位机的操作平台上输入控制命令，控制命令经数据处理模块处理后再通过数据收发模块发送给下位机上的单片机，单片机根据接收到的信息判断检测指令的类型，然后作出开始检测、停止检测或调整增益的操作。其中，单片机在进行开始检测的操作时，先确定检测类型，即发出控制信号给模拟开关模块，使模拟开关模块内对应的选择开关连接的功能测试模块联通并工作，同时也在单片机内部设置检测参数，并触发单片机内部中断和开启定时器，同时单片机获取到模数转换完成后(从功能测试模块采集到并经多通道模数转换器转换后)的数字检测信号，单片机又将接收的信号通过上位机的数据收发模块反馈发送给数据处理模块，并通过操作平台上的显示屏输出检测结果；单片机在完成一种(次)功能检测后，操作人员通过操作平台可以输入另一个控制命令，系统根据控制命令又通过以上方式检测电极对的另一种功能，直至所有功能检测完成，最后上位机统计得出电极对的综合性能指标。单片机在进行调整增益的操作时，也要先判断正在检测的参数的类型，即是哪一个工作模块正在工作，然后再进行内部的参数修改，并回到等待接收测试数据的状态。单片机在进行停止检测的操作时，直接禁用中断和定时器，关闭对应的选择开关，使对应的功能测试模块停止工作。

本发明中，在上位机内采用LabVIEW应用程序进行设计，而且在操作平台上设置了一个操作面板，参见图3，在操作面板上对应各个子模块分别设置1个按钮，每个按钮分别控制对应功能模块的操作。在操作面板上还可以设置对应各项参数检测的指示灯，已经完成的检测项目则显示为绿色，否则为灰色。同时为方便查看，还可以设置查看结果和生成报告按钮，通过查看结果按钮可以在显示屏上弹出的对话框中显示已经测试的各项参数的测试情况；通过生成报告按钮可以生成WORD格式的报告单，内容包括各项参数的定量结果和定性结果，生成的报告单可以进一步存储或通过与上位机连接的打印机打印。另外，还可以设置一个停止按钮，停止按钮用来结束上位机的检测工作，同时通过与下位机的通信停止下位机程序的运行。所述查看结果按钮、生成报告按钮以及停止按钮均与上位机的数据处理模块连接。

参见图1，所述交流阻抗测试模块包括正弦波产生电路、滤波放大电路和电位调理电路。所述正弦波产生电路的输出端和滤波放大电路的输入端均与对应的选择开关连接，信号依次经过滤波放大电路和电位调理电路处理后输入到多通道模数转换器。工作时，正弦波产生电路产生频率为10Hz、电流峰值低于100uA的正弦波信号并作用于电极对，交流阻抗检测电路通过滤波放大电路检测电极对两端的电压信号，然后经电位调理电路处理后，将信号输入多通道模数转换器，多通道模数转换器将检测的模拟信号转换为数字信号并输入单片机。在本实施例中，正弦波信号的产生也可以由单片机先产生矩形波信号，经滤波后得到幅度一定的正弦波信号，再通过压流转换电路即可得到固定峰峰值电流的正弦波。

参见图1，所述直流失调电压测试模块是由设置在模拟开关模块和多通道模数转换器之间的滤波放大电路构成。工作时，滤波放大电路将电极对上的直流信号提取后并经过滤波、信号放大处理，再输入多通道模数转换器转换成数字信号。滤波放大电路的作用主要是将信号中的交流成分去掉，并将信号放大以满足高于1mV的测试分辨率的要求。另外，滤波放大电路的输入阻抗应大于10MΩ，电路施加于电极对上的偏置电流应小于10nA。

参见图1，所述复合失调不稳定性和内部噪声测试模块是由依次连接的带通滤波电路、前置放大电路、工频陷波电路、主放大电路和电位调理电路构成，其中带通滤波电路作为复合失调不稳定性和内部噪声测试模块的输入端。复合失调不稳定性和内部噪声测试模块用于提取电极对上的噪声信号，通过一阶的带通滤波电路将所测信号的频率限制在0.01～100Hz范围内；前置放大电路和主放大电路用于将微伏级的信号放大到适合检测的范围内；工频陷波电路用于衰减50Hz(或60Hz)工频信号干扰，使工频噪声不会影响到电极对噪声信号从而避免失真；电位调理电路使放大后的信号幅度范围适合于进行AD转换。其中，前置放大电路的输入阻抗应大于10MΩ，本实例中选用仪用放大器AD620进行测试。

参见图1，所述偏置电流耐受度测试模块包括微电流产生电路和滤波放大电路，所述微电流产生电路的输出端和滤波放大电路的输入端均与对应的选择开关连接，所述滤波放大电路将检测的电压信号输入到多通道模数转换器。工作时，微电流产生电路产生微电流信号并作用于电极对；滤波放大电路在一定时间内对电极对两端的电压值进行监测，然后将检测信号输入多通道模数转换器。所述微电流产生电路由一个2V的电压源和一个适当的电流设置电阻串联构成。所述滤波放大电路的输入阻抗应不小于10MΩ，放大倍数应满足放大后经AD转换使测试出的电极对的电压值分辨率达到5mV。

参见图1，所述除颤过载恢复性能测试模块包括充放电电路、低通滤波电路和放大电路；所述充放电电路由单片机控制，充放电电路的输入端连接直流信号产生电路，充放电电路的输出端和低通滤波电路的输入端均与对应的选择开关连接。所述充放电电路由单片机检测充放电电压值，根据检测结果控制充放电进程，在10uF电容充电至200V时电容对电极放电，放电至电容上电压为2V时将电极对与测试模块相连。检测信号依次经过低通滤波电路和放大电路滤波放大处理后输入到多通道模数转换器，其中，低通滤波电路的主要作用在于滤除掉交流的成分。工作时，模块通过充好电的电容对电极对放电，当电容上的电压由200V降到2V时，单片机控制断开放电回路，然后通过低通滤波电路和放大电路对电极对上的电压进行测量。本实例中电容上的电压信号变化可以通过模数转换后由单片机检测得到。

本发明中可以采用PC机来作为上位机，这样能够充分利用PC机上相关应用软件的数据处理、显示、存储功能以及更方便的图形用户操作界面。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.基于心电电极的一体化数字测试系统，包括用于采集电极对性能参数的下位机和与下位机相连的上位机，其特征在于，所述下位机包括单片机、多通道模数转换器、功能测试模块和模拟开关模块，所述单片机的信号输出端与模拟开关模块的控制端连接，所述模拟开关模块内设置有用于与电极对连接的测试接口，在模拟开关模块内还设有若干个选择开关，模拟开关模块接收到单片机的控制信号后控制对应的选择开关联通；所述功能测试模块的输入端与模拟开关模块上对应的选择开关相连，功能测试模块的输出连接多通道模数转换器的输入，多通道模数转换器的输出与单片机的信号接收端连接，多通道模数转换器将功能测试模块采集的模拟信号转换为数字信号后输入单片机；所述上位机包括数据收发模块、数据处理模块和操作平台，所述数据收发模块与下位机的单片机连接，数据处理模块分别与数据收发模块和操作平台连接通信。

2.根据权利要求1所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述功能测试模块由若干个并联连接的子模块构成，包括交流阻抗测试模块、直流失调电压测试模块、复合失调不稳定性和内部噪声测试模块、偏置电流耐受度测试模块以及除颤过载恢复性能测试模块，所述各个子模块分别与模拟开关模块上对应的选择开关连接，子模块的采集信号均输入到多通道模数转换器。

3.根据权利要求2所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述交流阻抗测试模块包括正弦波产生电路、滤波放大电路和电位调理电路，所述正弦波产生电路的输出端和滤波放大电路的输入端均与对应的选择开关连接，信号依次经过滤波放大电路和电位调理电路处理后输入到多通道模数转换器。

4.根据权利要求2所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述直流失调电压测试模块是由滤波放大电路构成，所述滤波放大电路分别与模拟开关模块和多通道模数转换器连接。

5.根据权利要求2所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述复合失调不稳定性和内部噪声测试模块是由依次连接的带通滤波电路、前置放大电路、工频陷波电路、主放大电路和电位调理电路构成，其中带通滤波电路位于复合失调不稳定性和内部噪声测试模块的输入端。

6.根据权利要求2所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述偏置电流耐受度测试模块包括微电流产生电路和滤波放大电路，所述微电流产生电路的输出端和滤波放大电路的输入端均与对应的选择开关连接，所述滤波放大电路将检测的电压信号输入到多通道模数转换器。

7.根据权利要求2所述的基于心电电极的一体化数字测试系统，其特征在于，所述除颤过载恢复性能测试模块包括充放电电路、低通滤波电路和放大电路；所述充放电电路由单片机控制，充放电电路的输入端连接直流信号产生电路，充放电电路的输出端和低通滤波电路的输入端均与对应的选择开关连接；检测信号依次经过低通滤波电路和放大电路滤波放大处理后输入到多通道模数转换器。

Images