CN105395188A - 医用运动平板校准系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用运动平板校准系统及方法。本发明中的医用运动平板由带心电分析系统的计算机和运动平板组成；医用运动平板校准装置由测速机械部分和仪器部分组成；外接设备包括笔记本和打印机。仪器部分主要用于采集测速机械部分的传感器信号、标准信号发生和共模抑制比测试。上位机软件主要用于采集计算机的输出图像，并进行图谱分析得到波形的类别，幅值和频率等参数，与标准信号参数设定值进行对比计算，得到各个被校准参数的相对误差，最终生成校准报告并打印。本发明提高了医用运动平板参数的准确性，减少了对冠心病患者的误诊和漏诊，一定程度上减小了冠心病患者的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及医学计量校准领域，特别是涉及医用运动平板校准系统及其方法。
背景技术
据2013年世界卫生组织发布消息称冠心病已连续四年居世界十大死因之首，其中我国的冠心病患者数位列世界第二。我国公布的一项调查显示，从1998年至2008的十年间，男性冠心病发病率较以往同期增加26.1%，女性增加19.0%。并且每年死于各种冠心病的人数估计超过100万人，占所有心脏病死亡人数近20％。这表明，冠心病已经成为当前威胁我国人民健康的主要疾病。通常情况下，冠心病具有隐蔽性强的特点，许多患者即使其冠状动脉扩张的最大储备能力已经明显下降，但静息时冠状动脉血流量仍可维持正常，无心肌缺血现象，心电图显示正常。在发病前也无明显症状，易被忽视，但是一旦发病就容易形成心肌梗塞，导致猝死。因此，提高对早期冠心病患者诊断的准确率，是预防冠心病突发的关键。
近年来因冠脉造影技术的发展，医用运动平板成为心血管领域的一种最为有效的无创性检测设备，对指导诊疗冠心病具有重要价值。平板试验是让受试者在运动平板（医用跑步机）上做有氧运动，来增加心脏工作负荷，而使其心肌耗氧量增加的一种心脏功能试验，以判断冠状循环功能的一种测试方法。由于其具有无创、经济、高灵敏度和特异度、最符合生理负荷的情况、安全方便等特点，所以目前在二甲及以上医院临床中得到广泛应用。该设备可以在受试者的运动试验过程中同步实时观察血压、心率及血流动力学变化情况，严格掌握适应症和禁忌症，有效保障了受试者试验过程中的安全。可以说运动平板心电分析系统真正实现了QRS波群十二导联的同步采集与分析，还可实时观察ST段变化情况，在临床医学研究领域占有十分重要的地位。由此可见，该设备是在动态中监测人体心脏功能，可对医生制定用药和治疗方案提供重要参考数据。
平板试验主要采集受试者心电功能和有氧运动速度等参数。在长期使用中，该设备的特性有可能发生改变，若产生误诊则将造成严重后果。为确保诊断的高效准确，应定期对运动平板心电分析系统的各参数进行检测，使其相关参数能溯源至国家计量基准或社会公用计量标准。而目前我国尚无运动平板心电分析系统的计量技术规范或行业标准，更无医用运动平板校准装置或系统，各技术机构计量、检测、测试无统一的计量标准和方法，检测技术良莠不齐，已成为冠心病患者严重的安全隐患。因为，亟需能够对医用运动平板进行校准的装置以准及一套完整的校系统，实现对心电分析系统中相关心电参数和共模抑制比，以及运动平板跑步带速度等参数进行校准。
发明内容
针对背景技术所述的现状，本发明的目的在于提供一种医用运动平板校准系统，来对医用运动平板的平板速度、心电参数以及共模抑制比等参数进行校准。
医用运动平板校准系统，包括医用运动平板、医用运动平板校准装置、外接设备，所述的医用运动平板由带心电分析系统的计算机和运动平板组成；医用运动平板校准装置主要由测速机械部分和仪器部分组成；仪器部分主要由共模抑制比测试模块、标准信号发生模块和测速电路模块组成；外接设备包括笔记本和打印机。
所述的带心电分析系统的计算机与运动平板连接；测速机械部分与仪器部分连接，共模抑制比测试模块通过导联与计算机连接来测量共模抑制比，标准信号发生模块通过导联将标准信号传送至带心电分析系统的计算机，测速机械部分装有传感器，用于测量运动平板的速度，将传感器信号传送至测速电路模块，测速电路模块采集传感器信号，处理与运算后，将速度测量值传至带上位机处理软件的笔记本；笔记本接收计算机的输出图像和标准信号发生模块输出的标准信号参数的设定值；笔记本内安装有上位机处理软件，打印机与笔记本连接，进行校准报告的打印。
进一步说，所述的仪器部分硬件电路由接口模块、处理器模块、检测模块和输出模块组成；接口模块由USB接口模块和RS232接口模块组成，处理器模块由MCU、键盘、液晶、存储和电源组成，检测模块由共模抑制比测试模块、标准信号发生模块、测速电路模块组成，信号调理模块接收标准信号发生模块的输出信号，通过调理后传送至导联接口模块，导联接口模块通过导联线与计算机连接。
所述的MCU选用型号为STM32F103ZET6的ARM核芯片，液晶选用4.3寸电容触摸屏，分辨率为800*480，测速机械部分传感器选用松下SUNX系列型号为LX-111的色标传感器。
进一步说，所述的医用运动平板校准装置进行心电参数校准时，有自动校准和手动校准两种方式；自动校准方式自动选择标准信号的参数并自动进入下一心电参数的校准，手动校准必须手动选择标准信号的参数并手动选择校准参数。
一种基于上述装置的校准方法：包括下位机处理算法和上位机处理算法，所述的下位机处理算法步骤如下：
S1：对MCU及其外设进行初始化；
S2：选择平板速度校准，心电参数校准或共模抑制比校准，若选择平板速度校准，则采集测速机械部分的传感器信号，将信号进行处理后，计算得到平板速度的测量值；若选择心电参数校准，则启动标准信号发生模块输出标准信号，根据被校准参数选择输出方波、正弦波或标准心率信号，并通过切换继电器来选通导联连接；若选择共模抑制比校准时，启动共模抑制比测试模块来对共模抑制比进行测量。
S3：将速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值通过RS232接口模块传送至上位机、在液晶上显示以及存储。
所述的上位机软件处理算法步骤如下：
S1：接收计算机输出的EMF图像以及下位机传送的速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值；
S2：对接收到的EMF图像进行图谱分析，识别EMF图像中波形的类别，幅值以及频率，将得到的数据与标准信号参数的设定值进行对比计算，得到各个校准参数的相对误差；将速度测量值与速度的设定值进行对比计算，得到速度的相对误差值；共模抑制比测量值是否大于等于60dB；将测得值与标准值相减，差值除以标准值可得相对误差。
S3：将标准信号参数的设定值、图谱分析后得到的波形参数值、被校准参数相对误差值、平板速度测量值、平板速度设定值、平板速度相对误差值以及共模抑制比测量值等参数进行数据整合，生成校准报告，并进行报表打印。
本发明的有益效果：
本发明填补了医用运动平板校准系统的空白；
本发明统一了医用运动平板的校准方法和检测技术，解决了医用运动平板量值传递与溯源的问题；
本发明提高了医用运动平板参数的准确性，减少了对冠心病患者的误诊和漏诊，一定程度上减小了冠心病患者的安全隐患。
附图说明
图1是本发明的系统设计框图；
图2是本发明的硬件电路设计框图；
图3是本发明的操作流程框图；
图4是本发明的处理算法流程框图；
图中1.医用运动平板，1-1.运动平板，1-2.带心电分析系统的计算机，2.医用运动平板校准装置，2-1.测速机械部分，2-2.仪器部分，2-3.共模抑制比测试模块，2-4.标准信号发生模块，2-5.测速电路模块，3.外接设备，3-1.打印机，3-2带上位机处理软件的笔记本。
具体实施方式
如图1所示的医用运动平板校准系统设计框图，包括医用运动平板1、医用运动平板校准装置2、外接设备3。医用运动平板1由带心电分析系统的计算机1-2和运动平板1-1组成。医用运动平板校准装置2由测速机械部分2-1和仪器部分2-2构成；仪器部分2-2主要由共模抑制比测试模块2-3、标准信号发生模块2-4和测速电路模块2-5组成。外接设备3包括笔记本3-2和打印机3-1。带心电分析系统的计算机1-2与运动平板1-1连接，将人体在静息运动运动状态下的心率，血压，血流动力学变化情况在计算机上显示。仪器部分2-2与测速机械部分2-1连接，测速机械部分2-1装有传感器，用于测量运动平板1-1的速度，将传感器信号传送至测速电路模块2-5，测速电路模块2-5采集传感器信号，处理与运算后，将速度测量值传至带上位机处理软件的笔记本3-2。笔记本3-2接收计算机1-2的输出图像和标准信号发生模块2-4输出的标准信号参数的设定值；笔记本3-2内安装有上位机处理软件，打印机3-1与笔记本3-2连接，进行校准报告的打印。
如图2所示的医用运动平板校准系统硬件电路设计框图，仪器部分2-2硬件电路由接口模块、处理器模块、检测模块和输出模块组成；接口模块由USB接口模块和RS232接口模块组成，USB接口模块用于读取仪器部分2-2内的数据或传输标准心电数据到仪器部分2-2，RS232接口模块用于与带上位机处理软件的笔记本连接，将仪器部分2-2内的数据传送至上位机进行校准报告的生成；处理器模块由MCU、键盘、液晶、存储和电源组成，键盘用于复位、开关等简单操作，复杂操作在电容触摸屏液晶上进行，同时液晶用于显示发送的波形及参数，以及校准进程；检测模块由共模抑制比测试模块2-3、标准信号发生模块2-4、测速电路模块2-5组成，信号调理模块接收标准信号发生模块2-4的输出信号，通过调理后传送至导联接口模块，导联接口模块通过导联线与计算机1-2连接。
如图3所示的医用运动平板校准系统操作流程框图，对仪器进行开机，在仪器的触摸屏的主界面上选择“平板速度校准”，进入“平板速度校准”界面，完成平板速度的校准；返回到主界面，选择“心电参数校准”，进入“心电参数校准”界面，“心电参数校准”界面可以有“手动”和“自动”两种校准方式选择；若选择“自动”校准，仪器自动设置标准信号参数，并进行第一个心电参数的校准，直至完成所有心电参数的校准；若选择“手动”校准，仪器必须手动设置被校准参数的标准信号参数，并手动按下被校准参数，才进行校准，直至完成所有心电参数的校准；返回到主界面，选择“共模抑制比校准”，进入“共模抑制比校准”界面，完成共模抑制比的校准；打开笔记本上的上位机处理软件，点击“接收EMF图像”，接收完成后，点击“图谱分析”，图谱分析完成后，点击“误差计算与数据整合”，完成后点击：“生成校准报告”，生成报告后点击“打印”，完成校准报告的打印，最后仪器关机和关闭上位机软件，完成校准。
如图4所示的医用运动平板校准系统处理算法流程框图，包括下位机处理算法和上位机软件处理算法，其中下位机处理算法包括如下步骤：S1：对MCU及其外设进行初始化；S2：选择平板速度校准，心电参数校准或共模抑制比校准，若选择平板速度校准，则采集测速机械部分2-1的传感器信号，将信号进行处理后，计算得到平板速度的测量值；若选择心电参数校准，则启动标准信号发生模块2-4输出标准信号，根据被校准参数选择输出方波、正弦波或标准心率信号，并通过切换继电器来选通导联连接；若选择共模抑制比校准时，启动共模抑制比测试模块2-3来对共模抑制比进行测量。S3：将速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值通过RS232接口模块传送至上位机、在液晶上显示以及存储。上位机软件处理算法步骤如下：S1：接收计算机1-2输出的EMF图像以及下位机传送的速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值；S2：对接收到的EMF图像进行图谱分析，识别EMF图像中波形的类别，幅值以及频率，将得到的数据与标准信号参数的设定值进行对比计算，得到各个校准参数的相对误差；将速度测量值与速度的设定值进行对比计算，得到速度的相对误差值；共模抑制比测量值是否大于等于60dB；将测得值与标准值相减，差值除以标准值可得相对误差。S3：将标准信号参数的设定值、图谱分析后得到的波形参数值、被校准参数相对误差值、平板速度测量值、平板速度设定值、平板速度相对误差值以及共模抑制比测量值等参数进行数据整合，生成校准报告，并进行报表打印。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.医用运动平板校准系统，包括医用运动平板（1）、医用运动平板校准装置（2）、外接设备（3），其特征在于：所述的医用运动平板由带心电分析系统的计算机（1-2）和运动平板（1-1）组成；医用运动平板校准装置（2）主要由测速机械部分（2-1）和仪器部分（2-2）组成；仪器部分（2-2）主要由共模抑制比测试模块（2-3）、标准信号发生模块（2-4）和测速电路模块（2-5）组成；外接设备（3）包括笔记本（3-2）和打印机（3-1）；
所述的带心电分析系统的计算机（1-2）与运动平板（1-1）连接；测速机械部分（2-1）与仪器部分（2-2）连接，共模抑制比测试模块（2-3）通过导联与计算机（1-2）连接来测量共模抑制比，标准信号发生模块（2-4）通过导联将标准信号传送至带心电分析系统的计算机（1-2），测速机械部分（2-1）装有传感器，用于测量运动平板（1-1）的速度，将传感器信号传送至测速电路模块（2-5），测速电路模块（2-5）采集传感器信号，处理与运算后，将速度测量值传至带上位机处理软件的笔记本（3-2）；笔记本（3-2）接收计算机（1-2）的输出图像和标准信号发生模块（2-4）输出的标准信号参数的设定值；笔记本（3-2）内安装有上位机处理软件，打印机（3-1）与笔记本（3-2）连接，进行校准报告的打印。
2.根据权利要求1所述的医用运动平板校准系统，其特征在于：所述的仪器部分（2-2）硬件电路由接口模块、处理器模块、检测模块和输出模块组成；接口模块由USB接口模块和RS232接口模块组成，处理器模块由MCU、键盘、液晶、存储和电源组成，检测模块由共模抑制比测试模块（2-3）、标准信号发生模块（2-4）、测速电路模块（2-5）组成，信号调理模块接收标准信号发生模块（2-4）的输出信号，通过调理后传送至导联接口模块，导联接口模块通过导联线与计算机（1-2）连接；
所述的MCU选用型号为STM32F103ZET6的ARM核芯片，液晶选用4.3寸电容触摸屏，分辨率为800*480，测速机械部分（2-1）传感器选用松下SUNX系列型号为LX-111的色标传感器。
3.根据权利要求1所述的医用运动平板校准系统，其特征在于:所述的医用运动平板校准装置（2）进行心电参数校准时，有自动校准和手动校准两种方式；自动校准方式自动选择标准信号的参数并自动进入下一心电参数的校准，手动校准必须手动选择标准信号的参数并手动选择校准参数。
4.一种基于权利要求1所述装置的校准方法，包括下位机处理算法和上位机软件处理算法，其特征在于：所述的下位机处理算法步骤如下：
S1：对MCU及其外设进行初始化；
S2：选择平板速度校准，心电参数校准或共模抑制比校准，若选择平板速度校准，则采集测速机械部分（2-1）的传感器信号，将信号进行处理后，计算得到平板速度的测量值；若选择心电参数校准，则启动标准信号发生模块（2-4）输出标准信号，根据被校准参数选择输出方波、正弦波或标准心率信号，并通过切换继电器来选通导联连接；若选择共模抑制比校准时，启动共模抑制比测试模块（2-3）来对共模抑制比进行测量；
S3：将速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值通过RS232接口模块传送至上位机、在液晶上显示以及存储；
所述的上位机软件处理算法步骤如下：
S1：接收计算机（1-2）输出的EMF图像以及下位机传送的速度测量值、标准信号波形以及幅值和频率的设定值、共模抑制比的测量值；
S2：对接收到的EMF图像进行图谱分析，识别EMF图像中波形的类别，幅值以及频率，将得到的数据与标准信号参数的设定值进行对比计算，得到各个校准参数的相对误差；将速度测量值与速度的设定值进行对比计算，得到速度的相对误差值；共模抑制比测量值是否大于等于60dB；将测得值与标准值相减，差值除以标准值可得相对误差；
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