朱擎琦

廈門市第五醫(yī)院 （福建廈門 361101）

心血管疾病是危害人類健康的主要疾病，且因其死亡的人數(shù)呈逐年增加的趨勢[1]。心電圖機和心電監(jiān)護儀在該類疾病的診斷中發(fā)揮著重要的作用，但由于大多數(shù)醫(yī)院中心電圖機和心電監(jiān)護儀的數(shù)量和品牌均較多，且使用年限不等，導(dǎo)致管理難度加大，影響臨床使用，因此，確保每臺機器的正常、準確運行是醫(yī)院亟需解決的問題。《國家市場監(jiān)督管理總局關(guān)于發(fā)布實施強制管理的計量器具目錄的公告》（2019年第48號）中明確指出，心電圖機和心電監(jiān)護儀均為每年需計量的設(shè)備，表明心電圖機和心電監(jiān)護儀檢測的準確性對疾病的診斷至關(guān)重要。由于心電圖機和心電監(jiān)護儀的強檢頻率一般為1次/年，導(dǎo)致醫(yī)務(wù)人員無法及時發(fā)現(xiàn)其輸出信號不準確；此外，若心電導(dǎo)聯(lián)線老化或設(shè)備維修后未及時進行檢測，則會導(dǎo)致醫(yī)務(wù)人員無法察覺心電圖的失真[2]?；诖?，本研究設(shè)計了一種新型的心電信號發(fā)生器，以標準心電信號為基準信號，通過心電導(dǎo)聯(lián)線，檢測心電圖機和心電監(jiān)護儀的輸出信號是否異常。

1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)以標準的心電信號作為基準信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出模擬心電信號至導(dǎo)聯(lián)線接口電路上，被檢設(shè)備通過導(dǎo)聯(lián)線接于導(dǎo)聯(lián)線接口上，即可通過被檢設(shè)備輸出的心電信號來判斷心電信號是否輸出異常[3]。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、報警電路、導(dǎo)聯(lián)線接口電路、低通濾波電路等，見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

本系統(tǒng)采用2 000 mAh 的鋰電池供電，續(xù)航時間較長；按鍵電路用于控制系統(tǒng)開關(guān)機及心電信號輸出；液晶顯示電路用于顯示心電信號信息、操作流程、報錯信息等；復(fù)位電路用于系統(tǒng)錯誤復(fù)位；報警電路用于提示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

1.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

本系統(tǒng)采用的基準心電信號為美國麻省理工學(xué)院與哈佛醫(yī)學(xué)院貝斯以色列醫(yī)學(xué)中心（Massachusetts Institute of Technology-Beth Isreal Hospital，MIT-BIH）聯(lián)合建立的心電數(shù)據(jù)庫，其是目前國際上公認的標準心電數(shù)據(jù)庫之一，也是近年來應(yīng)用較為廣泛的心電數(shù)據(jù)庫[4]，見圖2。因心電數(shù)據(jù)庫存儲的心電信號是數(shù)值信號，而心電圖機和心電監(jiān)護儀的導(dǎo)聯(lián)線采集的是模擬信號，所以，需將心電信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。

圖2 MATLAB 描繪100.dat 的心電信號波形

本系統(tǒng)采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器為TLC5602CDW，其為高速并行的8位 D/A 轉(zhuǎn)換器。TLC5602CDW 的 D0～D7端連接AT89S51的數(shù)據(jù)端口，用于接收數(shù)字心電信號；DVDD 端通過濾波電容C60、C61、C62連接輸入電源；AOUT 模擬信號輸出后經(jīng)運算放大器LF353及比較器LF353輸出至導(dǎo)聯(lián)線接口上，便于導(dǎo)聯(lián)線采集心電信號[5]。其電路圖見圖3。

圖3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

1.2 低通濾波電路

數(shù)字心電信號轉(zhuǎn)換為模擬信號時會伴隨各種高頻階梯波，因此，本系統(tǒng)中設(shè)計了1 個低通濾波器來濾除各種高頻階梯信號。當?shù)屯V波器的阻帶特性下降速率大于|-40 dB/10 oct| 時，則必須使用高階低通濾波器。本系統(tǒng)中采用的是四階巴特沃斯濾波電路，經(jīng)測試，將巴特沃斯低通濾波器的截止頻率設(shè)定為23 kHz，既可濾除高頻階梯波，又能較好地保留心電波形的細節(jié)。其電路圖見圖4，由圖可知，心電信號通過比較器LM358的3腳與基準信號進行比較，并從LM358的7腳輸出；R5、C1、R6、C2、R7、C3、R8、C4共同組成四階低通濾波器，便于濾除高頻信號[6-7]。

2 軟件設(shè)計

圖4 低通濾波電路

新型心電信號發(fā)生器主要輸出標準的模擬心電信號，進而檢測心電圖機和心電監(jiān)護儀的心電輸出信號是否異常。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，系統(tǒng)開機后首先進行系統(tǒng)基準信號和端口的初始化，并由液晶顯示系統(tǒng)進程；進入系統(tǒng)后首先檢測電池電量，若電量低，則液晶顯示電量界面并進入報警程序，若電池電量正常，則進入主程序。本系統(tǒng)的子程序主要包括電池電量監(jiān)測、按鍵掃描、數(shù)模轉(zhuǎn)換、液晶顯示、報警等[7]。其程序框圖見圖5。

圖5 新型心電信號發(fā)生器的程序

3 臨床測試結(jié)果

新型心電信號發(fā)生器主要用于檢測心電圖機和心電監(jiān)護儀的心電信號是否異常，主要包括設(shè)備常規(guī)定期檢測、維修后檢測、臨床醫(yī)務(wù)人員不定時檢測等[8]。本研究應(yīng)用此系統(tǒng)檢測18臺心電圖機和100臺心電監(jiān)護儀，將心電圖機和心電監(jiān)護儀的心電導(dǎo)聯(lián)線連接系統(tǒng)的導(dǎo)聯(lián)線接口，發(fā)現(xiàn)可輸出正常的心電信號，說明該系統(tǒng)能夠準確檢測出設(shè)備的心電信號，進而判斷設(shè)備存在的安全隱患。

4 小結(jié)

心電信號檢測已成為住院及門診檢查或治療不可或缺的輔助手段，因此，醫(yī)院的心電圖機和心電監(jiān)護儀的使用頻率均較高[9]。針對現(xiàn)階段心電圖機和心電監(jiān)護儀年度檢測和維修后檢測不及時的狀況，本研究設(shè)計了一種新型心電信號發(fā)生器，可用于心電類設(shè)備的檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患或故障（如心電導(dǎo)聯(lián)線破皮、外部干擾等），進而提示醫(yī)務(wù)人員及時報修，對提高心電信號的檢測準確性、降低醫(yī)療風(fēng)險具有重要的意義[10]。