技术领域
[0001] 本
发明涉及医疗设备计量技术领域，特别是涉及一种除颤器分析仪。
背景技术
[0002]
心脏除颤器又名电复律机，它是一种用较强的脉冲
电流通过心脏来消除
心律失常，使之恢复窦性心律的一种医疗
电子设备。当患者发生严重快速心律失常时，如
心房扑动、心房纤颤、室上性或室性心动过速等，往往造成不同程度的血液动
力障碍。尤其当患者出现心室颤动时，由于心室无整体收缩能力，心脏射血和血压循环终止，如果不及时抢救，常造成患者因脑部缺
氧时间过长而死。如果采用除颤器通过
电极片向患者心脏释放一定
能量的电流，能消除某些心律紊乱，使心律恢复正常，从而使患者得到抢救和
治疗。
[0003] 除颤器所释放电流应是能够终止室颤的最低能量。能量和电流过低则无法终止心律失常，能量和电流过高则会导致心肌损伤。一般除颤器作用于心脏的一次瞬时高能
脉冲持续时间是4-10ms，
电能在4-400J内。各人的人体阻抗是不相同的，人体阻抗越大，要求的
电压就越高，选择的能量也越高。对于不同的患者需要选择不同的能量来进行除颤，因此除颤器释放能量的准确度是衡量一台除颤器是否合格的重要指标之一。
[0004] 随着国内医疗行业的发展，除颤器也得到了推广，而除颤器分析仪作为测量除颤器释放能量的准确度的设备，大部分都依赖于美国和欧洲进口，国内很少有专业测量除颤能量的设备，而且国外进口的除颤器分析仪，虽然功能强大，但是价格也很昂贵。
[0005] 现有的除颤器能量测试设备一般采用
硬件乘法器和积分器来计算能量值，模拟
波形的产生也是通过元器件来产生，这使得测试设备的体积相对比较大。而且能量测试设备功能比较多，操作不是很方便，强大的功能使得它的价格比较偏贵。
[0006] 因此，针对以上不足，本发明急需提供一种除颤器分析仪。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种除颤器分析仪，以至少解决
现有技术中的除颤器能量测试设备的操作不方便的技术问题，同时能够解决现有技术中的除颤器能量测试设备价格昂贵的问题。
[0008] 为了解决上述问题，本发明提供一种除颤器分析仪，其技术方案如下：
[0009] 一种除颤器分析仪，包括电极
接口，所述电极接口用于连接待测除颤器；采集
电路，所述采集电路的输入端连接所述电极接口，所述采集电路用于获得待测除颤器的除颤能量
信号；控
制模块，所述
控制模块包括STM32F103RE芯片，所述控制模块与所述采集电路相连，用于获得采集电路传送而来的待测除颤器的除颤能量信号，存储能量信号数据，计算待测除颤器的电压值和能量值，所述控制模块还输出PWM波形；滤波电路，所述滤波电路与所述控制模块相连，所述滤波电路用于将所述控制模块的PWM波形进行滤波并形成模拟波形；所述滤波电路还与所述电极接口相连并通过所述电极接口输出模拟波形；显示模块，所述显示模块与所述控制模块相连，用于显示待测除颤器释放除颤能量的电压值和能量值，提示电源电量，在选择输出模拟波形时显示模拟序号。
[0010] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括控制面板，控制面板作为用户接口，属于显示模块的一部分；用于可以通过控制面板控制本发明的运行，还可以通过所述控制面板的提示信息了解本发明的运行状态；在所述显示模块上设有四个数码管，在所述控制面板上设有三个按键，第一按键为
开关机ON/OFF按键，第二按键为Set按键，第三按键为Shift按键；所述第一按键、所述第二按键、所述第三按键均与所述控制模块相连；在所述显示模块上还设有七个提示指示灯，包括电源指示灯、
电池电量指示灯、警告指示灯、显示能量指示灯、显示电压指示灯、Set按键指示灯和Shi ft按键指示灯。
[0011] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制模块、所述采集电路、所述滤波电路和所述显示模块提供电源能量。
[0012] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括第一级保护电路气体
放电管，所述第一级保护电路
气体放电管安装于所述滤波电路和所述电极接口之间；第二级保护电路TVS
二极管，所述第二级保护电路TVS二极管安装于所述滤波电路和所述电极接口之间；所述第一级保护电路气体放电管和所述第二级保护电路TVS二极管用于保护滤波电路中的元器件。
[0013] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：所述控制模块还检测所述电源模块的电量，并通过所述显示模块给出电量提示。
[0014] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：所述滤波电路形成的模拟波形包括
正弦波、方波、三
角波、窦性心律、
心房颤动心律、室上性心动过速心律和室性心动过速心律。
[0015] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括分压
电阻，所述分压电阻置于所述采集电路和所述电极接口之间，所述采集电路通过采集所述分压电阻的电压获得除颤能量信号。
[0016] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括模拟人体阻抗电路，所述模拟人体阻抗电路位于所述采集电路和所述电极接口之间。
[0017] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：所述模拟人体阻抗电路的电阻值为50Ω。
[0018] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：所述控制模块根据除颤波形特性检测除颤能量信号，当检测到有除颤能量信号输入后，存储采集数据，存储完成后停止采集。除颤能量信息的电压值即峰值电压。从检测到除颤能量信号的数据开始查找，通过冒泡法采集数据的最大值，从而计算峰值电压值。除颤能量值的计算式将存储的数据转换为对应电压值，根据能量计算公式计算除颤能量值，能量计算公式如下：
[0019] E＝∑(U2/R)×Δt
[0020] 其中，E为能量值；
[0021] U为电压值；
[0022] R为模拟人体阻抗；
[0024] 模拟波形的产生是通过主芯片输出PWM波，PWM输出
频率为10KHz，通过改变占空比输出不同波形，占空比的变化频率为1KHz。经过两路滤波电路进行滤波输出模拟波形。
[0025] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括主芯片的
软件主流程：开始，系统初始化，主循环开始，系统判别是否到了10ms，如果10ms计时到，判别是否有按键输入，如果没有所述按键输入，判别系统是否是开机状态，如果系统未开机，则返回主循环开始；如果10ms计时到，判别是否有所述按键输入，如果没有所述按键输入，判别是否为开机状态，如果系统为开机状态，则进入模型信号采集，判别是否有除颤脉冲输入；如果有所述按键输入，则进入按键检测子程序，退出按键检测子程序后，进入
模拟信号采集，判别是否有除颤脉冲输入；如果没有检测到除颤脉冲信号，显示界面不变；如果检测到所述除颤脉冲信号，计算电压值和能量值，更新电压能量显示值，返回主循环重新开始。
[0026] 如上述的除颤器分析仪，进一步优选为：还包括软件工作子流程：当系统进入按键检测子程序，系统判别是否是开关机ON/OFF按键，若是开关机所述ON/OFF按键，系统判别所述ON/OFF按键输入时间是否大于2S，若大于2S，系统判别是否已开机，若是开机状态，则关机，退出子流程；若是关机状态，则开机，退出子流程。若按键时间小于2S，退出子流程；若不是开关机所述ON/OFF按键，系统判别是否是设置按键Set按键，若是Set按键，系统判别是否是电压能量值显示界面，若是电压能量值显示界面，设置显示界面为波形选择界面，退出流程；若不是电压能量值显示界面，设置显示界面为电压能量值显示界面，退出流程。若不是Set按键，则是Shift按键输入，判别是否是电压能量值显示界面，若是电压能量值显示界面，切换到电压能量值显示，退出流程；若不是电压能量值显示界面，则为波形选择界面，输出波形序号加1，显示当前选择波形，退出流程。
[0027] 分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
[0028] 一、本发明采用STM32F103RE芯片作为控制模块的控制主芯片，该控
制芯片代替硬件方面采用元器件实现能量计算和模拟波形的产生，提高了计算准确度，简化了硬件电路，减小设备体积，降低了产品制造成本。
[0029] 二、控制面板上只设有三个按键进行控制，简化了现有除颤器能量测试设备功能，操作方便。
[0030] 三、本发明提出的除颤器分析仪测量范围更广，可以实现大部分除颤器的电击能量测量，包括单相除颤波形和双相除颤波形输出的除颤器。
附图说明
[0032] 图2是本发明除颤器分析仪原理图；
[0033] 图3是本发明除颤器分析仪软件的主芯片
流程图；
[0034] 图4是本发明除颤器分析仪的软件工作子流程图；
[0035] 图5是本发明除颤器分析仪面板示意图；
[0036] 图6是本发明除颤器分析仪滤波电路原理图。
[0037] 图中，1-控制模块；2-显示模块；3-电源模块；4-滤波电路；5-采集电路；
[0038] 6-模拟人体阻抗电路；7-电极接口；8-分压电阻。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
[0040] 如图1和图2所示，本发明优选
实施例的除颤器分析仪主要包括电极接口7，用于连接待测除颤器；采集电路5，采集电路5的输入端连接电极接口7，用于获得待测除颤器的除颤能量信号；控制模块1，包括STM32F103RE芯片，与所述采集电路5相连，用于获得采集电路5传送而来的待测除颤器的除颤能量信号，存储能量信号数据，计算待测除颤器的电压值和能量值，控制模块1还根据输出波形的特性输出不同的PWM波形；滤波电路4，与控制模块1相连，用于控制模块1的PWM波形进行滤波并形成模拟波形；滤波电路4的输出端还与电极接口
7相连并通过电极接口7输出模拟波形；显示模块2，与控制模块1相连，用于显示待测除颤器释放除颤能量的电压值和能量值，提示电源电量，还可以在选择输出模拟波形时显示波形序号。
[0041] 总而言之，如图3和图4所示，为减小设备体积，降低产品制造成本，本发明提供的除颤器分析仪，其控制模块1采用ST公司的STM32F103RE芯片作为控制主芯片，该芯片及其外围电路组成
单片机最小系统作为控制模块。STM32F103RE芯片是ARM 32位Cortex-M3
内核，主频时钟最高可达72MHz，16位的
定时器具有输入捕获、输出比较和PWM功能，12位16通道的A/D转换，该芯片完全能够实现除颤器分析仪的能量测量和模拟波形输出的功能。控制模块连接采集电路5，由A/D转换通道采集除颤能量信号，当主芯片检测到除颤能量信号时，存储除颤能量数据，计算除颤能量的能量值和电压值；
[0042] 主芯片的软件主流程如图3所示，开始，系统初始化，主循环开始，系统判别是否到了10ms，如果10ms计时到，判别是否有按键输入，如果没有按键输入，判别系统是否是开机状态，如果系统未开机，则返回主循环开始；如果10ms计时到，判别是否有按键输入，如果没有按键输入，判别是否为开机状态，如果系统为开机状态，则进入模型信号采集，判别是否有除颤脉冲输入；如果有按键输入，则进入按键检测子程序(如图4)，退出按键检测子程序后，进入模拟信号采集，判别是否有除颤脉冲输入。如果没有检测到除颤脉冲信号，显示界面不变；如果检测到除颤脉冲信号，计算电压值和能量值，更新电压能量显示值，返回主循环重新开始。
[0043] 软件工作子流程如图4所示，当系统进入按键检测子程序，系统判别是否是开关机ON/OFF按键，若是开关机ON/OFF按键，系统判别ON/OFF按键输入时间是否大于2S，若大于2S，系统判别是否已开机，若是开机状态，则关机，退出子流程；若是关机状态，则开机，退出子流程。若按键时间小于2S，退出子流程。若不是开关机ON/OFF按键，系统判别是否是设置按键Set按键，若是Set按键，系统判别是否是电压能量值显示界面，若是电压能量值显示界面，设置显示界面为波形选择界面，退出流程；若不是电压能量值显示界面，设置显示界面为电压能量值显示界面，退出流程。若不是Set按键，则是Shift按键输入，判别是否是电压能量值显示界面，若是电压能量值显示界面，切换电压能量值显示，退出流程。若不是电压能量值显示界面，则为波形选择界面，输出波形序号加1，显示当前选择波形，退出流程。
[0044] 控制模块1连接滤波电路4，除颤器分析仪输出模拟波形是由主芯片具有PWM输出功能的引脚输出PWM波，调节输出占空比输出相应的模拟波形，PWM波的输出频率为10KHz，占空比的变化频率为1KHz。然后经过滤波电路4(见图6滤波电路)滤波输出模拟波形。控制模块1还能检测电池电量，当电池电量过低时，控制电池电量指示灯闪烁提示。
[0045] 采集电路5的输入端连接电极接口7，采集电路5用于获得待测除颤器的除颤能量信号；采集电路5的输出端与控制模块1相连，采集电路5将采集到的模拟
信号传输到控制模块1，控制模块1对采集的模拟信号进行分析处理，计算电压和能量值；
[0046] 滤波电路4，滤波电路4与控制模块1相连，滤波电路4用于将控制模块1的PWM波形进行滤波并形成模拟波形；滤波电路4还与电极接口7相连并通过电极接口7输出模拟波形；
[0047] 为了简化操作，如图5，本发明还包括控制面板，控制面板属于显示模块2的一部分，在显示模块2上设有四个数码管，控制面板上设有三个按键，ON/OFF按键(即第一按键)为开关机按键，Set按键(即第二按键)为设置按键，设置显示界面为能量电压值界面或者波形选择界面；Shift按键(即第三按键)根据不同的显示界面具有不同的控制功能，如果显示界面是能量电压值显示界面，Shift按键则作为能量值和电压值的切换控制按键；如果显示界面是波形选择界面，Shift按键则作为波形选择的控制按键；显示模块2与控制模块1相连。ON/OFF按键(即第一按键)用于控制除颤器分析仪开机和关机；Set按键(即第二按键)用于设置显示界面，显示界面包括显示能量电压值界面和输出模拟波形选择界面；Shift按键(即第三按键)根据显示界面进行相应的切换功能，如果显示界面是能量电压显示界面，则Shift按键用于切换显示能量值或电压值，如果显示界面是输出模拟波形选择界面，则Shift按键用于选择输出模拟波形。
[0048] 本发明还包括第一级保护电路气体放电管，第一级保护电路气体放电管安装于滤波电路4和电极接口7之间；第二级保护电路TVS二极管，第二级保护电路TVS二极管安装于滤波电路4和电极接口7之间；第一级保护电路气体放电管和第二级保护电路TVS二极管用于保护元器件。除颤器分析仪波形的输出是由控制模块1根据输出波形的特性输出不同的PWM波，然后通过滤波电路4进行滤波产生多种模拟波形，可以通过按键选择输出的波形，滤波电路4通过电极接口7连接外部设备。
[0049] 在本发明中，控制模块1还具有检测电源电量功能，可以检测所述电源模块3的电量，并通过显示模块给出电量提示。当电源电量充足时，电池电量指示灯常亮；当检测到电量值低于第一
阈值时，电池电量指示灯慢闪；当检测到电量值低于第二阈值时，电池电量指示灯快闪；当检测到电量值低于第三阈值时，关机。
[0050] 在本发明中，滤波电路4形成的模拟波形包括正弦波、方波、三角波、窦性心律、心房颤动心律、室上性心动过速心律和室性心动过速心律，对应于显示模块显示输出模拟波形序号0-6。
[0051] 在本发明中，分压电阻8，置于所述采集电路4和所述电极接口7之间，采集电路4通过采集分压电阻8的电压获得除颤能量信号。
[0052] 在本发明中，模拟人体阻抗电路6，位于采集电路4和电极接口7之间。模拟人体阻抗6有多种选择，包括25Ω、50Ω、75Ω、100Ω、125Ω、150Ω、175Ω，默认使用50Ω。
[0053] 本发明的除颤器分析仪能量的测量是由外部除颤设备释放电击，能量信号经过采集电路5进入控制模块1中，控制模块1通过软件编程实现峰值电压和能量的计算，然后将计算出的能量值或电压值输出到显示模块2显示，可以通过按键选择显示能量值或者电压值。控制模块1根据除颤波形特性检测除颤能量信号，当检测到有除颤能量信号输入后，存储采集数据，存储完成后停止采集。除颤能量信号的电压值即峰值电压。从检测到除颤能量信号数据开始查找，通过冒泡排序法查找采集数据的最大值，然后根据AD转换原理计算除颤电压值。除颤能量值的计算是将存储的数据根据AD转换原理转换为对应电压值，根据能量计算公式计算除颤能量值，能量计算公式如下：
[0054] E＝∑(U2/R)×Δt
[0055] 其中，E为能量值；
[0056] U为电压值，通过采集到的AD值计算得到电压值；
[0057] R为模拟人体阻抗；
[0058] Δt为采样时间。
[0059] 本发明的工作过程为：
[0060] 被测除颤器具有分析功能，如自动体外除颤器(AED)，心电分析结果为建议除颤时，才可充电释放除颤能量。除颤器分析仪正确连接被测除颤器后，开机后需先设置除颤器分析仪输出可除颤心
电信号。除颤器分析仪输出模拟波形的选择可通过控制面板上的Set按键和Shift按键进行设置。除颤器分析仪开机后默认显示界面为电压能量显示界面，通过按下Set按键设置显示界面为选择波形显示界面，默认输出模拟波形序号为0，通过单击按键Shift切换输出模拟波形，单击一次输出模拟波形序号加1，
选定需要的输出模拟波形后，通过按下Set按键确认输出模拟波形，同时显示界面进入电压能量显示界面。设置完成后，被测除颤器开机，按照除颤器提示进行操作。当除颤器释放除颤能量后，除颤器分析仪检测到除颤能量信号，查找采集数据的最大值，计算峰值电压。通过能量计算公式计算能量值。
[0061] 被测除颤器可以直接释放除颤电击，除颤器分析仪就可以不需要设置输出波形，被测除颤器连接除颤器分析仪后，除颤器可以直接释放电击能量，然后除颤器分析仪检测电击能量信号，计算能量值和电压值。
[0062] 分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
[0063] 一、本发明采用STM32F103RE芯片作为控制模块的控制主芯片，该控制芯片代替硬件方面采用元器件实现能量计算和模拟波形的产生，提高了计算准确度，简化了硬件电路，减小设备体积，降低了产品制造成本。
[0064] 二、控制面板上只设有三个按键进行控制，简化了现有除颤器能量测试设备功能，操作方便。
[0065] 三、本发明提出的除颤器分析仪测量范围更广，可以实现大部分除颤器的电击能量测量，包括单相除颤波形和双相除颤波形输出的除颤器。
[0066] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
