除顫能量分析儀校準裝置的製作方法

2023-05-08 16:08:16 1

本實用新型涉及醫療設備計量技術領域，更具體地，涉及一種除顫能量分析儀校準裝置。

背景技術：

心臟除顫器又稱電復律機，是目前臨床上廣泛使用的搶救設備之一。除顫能量發生器可用來產生單、雙相波形，大部分的除顫器能量都是可以調節的，一般從2J～360J(焦耳)。除顫器釋放的能量應該是能夠終止室顫的最低能量，如果釋放能量過低則無法終止心律失常，能量過高則會造成電極貼靠部位皮膚的灼傷和水腫甚至會導致心肌細胞的損傷。因此除顫器釋放能量的準確度是衡量一臺除顫器是否合格的重要指標之一。

目前控制除顫器質量的標準器具即除顫器分析儀大部分都依賴於美國和歐洲進口，由於脈衝能量測試的特殊性，各級計量機構還沒有相應的溯源方法。國內只有全軍醫學計量校準實驗室能夠按照廠家提供的出廠校準方法，即打開機殼根據儀器電路原理圖進行分部件校準。該方法一方面需要打開機殼，與常規計量校準要求尚有差距，另一方面也因為不同廠家不同型號電路原理圖的差異，使得該類設備的校準難以形成一個統一的標準。因此，在醫療設備註冊檢驗和計量校準時，不同廠家的除顫器分析儀對同一除顫器測量結果不一致的情況時有發生，從而制約了醫療設備註冊檢驗和計量校準的準確性和可靠性。

根據除顫能量分析儀的儲存能量以及對人體模擬阻抗放電的原理，現有的除顫脈衝能量的測量主要有兩種方法：(1)電容電壓法，該方法一般需要假設儲能電容性能相對穩定，且電容值的電壓係數為零，即儲能電容兩端電壓隨充放電而變化時電容值保持不變，但是在實際應用中電容值隨溫度和兩端電壓的變化都會引起一定程度的改變，且對電容放電前後兩端瞬時電壓測量的準確度要求很高，測量誤差較大，因此，該方法一般只作為除顫能量源釋放能量截止電壓的控制；(2)電壓電阻積分法，該方法應用廣泛，是目前各主流除顫器分析儀所採用的能量計算方法，該方法使用的一個前提是假設人體模擬阻抗為無感純電阻，但人體模擬電阻上需要承受的能量較高，需要的功率較大，必然會存在一定量的分布電感和電容，所以不適合精確測量除顫脈衝的能量。

因此，有必要開發一種計量校準的準確性及可靠性較高的除顫能量分析儀校準裝置。

公開於本實用新型背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本實用新型的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本實用新型提出了一種除顫能量分析儀校準裝置，能準確測量除顫脈衝能量，用於能量計算精度要求高的計算。

根據本實用新型提供了一種除顫能量分析儀校準裝置，所述方法可以包括：

控制模塊；

充電模塊，所述充電模塊連接於所述控制模塊；

電源模塊，所述電源模塊與所述充電模塊相連，用於給所述充電模塊提供電源能量；

電容模塊，所述電容模塊與所述充電模塊相連；

其中，所述充電模塊用於將所述電源模塊的所述電源能量儲存到所述電容模塊；

放電模塊，所述放電模塊連接於所述控制模塊，用於將所述電容模塊儲存的所述電源能量按照波形進行放電；

能量測試模塊，所述能量測試模塊與所述控制模塊相連，用於採集所述放電模塊釋放的電壓信號及電流信號，並計算實際釋放能量的標準值；

自檢自校準模塊，所述自檢自校準模塊與所述控制模塊相連，用於檢查所述電源模塊是否正常，並定期測量及補償所述充電模塊中電容容值變化引起的充電能量偏差；

保護模塊，所述保護模塊與所述電容模塊相連，用於保護所述電源模塊在正常範圍內工作，並在所述電容模塊充電完成至預設時間後自動通過內部電路釋放電容能量；

顯示模塊，所述顯示模塊與所述控制模塊相連，用於顯示當前放電波形，充電狀態以及實際釋放能量的標準值和脈衝電壓電流值；

其中，所述控制模塊用於實現所述裝置的開機啟動，並控制所述充電模塊、所述放電模塊、所述自檢自校準模塊、所述能量測試模塊及所述顯示模塊的功能。

優選地，所述電容模塊包括：

二極體，所述二極體的正極連接至所述充電模塊；

電容，所述電容的一端與所述二極體的負極相連，另一端連接至所述充電模塊；

第一繼電器，所述第一繼電器的一端連接至所述控制模塊及所述二極體的負極；

第二繼電器，所述第二繼電器分別與所述控制模塊及所述電容的另一端相連。

優選地，所述能量測試模塊包括：

分壓器，所述分壓器的一端連接至所述第一繼電器，另一端通過電壓採信號集單元連接至所述控制模塊；

檢流電阻，所述檢流電阻一端連接至所述第二繼電器，另一端通過電流信號採集單元連接至所述控制模塊；

外接電阻，所述外接電阻一端連接至所述第一繼電器，另一端與所述檢流電阻相連。

優選地，所述放電模塊包括：單向放電模塊和雙向放電模塊。

優選地，所述單向放電模塊包括：

電流傳感器，所述電流傳感器與所述電流信號採集單元相連；

第一負載，所述第一負載的一端與所述第一繼電器連接，另一端通過所述電流傳感器連接至所述第二繼電器。

優選地，所述雙向放電模塊包括：

H橋驅動電路，所述H橋驅動電路分別與所述第一繼電器及所述第二繼電器相連；

開關驅動單元，所述開關驅動單元一端連接至所述控制模塊，另一端與所述H橋驅動電路相連。

優選地，所述H橋驅動電路包括：

第二負載；

開關組件，包括第一開關組件、第二開關組件、第三開關組件及第四開關組件，其中所述第一開關組件和所述第三開關組件並聯，所述第二開關組件和所述第四開關組件並聯，並聯後的所述第一開關組件和第三開關組件及並聯後的所述第二開關組件和第四開關組件通過所述第二負載串聯。

優選地，所述第一開關組件為開關一和開關二串聯，所述第二開關組件為開關三和開關四串聯，所述第三開關組件為開關五和開關六串聯，所述第四開關組件為開關七和開關八串聯。

優選地，所述開關一至所述開關八是高壓絕緣柵雙極電晶體。

根據本實用新型的一種除顫能量分析儀校準裝置，其優點在於：本實用新型的能量測試模塊採用了電壓電流積分法，計算能量是在能量釋放的同時採集電壓和電流信號，根據電壓電流計算瞬時功率，在對時間求功率的積分即可算得能量值；

電壓電流積分法可不受人體模擬負載電阻大小和分布電感電容影響，能準確測量除顫脈衝能量，適用於能量計算精度要求高的計算；

本實用新型的除顫能量分析儀校準裝置能夠保證除顫器釋放能量的準確性、可溯源性和可比性。

本實用新型的方法和裝置具有其它的特性和優點，這些特性和優點從併入本文中的附圖和隨後的具體實施例中將是顯而易見的，或者將在併入本文中的附圖和隨後的具體實施例中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施例共同用於解釋本實用新型的特定原理。

附圖說明

通過結合附圖對本實用新型示例性實施例進行更詳細的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本實用新型示例性實施例中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了根據本實用新型一個示例性實施例的結構示意圖。

圖2示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的電容模塊及能量測試模塊的結構示意圖。

圖3示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的單向放電模塊的結構示意圖。

圖4示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的雙向放電模塊的結構示意圖。

附圖標記說明：

1、控制模塊；2、充電模塊；3、電容模塊；4、放電模塊；5、能量測試模塊；6、自檢自校準模塊；7、保護模塊；8、顯示模塊；9、電源模塊； 31、二極體；32、電容；33、第一繼電器；34、第二繼電器；41、電流傳感器；42、第一負載；43、開關驅動單元；44、第二負載；46、H橋驅動電路；51、分壓器；52、檢流電阻；53、外接電阻；54、電壓信號採集單元；55、電流信號採集單元。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本實用新型。雖然附圖中顯示了本實用新型的優選實施例，然而應該理解，可以以各種形式實現本實用新型而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了使本實用新型更加透徹和完整，並且能夠將本實用新型的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

根據本實用新型提供貴重除顫能量分析儀校準裝置，包括：控制模塊；充電模塊，充電模塊連接於控制模塊；電源模塊，電源模塊與充電模塊相連，用於給充電模塊提供電源能量；電容模塊，電容模塊與充電模塊相連；其中，充電模塊用於將電源模塊的電源能量儲存到電容模塊；放電模塊，放電模塊連接於控制模塊，用於將電容模塊儲存的電源能量按照波形進行放電；能量測試模塊，能量測試模塊與控制模塊相連，用於採集放電模塊釋放的電壓信號及電流信號，並計算實際釋放能量的標準值；自檢自校準模塊，自檢自校準模塊與控制模塊相連，用於檢查電源模塊是否正常，並定期測量及補償充電模塊中電容值變化引起的充電能量偏差；保護模塊，保護模塊與電容模塊相連，用於保護電源模塊在正常範圍內工作，並在電容模塊充電完成至預設時間後自動通過內部電路釋放電容能量；顯示模塊，顯示模塊與控制模塊相連，用於顯示當前放電波形，充電狀態以及實際釋放能量的標準值和脈衝電壓電流值；其中，控制模塊用於實現裝置的開機啟動，並控制充電模塊、放電模塊、自檢自校準模塊、能量測試模塊及顯示模塊的功能。

裝置開機後，充電模塊將電源能量儲存到電容模塊上，充電後，放電模塊根據控制要求將電容模塊儲存的能量按照單向波或雙向波的形式進行放電處理。

使用者選擇充電能量並觸發電源開關後通過控制模塊的主控制板來控制充電模塊的充電板向儲能電容模塊充電；充電結束以後在預設時間(如1 分鐘)內如果有放電模塊觸發，則主控制板首先向能量測試模塊的能量採集板發送採集信號，然後根據選擇的波形(單向波、雙向波)控制放電模塊的放電板釋放除顫脈衝；放電結束以後主控制板將脈衝能量採集，發送能量標準值、電壓電流峰值以及除顫脈衝波形通過顯示模塊顯示出來。

本實用新型的能量測試模塊採用了電壓電流積分法，計算能量是在能量釋放的同時採集電壓和電流信號，根據電壓電流計算瞬時功率，在對時間求功率的積分即可算得能量值。

該電壓電流積分法可不受人體模擬負載電阻大小和分布電感電容影響，能準確測量除顫脈衝能量，適用於能量計算精度要求高的計算。

作為優選方案，電容模塊包括：

二極體，二極體的正極連接至充電模塊；

電容，電容的一端與二極體的負極相連，另一端連接至充電模塊；

第一繼電器，第一繼電器的一端連接至控制模塊及二極體的負極；

第二繼電器，第二繼電器分別與控制模塊及電容的另一端相連。

作為優選方案，能量測試模塊包括：

分壓器，分壓器的一端連接至第一繼電器，另一端通過電壓採信號集單元連接至控制模塊；

檢流電阻，檢流電阻一端連接至第二繼電器，另一端通過電流信號採集單元連接至控制模塊；

外接電阻，外接電阻一端連接至第一繼電器，另一端與檢流電阻相連。

其中，能量測試模塊外接除顫模擬器放電，自檢自校準模塊採用外接電阻放電。自檢自校準模塊的目的是檢測能量標準源是否能夠正常工作。包括充電正常、放電正常和能量測試正常。能量標準源在使用的過程中，儲能電容的容值會改變。為了保證放電能量依然準確，首先應該保證充電能量的準確。其自檢自校準方式為：外接電阻採用高精度、高穩定性的電阻，這樣可以排除放電電阻的影響，並且通過控制模塊計算充電時間常數τ，由於τ＝R*C，外接電阻R已知，即能獲得儲能電容的容值C，假如儲能電容的容值C減小，在同樣的充電能量下，控制模塊就要控制充得更高的電壓，從而完成自檢自校準。

能量測試模塊接收到控制模塊的主控制板的能量檢測信號後實時檢測釋放的除顫脈衝電壓電流值並通過A/D轉換電路、微控器處理電路(STM32 處理電路)將釋放的電壓電流值採集、處理並傳輸給控制模塊的主控制板；能量測試模塊中的電壓信號採集單元、電流信號採集單元利用分壓器和檢流電阻將高達數千伏的電壓和數十安培的電流轉換為A/D晶片正常工作範圍內的電壓信號，檢測電路均選用1％精度無感設計的電阻，檢測電路的電阻選用8～12mΩ的無感大功率電阻。為儘可能減小電流檢測電阻對除顫脈衝的影響，檢測電阻選用10mΩ的無感大功率電阻。

其中，微控器採用STM32系列。

進一步地，能量測試模塊在進行高壓高速採樣時能引入多種高頻噪聲，這些高頻噪聲處理方式為：首先將採得的信號進A/D採樣晶片的輸入端加濾波電路，濾除其中的高頻幹擾，其次是高壓採集部分與A/D採樣晶片連接的導線加磁環；另外A/D採樣晶片及其周圍電路加屏蔽罩，A/D採樣晶片與控制模塊之間加光耦隔離。其中，濾波電路是LC濾波電路。LC濾波電路的電感的電阻小，直流損耗小，對交流電的感抗大，濾波效果好。

上述措施採用具有更高抗幹擾能力的電磁兼容性(EMC)磁元件，EMC 磁元件一方面能使設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁幹擾不超過一定的限值；另一方面能使設備對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性，從而有效地減小採樣信號受到的幹擾。

作為優選方案，放電模塊包括：單向放電模塊和雙向放電模塊。

作為優選方案，單向放電模塊包括：

電流傳感器，電流傳感器與電流信號採集單元相連；

第一負載，第一負載的一端與第一繼電器連接，另一端通過電流傳感器連接至第二繼電器。

作為優選方案，雙向放電模塊包括：

H橋驅動電路，H橋驅動電路分別與第一繼電器及第二繼電器相連；

開關驅動單元，開關驅動單元一端連接至控制模塊，另一端與H橋驅動電路相連。

作為優選方案，H橋驅動電路包括：

第二負載；

開關組件，包括第一開關組件、第二開關組件、第三開關組件及第四開關組件，其中第一開關組件和第三開關組件並聯，第二開關組件和第四開關組件並聯，並聯後的第一開關組件和第三開關組件及並聯後的第二開關組件和第四開關組件通過第二負載串聯。

作為優選方案，第一開關組件為開關一和開關二串聯，第二開關組件為開關三和開關四串聯，第三開關組件為開關五和開關六串聯，第四開關組件為開關七和開關八串聯。

作為優選方案，開關一至所述開關八是高壓絕緣柵雙極電晶體。

其中，單相波放電是在放電的過程中，電流的方向不改變，在充電完成後，控制模塊的主控制板通過控制第一繼電器或第二繼電器，驅動H橋驅動電路的高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)導通，同時閉合開關一、開關二、開關七、開關八，將儲存的能量釋放到除顫能量分析儀的人體模擬電阻上。

雙相波放電工作過程中釋放的脈衝電路方向由開始的正向在放電一設定時間後反轉到負向；充電完成後，通過控制第一繼電器和第二繼電器閉合，驅動H橋驅動電路的高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)導通、截止；開關一、開關二、開關七、開關八分為一組，開關三、開關四、開關五、開關六為另一組，兩組中的四個開關管同時斷開、或者閉合；兩組開關交替導通，控制流過除顫能量分析儀的人體模擬電阻的電流方向會改變，從而形成雙相截斷指數形除顫放電波形，在放電的兩個方向上，脈衝放電波形仍然遵從指數衰減。

放電模塊的放電板部分在於高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)的驅動控制，即高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)柵極驅動波形的控制，採用變壓器隔離驅動，減小對驅動信號的幹擾；驅動信號的幹擾去掉後，能防止由於驅動信號上的尖峰幹擾使高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)二次導通，出現 H橋驅動電路直通的現象，使高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)損壞；另外，高壓絕緣柵雙極電晶體(IGBT)的C極與E極之間的RC吸收回路中用到的電容要能耐壓。

綜上，本實用新型的除顫能量分析儀校準裝置為醫療設備生產企業和各級醫療設備檢測機構開展註冊檢驗、計量溯源等提供可靠的標準器具，從而保證除顫器釋放能量的準確型、可溯源型和可比性。

實施例

圖1示出了根據本實用新型一個示例性實施例的結構示意圖。

根據本實用新型的示例性實施例的一種除顫能量分析儀校準裝置，包括：

控制模塊1；

充電模塊2，充電模塊2連接於控制模塊1；

電源模塊9，電源模塊9與充電模塊2相連，用於給充電模塊2提供電源能量；

電容模塊3，電容模塊3與充電模塊2相連；

其中，本實用新型裝置開機後，充電模塊2用於將電源模塊9的電源能量儲存到電容模塊3；

放電模塊4，放電模塊4連接於控制模塊1，充電後，用於將電容模塊 3儲存的電源能量按照波形進行放電；

能量測試模塊5，能量測試模塊5與控制模塊1相連，用於採集放電模塊4釋放的電壓信號及電流信號，並計算實際釋放能量的標準值；

自檢自校準模塊6，自檢自校準模塊6與控制模塊1相連，用於檢查電源模塊9是否正常，並定期測量及補償充電模塊2中電容容值變化引起的充電能量偏差；

保護模塊7，保護模塊7與電容模塊3相連，用於保護電源模塊9在正常範圍內工作，並在電容模塊3充電完成至預設時間後自動通過內部電路釋放電容能量；

顯示模塊8，顯示模塊8與控制模塊1相連，用於顯示當前放電波形，充電狀態以及實際釋放能量的標準值和脈衝電壓電流值；

其中，控制模塊1用於實現本實用新型裝置的開機啟動，並控制充電模塊2、放電模塊4、自檢自校準模塊6、能量測試模塊5及顯示模塊8的功能。

圖2示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的電容模塊及能量測試模塊的結構示意圖。

如圖2所示，電容模塊3包括：

二極體31，二極體31的正極連接至充電模塊2；

電容32，電容32的一端與二極體31的負極相連，另一端連接至充電模塊2；

第一繼電器33，第一繼電器33的一端連接至控制模塊1及二極體31 的負極；

第二繼電器34，第二繼電器34分別與控制模塊1及電容32的另一端相連。

能量測試模塊5包括：

分壓器51，分壓器51的一端連接至第一繼電器33，另一端通過電壓採信號集單元54連接至控制模塊1；

檢流電阻52，檢流電阻52一端連接至第二繼電器34，另一端通過電流信號採集單元55連接至控制模塊1；

外接電阻53，外接電阻53一端連接至第一繼電器33，另一端與檢流電阻52相連。

圖3示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的單向放電模塊的結構示意圖。圖4示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的雙向放電模塊的結構示意圖。

如圖3及圖4所示，放電模塊4包括：單向放電模塊和雙向放電模塊。

其中，單向放電模塊包括：

電流傳感器41，電流傳感器41與電流信號採集單元55相連；

第一負載42，第一負載42的一端與第一繼電器33連接，另一端通過電流傳感器41連接至第二繼電器34。

雙向放電模塊包括：

H橋驅動電路46，H橋驅動電路46分別與第一繼電器33及第二繼電器34相連；

開關驅動單元43，開關驅動單元43一端連接至控制模塊1，另一端與 H橋驅動電路46相連。

其中，H橋驅動電路46包括：

第二負載44；

開關組件，包括第一開關組件、第二開關組件、第三開關組件及第四開關組件，其中第一開關組件和第三開關組件並聯，第二開關組件和第四開關組件並聯，並聯後的第一開關組件和第三開關組件及並聯後的第二開關組件和第四開關組件通過第二負載44串聯。

其中，第一開關組件為開關一和開關二串聯，第二開關組件為開關三和開關四串聯，第三開關組件為開關五和開關六串聯，第四開關組件為開關七和開關八串聯，開關一至所述開關八是高壓絕緣柵雙極電晶體。

以上已經描述了本實用新型的實施例，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的實施例。在不偏離所說明的實施例的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的實施例。