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        電針治療儀的校準(zhǔn)裝置

        2019-08-28 10:47:20馬東偉王達(dá)蔣雪萍杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院
        上海計(jì)量測試 2019年4期
        關(guān)鍵詞:治療儀電針波形

        馬東偉 王達(dá) 蔣雪萍/杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院

        0 引言

        近年來,國家藥品不良反應(yīng)監(jiān)測中心收到多起電針治療儀產(chǎn)品不良事件報(bào)告。從保護(hù)醫(yī)護(hù)人員利益和患者安全健康出發(fā),為了精準(zhǔn)控制電針的最大輸出電壓、電流量值及其他安全電氣指標(biāo),必須對其關(guān)鍵計(jì)量參數(shù)進(jìn)行檢測。目前,國內(nèi)電針治療儀臨床診療安全體系檢測技術(shù)缺乏統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),電針治療儀的質(zhì)量良莠不齊,給臨床的可靠治療帶來了憂患和危害,這類問題日益顯現(xiàn)。杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院率先開展了電針治療儀臨床診療安全體系檢測技術(shù)研究,并制定了浙江省地方計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范JJF 1123(浙)-2005《電針治療儀校準(zhǔn)規(guī)范》,在全省發(fā)布實(shí)施。雖有了校準(zhǔn)的文件依據(jù),但市場上并未開發(fā)專用于電針治療儀校準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置,基于現(xiàn)狀,急需開發(fā)一種專用電針治療儀校準(zhǔn)裝置。

        1 校準(zhǔn)裝置研發(fā)

        國內(nèi)現(xiàn)有的電針治療儀輸出三種類型脈沖波,分別是連續(xù)波、疏密波、斷續(xù)波?,F(xiàn)有的多參數(shù)信號檢測電路在檢測這三種類型波形時(shí)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性很難保證。按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),測量時(shí)還必須外接負(fù)載阻抗,以保證測量的準(zhǔn)確度。電針治療儀校準(zhǔn)裝置的研發(fā)充分考慮了電針治療儀頻率和幅值的范圍,對多參數(shù)信號檢測電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì),包括信號處理模塊中電壓信號的轉(zhuǎn)換和幅值計(jì)算,波形顯示模塊中頻率和時(shí)間的測量,保證了微弱信號和低頻脈沖的穩(wěn)定測量,能夠方便地專用于電針治療儀參數(shù)的校準(zhǔn),解決了電針治療儀關(guān)鍵參數(shù)的量值傳遞與溯源體系,使得電針治療儀參數(shù)溯源至國家計(jì)量基準(zhǔn),保證了參數(shù)的準(zhǔn)確性,為患者提供安全保障,避免不良事件的發(fā)生。

        校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)技術(shù)要求如下。

        電針治療儀檢測參數(shù):電壓有效值幅值、電流有效值、設(shè)定時(shí)間、頻率、瞬時(shí)功率;電針治療儀檢測裝置的技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。電針治療儀校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)電路主要包括三個(gè)模塊:電源模塊、信號處理模塊、波形顯示模塊。其中電源模塊供電給信號處理模塊和波形顯示模塊,電針信號經(jīng)過信號處理模塊得到各時(shí)刻電針治療儀關(guān)鍵參數(shù)檢測值,波形顯示模塊將電針治療儀輸出的波形實(shí)時(shí)顯示,圖1為電針治療儀校準(zhǔn)裝置的原理設(shè)計(jì)框圖。

        表1 電針治療儀檢測裝置技術(shù)指標(biāo)

        2.1 電源模塊

        電源模塊包括電源、電源穩(wěn)壓模塊、電源濾波模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊。電源經(jīng)過電源穩(wěn)壓模塊和電源濾波模塊,輸出穩(wěn)定的12 V電壓。電源轉(zhuǎn)換模塊把12 V電壓分別轉(zhuǎn)換成+3.3 V和±5V電源,±5 V電源給信號處理模塊供電,其中+3.3 V電源給波形顯示模塊供電。

        圖1 電針治療儀校準(zhǔn)裝置的原理框圖

        2.2 信號處理模塊

        信號處理模塊主要由無源衰減電路、壓控放大電路、負(fù)載阻抗、阻抗匹配電路等構(gòu)成。電針信號經(jīng)過負(fù)載阻抗后先進(jìn)行無源衰減,通過阻抗匹配隔離干擾后進(jìn)行程控放大和電平移位,得到輸出脈沖電壓幅值和電流有效值。

        無源衰減模塊主要由繼電器和5個(gè)電阻構(gòu)成,其中R1為負(fù)載阻抗用于模擬人體阻抗,通過電阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3、R4分壓實(shí)現(xiàn)信號的衰減,衰減倍數(shù)有1和1/50兩種。通過單片機(jī)控制繼電器K1,實(shí)現(xiàn)對兩種衰減倍數(shù)的切換,繼電器K1供電電壓為+5 V,繼電器K1外接元件包括5個(gè)電阻,繼電器K1的1腳和6腳短接,作為常開與常閉點(diǎn)的公共點(diǎn),公共點(diǎn)與電阻R5連接輸出檢測信號。圖2為無源衰減電路圖。

        阻抗電路包括運(yùn)算放大器U1、兩個(gè)二極管U2及兩個(gè)電容,運(yùn)算放大器U1的7腳接+5 V電源和一個(gè)電容C1,運(yùn)算放大器U1的4腳接地和一個(gè)電容C2。電壓跟隨作為隔離級,減小后級電路對前級電路的影響。如圖3所示。

        壓控放大電路主要由程控可變增益放大器U3、集成運(yùn)算放大器U4、參考電壓基準(zhǔn)芯片U5、運(yùn)算放大器U6、8個(gè)電容和7個(gè)電阻組成,圖4所示為程控放大電路圖。壓控可變增益放大器U2在控制電壓的作用下,提供精確增益,且按線性變化的電參數(shù)信號。

        2.3 波形顯示模塊

        包括單片機(jī)以及LCD顯示模塊,單片機(jī)采用內(nèi)部晶振經(jīng)過下位機(jī)軟件程序設(shè)定,測得電針治療儀的工作時(shí)間,單片機(jī)通過ADC模塊采集電針信號,經(jīng)過LCD實(shí)時(shí)顯示電針治療儀輸出的波形。

        3 校準(zhǔn)裝置檢測結(jié)果

        通過上述設(shè)計(jì)理念,成功研發(fā)了電針治療儀校準(zhǔn)裝置。校準(zhǔn)裝置經(jīng)廣州廣電計(jì)量檢測股份有限公司校準(zhǔn),完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求,校準(zhǔn)結(jié)果:

        1)外觀及一般性檢查:符合開發(fā)要求;

        圖2 無源衰減電路設(shè)計(jì)圖

        圖3 阻抗電路設(shè)計(jì)圖

        圖4 壓控放大電路設(shè)計(jì)圖

        2)連續(xù)波頻率測量:(0 ~ 500 Hz)最大示值誤差:0.0%,符合1.0級要求;

        3)電流有效值測量:0~200 μA,最大示值誤差:-0.205 μA(200 μA 處),符合 1.0 級要求;

        4)電壓有效值幅值測量:0~10 VP~P,最大示值誤差 :-0.051 VP~P(10 VP~P處),符合1.0 級要求;

        5)設(shè)定時(shí)間測量:0~120 s,最大示值誤差:-0.31 s(120 s處),符合 1.0 級要求;

        6)瞬時(shí)功率:0~0.5 VA,最大示值誤差:-0.004 VA(0.4 VA處),符合1.0級要求。

        通過對該臺設(shè)備的校準(zhǔn)證書(J201812030037-0001)計(jì)量特性符合性驗(yàn)證,均滿足開發(fā)設(shè)計(jì)要求。

        4 結(jié)語

        電針治療儀校準(zhǔn)裝置基于檢測電路與負(fù)載阻抗相結(jié)合,提高了連續(xù)波頻率和幅值波形測量的準(zhǔn)確度。在對電針治療儀的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),將電針治療儀的電針導(dǎo)線接到電針治療儀校準(zhǔn)裝置的輸入接口,按JJF 1123(浙)-2005的技術(shù)要求對電針治療儀的關(guān)鍵參數(shù)逐個(gè)進(jìn)行檢測,完全可以滿足測量要求,確保了電針治療儀參數(shù)的量值傳遞與溯源體系,使得電針治療儀參數(shù)溯源至國家計(jì)量基準(zhǔn)。

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