心臟除顫器檢測校準設備溯源方法研究

魏 川，王 林，鄢 鈴

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

計量檢測部門使用的心臟除顫器和心臟除顫監護儀的檢測設備除顫器分析儀，有3種主要的除顫器測試功能，用于評估除顫器的性能：能量、同步和充電時間[1]。目前對于此類設備的的溯源問題，還未形成較為明確的說明和方法，導致使用此類設備的單位對儀器的溯源較為困惑。

美國的校準測量是來自國家標準和技術研究機構（NIST）。對于沒有NIST校準標準的設備，使用接受的測試程序針對內部性能標準對其進行測量。這里著重對除顫器檢測校準設備的電壓和頻率的溯源問題進行解釋說明，以供各使用部門了解和解決該設備的溯源問題。

1 能量測量的工作原理

能量是在時間上對功率函數P（t）進行數學積分得到的。P（t）被定義為電壓（時間的函數）的平方除以負載電阻。即除顫器提供給負載電阻的能量定義如下：

因此

QED-6每104μs在50Ω、160W電阻兩端測量瞬時電壓，500次的測量則形成了52.08 ms的測量窗口，然后確定除顫器的能量輸出。QED-6將所有瞬時電壓的平方進行求和，乘以104μs，然后除以負載電阻，從而析取出能量值。

這種計算方法被稱為黎曼和（RIEMANN SUM）算法，并且在數學上等于小的dt的時間積分。下面說明這種關系：

這里，R=50Ω

因此

QED-6采用了基于微處理器的設計和精密的算法來控制整個系統的活動[2]。通過掃描500個波形樣本，當完成脈沖測量之后，在顯示屏上顯示最大值，從而完成峰值電壓測量。將該值除以50Ω，得到峰值電流值。

2 用示波器觀察峰值電壓的輸出測量

QED-6提供了2個香蕉插座，使用具有存儲能力的示波器。將示波器探頭的地線連接到QED-6上的地線插座，正極連接到除顫器輸出。將示波器的耦合模式設置為“AC”（交流）模式。

使用除顫器對QED-6進行放電。在1000J量程下，波形為通過50 Ω電阻輸入電壓的1/1 450，在100J量程下，波形為輸入電壓的1/440。利用以下的公式可獲得放電電壓的實際幅值：

觀察示波器上的波形[3]，對除顫分析儀重復放電，同時調節時基和增益設置，直到獲得觀察波形的最佳比例設置。

3 校準測量步驟

3.1 設備參數

QED-6除顫器分析儀：1000J量程為±2%讀數；100J量程為±2%讀數±0.1J。

3458A 型數字多用表測量范圍：0～1000V、0～1A、0～1×109Ω、1 MHz。不確定度：DCV 為 0.001%（k=2）、ACV 為 0.01%（k=2）、DCI為 0.003%（k=2）、ACI為0.05%（k=2）、R為0.0012%（k=2）、f為1×10-5（k=2）。

除顫器/起搏器：Pyhsio-Control LIFEPAK 9P或相當的設備。

5500型多功能校準儀：測量范圍0～1 000 V、0～10A、0～3.3×108Ω、0～360°、0.01～1×106Hz。不確定度：DCV 為 0.005%（k=2）、DCI為 0.01%（k=2）、ACV為 0.02%（k=2）、ACI為 0.05%（k=2）、R 為 0.005%（k=2）、f為1×10－5（k=2）。

直流可調電源；脈沖發生器（Wavetek Model#75）；QED-6前面板如圖1所示；數字板如圖2所示；負載板如圖3所示。

3.2 負載電阻的測量

首先需移去負載板上BG1處的連接跳線，利用數字多用表測量輸入負載電阻，其標稱值為50.0±0.5Ω。

3.3 差分輸入電阻的測量

保持移去BG1處的連接跳線，利用數字多用表測量差分輸入電阻[4]。

測量TP9、TP7兩點，差分電阻標稱值為3.01MΩ±3 kΩ。測量TP8、TP6兩點，差分電阻標稱值為3.01MΩ ±3kΩ。

3.4 電源電壓的測量

恢復連接BG1處的跳線，將可調電源連接到QED-6上的電池連接器上。將電源調整到9.5 VDC±0.5V，把量程開關設置到100J，打開QED-6。

負載板：

TP1（公共端）到 TP4，標稱值：+5VDC±0.25V

TP1（公共端）到 TP2，標稱值：+8VDC±0.4V

數字板：

TP3（公共端）到+5A，標稱值：+5VDC±0.25V

TP3（公共端）到-5A，標稱值：+5VDC±0.25V

3.5 低壓報警電路檢查

在直流電源上降低電流，在QED-6的顯示屏上顯示出WARNING-LOW BATTERY!

圖1 QED-6前面板圖

圖2 QED-6數字板

圖3 QED-6負載板

測量數字板上 TP3（公共端）到 TP4（+VBATT），電壓標稱值介于5.8VDC到6.2VDC之間。

關閉QED-6，斷開可調電源。

3.6 參數符合性測量

在負載板上進行，將校準器的正向輸出連接到TP6，將負向輸出連接到TP7。進入QED-6主菜單UTIL下級CAL菜單項。

輸入 0.00 VDC，選擇 100、1000、PACER 3 個量程，對應的標稱讀數應為0±2。

選擇起搏器（PACER）量程：輸入+303 mVDC，顯示讀數標稱值為-3000±15；輸入-303 mVDC，顯示讀數標稱值為+3000±15。

切換至1 000 J的量程：輸入+57 VDC，顯示讀數標稱值為-1213±15。

切換至100J的量程：輸入+57 VDC，顯示讀數標稱值為-4000±15。

在面板的DEFIB輸出（+）和接地插孔（-）之間接入數字多用表。選擇100 J的量程：從校準器上輸入 57VDC，電壓讀數標稱值為 3.96VDC～4.12VDC。

返回主菜單1，進入more菜單下級ENRG菜單項：從校準器上輸入+9.45VDC，顯示讀數標稱值為87.2～92.8J。

4 頻率校準

將脈沖發生器的輸出設置如下：

輸出幅值為10 V；脈沖寬度為50 ms；脈沖延遲為300 ms；自動觸發為連續；同步為上升沿。

將數字板上的TP1（觸發1）連接到脈沖發生器上的輸出端。選擇100 J量程，選擇主菜單1，進入SYNC菜單下級SYNC TIME PEAK菜單項，顯示讀數標稱值為80+/-2ms。

4.1 ECG信號幅值的測量[5]

將面板上ECG插孔接（+）極、（-）極接到面板上的接地插孔。進入WAVE菜單下級PERF菜單項，按UP鍵選擇0.125Hz頻率波形[6]。數字多用表上電壓顯示讀數標稱值在（0～1）VDC±0.02VDC之間切換。

4.2 ECG II導聯輸出幅值的測量[7]

將LL接線柱接（+）極，RA接線柱接（-）極。電壓顯示讀數標稱值在（0 ～1）VDC±0.02VDC之間切換。

4.3 除顫器電極幅值測量

將（+）極接到電極 APEX，（-）極接到電極STERNUM。數字多用表電壓顯示讀數標稱值在（0 ～1）VDC±0.02VDC之間切換。

5 能量測量

進入ENRG菜單項，選擇100J量程。將除顫器輸出設置為50J，對QED-6進行除顫，QED-6的讀數值大約為50.0J。將除顫器輸出設置為200J并進行除顫，QED-6的顯示屏標稱值顯示OVER。

切換到1000J量程，將除顫器設置為200W·s，并進行除顫，QED-6的讀數大約為200.0J。將除顫器輸出設置為360 J并進行除顫，QED-6的讀數大約為360.0J。

如果所作的測試結果均滿足以上要求，則說明QED-6功能正常，完全能夠滿足檢測校準工作的要求。

6 結束語

作為醫療急救設備的心臟除顫器和心臟除顫監護儀，其最重要的指標就是能量（J）。作為該設備的校準裝置除顫分析儀的能量溯源問題一直困擾著各使用單位。

通過該文向大家詳細說明了QED-6的校準方法和技術參數、測量點、標稱值，可實現電壓和頻率分項溯源，滿足JJF 1149-2006《心臟除顫器和心臟除顫監護儀》中提到對測試裝置可實現電壓和頻率分項溯源的要求[8]。希望通過對此類設備校準方法的研究，解決除顫分析儀的溯源問題。

[1] GB 9706.8-2009/IEC 60601-2-4：2002醫用電氣設備第2-4部分：心臟除顫器安全專用要求[S].北京：中國標準出版社，2009：1-35.

[2] 周明德.微型計算機硬件軟件及其應用[M].北京：清華大學出版社，1984.

[3]GB/T 17626.5—2008電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗[S].北京：中國標準出版社，2008：1-29.

[4]GB/T 13978—2008數字多用表[S].北京：中國標準出版社，2008：1-40.

[5] 盧喜烈，宋小武，周軍榮，等.心電圖診斷與鑒別診斷[M].北京：科學技術文獻出版社，2002.

[6]JJG 760—2003心電監護儀檢定規程[S].北京：中國計量出版社，2003.

[7]YY 1079—2008心電監護儀[S].北京：中國標準出版社，2008：1-68.

[8]JJF 1149—2006心臟除顫器和心臟除顫監護儀校準規范[S].北京：中國計量出版社，2006.