一種醫(yī)用電氣設(shè)備聽覺報警系統(tǒng)及裝置的設(shè)計

摘要：本文設(shè)計了一種醫(yī)用電氣設(shè)備聽覺報警系統(tǒng)及裝置，包括脈沖群波形產(chǎn)生模塊、功耗控制模塊、狀態(tài)檢測模塊、通信模塊和揚(yáng)聲器模塊等。通信模塊接收到主設(shè)備發(fā)送的報警命令后，主控單元根據(jù)報警事件，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖群波形，經(jīng)過波形驅(qū)動和音頻放大后，驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生符合要求的報警聲音。測試結(jié)果表明，該裝置產(chǎn)生的聽覺報警信號符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，實現(xiàn)了醫(yī)用電氣設(shè)備報警聲音的標(biāo)準(zhǔn)化，使醫(yī)用器械工作更為安全可靠。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用電氣設(shè)備,聽覺報警系統(tǒng),脈沖群

隨著國內(nèi)醫(yī)療器械行業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系也逐步完善，如國家標(biāo)準(zhǔn) GB9706.1- 2020 規(guī)定了醫(yī)用電氣設(shè)備和醫(yī)用電氣系統(tǒng)的基本安全和基本性能的通用要求 ^[1]，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YY0709-2009 規(guī)定了醫(yī)用電氣設(shè)備和醫(yī)用電氣系統(tǒng)中報警系統(tǒng)和報警信 號的要求 ^[2]，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YY0574.2-2005 和 YY0574.1- 2005 分別規(guī)定了麻醉和呼吸護(hù)理報警信號中視覺報警信號和聽覺報警信號的具體要求。

醫(yī)療電氣設(shè)備中的報警系統(tǒng)包括聽覺報警和視覺報警，可以及時地提醒設(shè)備操作者，醫(yī)療器械的使用狀況以及患者的病情可能出現(xiàn)的危險，或者警告相關(guān)設(shè)備的使用人員，操作可能存在的危險等。因此，報警系統(tǒng)的設(shè)計及完善對于保證醫(yī)療器械的安全使用具有重要意義。國內(nèi)目前采用的 YY0709-2009 標(biāo)準(zhǔn)等同采用 IEC60601-1-8:2003 國際標(biāo)準(zhǔn) ^[5]。具有聽覺報警信號的報警系統(tǒng)可以利用不同的技術(shù)方式產(chǎn)生，如語言合成方式產(chǎn)生的聽覺報警信號和錄音方式產(chǎn)生的聽覺報警信號等，但這類方案產(chǎn)生的報警聲音普遍存在信號質(zhì)量差等問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

本文根據(jù) GB9706.1-2020 和 YY0709-2009 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了一種通用的醫(yī)用電氣設(shè)備聽覺報警系統(tǒng)及裝置，利用該裝置可以產(chǎn)生滿足醫(yī)用電氣設(shè)備要求的聽覺報警信號，便于醫(yī)護(hù)人員正確識別設(shè)備的報警狀態(tài)。本文設(shè)計的醫(yī)用電氣設(shè)備報警系統(tǒng)及裝置具有以下優(yōu)點：1. 可以產(chǎn)生不同報警優(yōu)先級的聽覺報警信號，具有可調(diào)節(jié)的報警音量，聲音信號頻譜質(zhì)量高；2. 可以對報警聲音進(jìn)行檢測，實時監(jiān)測報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)；3. 通過控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，有效降低系統(tǒng)功耗；4. 支持多種通信接口，控制方式簡單可靠。

1 報警系統(tǒng)主要框架設(shè)計

本文設(shè)計的醫(yī)用電氣設(shè)備聽覺報警系統(tǒng)及裝置，包括脈沖群波形產(chǎn)生模塊、功耗控制模塊、狀態(tài)檢測模塊、通信模塊和揚(yáng)聲器模塊等，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

波形產(chǎn)生模塊，被配置為用于產(chǎn)生報警聲音信號需要的脈沖群波形，包括脈沖群波形產(chǎn)生、波形驅(qū)動電路和音頻放大電路。報警系統(tǒng)接收到主設(shè)備發(fā)送的報警事件后，主控單元根據(jù)報警優(yōu)先級和音量大小，產(chǎn)生相應(yīng)幅度和頻率的脈沖群信號；脈沖群信號經(jīng)過波形驅(qū)動電路和音頻放大電路后，增強(qiáng)報警系統(tǒng)的驅(qū)動能力和負(fù)載能力，驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生報警聲音；音頻放大電路，由音頻放大器及其外圍電路組成，通過改變音頻放大器的反饋電阻，可以改變脈沖群信號的幅度，從而調(diào)整報警聲音的音量，同時通過調(diào)整反饋電容，可以防止報警音量過高導(dǎo)致聲音信號產(chǎn)生過沖。

狀態(tài)檢測模塊，被配置為可以實時監(jiān)測報警聲音以及報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)；報警系統(tǒng)工作時，信號采集電路對揚(yáng)聲器產(chǎn)生的報警聲音信號進(jìn)行實時采集，由系統(tǒng)主控單元對報警音信號進(jìn)行分析，若采集到的報警聲音信號存在異常，報警系統(tǒng)將向主設(shè)備發(fā)送報警系統(tǒng)工作異常的命令，同時復(fù)位報警系統(tǒng)。

功耗控制模塊，被配置為用于降低報警系統(tǒng)功耗；主控單元產(chǎn)生用于功耗控制的脈沖信號，經(jīng)過脈沖驅(qū)動后，控制音頻放大電路的工作狀態(tài)，報警系統(tǒng)不產(chǎn)生報警聲音信號時，通過關(guān)閉音頻放大電路，降低系統(tǒng)功耗。

通信模塊，被配置為用于接收主設(shè)備發(fā)送的報警啟動或停止信號，以及報警信號的優(yōu)先級和音量大?。煌瑫r，主設(shè)備正常工作時，報警系統(tǒng)定時向主設(shè)備發(fā)送工作狀態(tài)命令。

揚(yáng)聲器模塊，被配置為用于將主控單元產(chǎn)生的脈沖群波形轉(zhuǎn)化為醫(yī)用電氣設(shè)備報警時需要的報警聲音信號。

2 報警系統(tǒng)工作流程

波形產(chǎn)生模塊是由主控單元產(chǎn)生脈沖群波形，經(jīng)過波形驅(qū)動和音頻放大，驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生報警聲音；狀態(tài)檢測模塊是通過采集報警信號后，由主控單元的報警信號分析電路對聲音信號進(jìn)行；功耗控制模塊是通過主控單元產(chǎn)生用于功耗控制的脈沖信號，經(jīng)過脈沖驅(qū)動后，控制音頻放大電路；通信模塊主要完成報警系統(tǒng)與主設(shè)備之間的通信功能；揚(yáng)聲器模塊是將脈沖群波形轉(zhuǎn)化為報警聲音信號。下面結(jié)合圖 2 對上述系統(tǒng)及裝置的工作流程進(jìn)一步說明。

圖2 報警系統(tǒng)工作流程圖

如圖 2 所示，上述系統(tǒng)及裝置的設(shè)計方法，包括以下步驟。

步驟 1：報警系統(tǒng)接入主設(shè)備。

步驟 2：報警系統(tǒng)接收主設(shè)備發(fā)送的命令。

步驟 3：報警系統(tǒng)根據(jù)接收的命令判斷主設(shè)備是否存在報警事件。

步驟 4：如果主設(shè)備存在報警事件，主控單元產(chǎn)生低電平功耗控制信號，驅(qū)動音頻放大電路工作。

步驟 5：根據(jù)報警事件的優(yōu)先級，主控單元產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖群波形，驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生報警聲音。

步驟 6：信號采集電路對報警聲音信號進(jìn)行實時采集。

步驟 7：報警系統(tǒng)判斷報警聲音是否存在異常。

步驟 8：如果報警聲音存在異常，對報警系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

步驟 9：報警系統(tǒng)判斷主設(shè)備是否存在報警暫停事件。

步驟 10：如果主設(shè)備存在報警暫停事件，控制器產(chǎn)生高電平功耗控制信號，關(guān)閉音頻放大電路。

步驟 11：主控單元停止產(chǎn)生脈沖群波形，暫停產(chǎn)生報警聲音。

3 報警系統(tǒng)的測試

利用滿足 JJF1395-2013 規(guī)范的音頻分析儀 ^[6] 和滿 足 IEC60651-2001 中 I 類設(shè)備的聲級計 ^[7] 等對本文設(shè) 計的醫(yī)用電氣設(shè)備報警裝置進(jìn)行測試，結(jié)果如表 1 所示。 測試結(jié)果表明，該裝置符合新的聽覺報警信號下的行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了醫(yī)用電氣設(shè)備報警聲音的標(biāo)準(zhǔn)化，使醫(yī)用 電氣設(shè)備工作更為安全可靠。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種通用的醫(yī)用電氣設(shè)備聽覺報警系統(tǒng)及裝置，可以產(chǎn)生不同報警優(yōu)先級的聽覺報警信號，具有可調(diào)節(jié)的報警音量，聲音信號頻譜質(zhì)量高，同時可以對報警聲音進(jìn)行檢測，實時監(jiān)測報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)，該裝置實現(xiàn)了醫(yī)用電氣設(shè)備報警聲音的標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB9706.1-2020.醫(yī)用電氣設(shè)備第1部分:基本安全和基本性能的通用性能[S].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會,2020.

[2] YY0709-2009.醫(yī)用電氣設(shè)備第1-8部分:安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn):通用要求醫(yī)用電氣設(shè)備和醫(yī)用電氣系統(tǒng)中報警系統(tǒng)的測試和 指南[S]. 北京:國家食品藥品監(jiān)督管理局,2009.

[3] YY0574.1-2005.麻醉和呼吸護(hù)理報警信號第1部分:視覺報警信號[S]. 北京:國家食品藥品監(jiān)督管理局,2005.

[4] YY0574.2-2005.麻醉和呼吸護(hù)理報警信號第2部分:聽覺報警信號 [S]. 北京:國家食品藥品監(jiān)督管理局,2005.

[5]IEC 60601-1-8:2006. Medical electrical equipment, part 1-8: General requirements for basic safety and essential performance. Collateral standard:General requirements, tests and guidance for alarm systems in medical electrical equipment and medical electrical systems[S].

[6] JJF1395-2013.音頻分析儀標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,2013.

[7] IEC60651-2001.Sound level meters[S].

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)