基于LabVIEW的呼吸機(jī)測試

引 言

隨著測試技術(shù)和總線技術(shù)的發(fā)展，以虛擬儀器為標(biāo)志的自動(dòng)測試系統(tǒng)開始出現(xiàn)。所謂虛擬儀器就是在以計(jì)算機(jī)和總線系統(tǒng)設(shè)備為硬件平臺的基礎(chǔ)上，由軟件來 實(shí)現(xiàn)原來需要用硬件來完成的功能，使用者只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)的虛擬面板來操作，即可實(shí)現(xiàn)對被測對象測試的自動(dòng)測試系統(tǒng)，因此，在測試領(lǐng)域有“軟件即是儀 器”的說法。

呼吸機(jī)是當(dāng)前大型醫(yī)院必備的搶救設(shè)備，是延長病人生命為進(jìn)一步治療爭取寶貴時(shí)間的重要工具。適用于出現(xiàn)下面情況的病人：1.嚴(yán)重通氣不良；2.嚴(yán)重 換氣障礙；3.神經(jīng)肌肉麻痹；4.心臟手術(shù)后；5.顱內(nèi)壓增高；6.新生兒破傷風(fēng)使用大劑量鎮(zhèn)靜劑需呼吸支持時(shí)；7.窒息、心肺復(fù)蘇；8.任何原因的呼吸 停止或?qū)⒁Ｖ埂Ｋㄟ^機(jī)械裝置根據(jù)不同的治療目的，為呼吸功能不全的危重病人提供呼吸支持[1]。隨著電子和機(jī)械技術(shù)水平的不斷提高，呼吸機(jī)的性能日臻 完善，其適用范圍也日益擴(kuò)大和普及。

目前，國內(nèi)呼吸機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均落后于國外。為了改善推進(jìn)我國呼吸機(jī)研究，首先需要建立一套呼吸機(jī)的測試平臺。為此基于Labview構(gòu)建呼吸機(jī)測試虛擬儀器。本文介紹一種基于LabVIEW的呼吸機(jī)測試虛擬儀器實(shí)現(xiàn)方法。

圖形化語言

是美國NI（National Instrument Company）公司推出的一種基于G語言（Graphics Language）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。

一個(gè)LABVIEW程序分為3部分：前面板、框圖程序、圖標(biāo)/接線端口。前面板用于構(gòu)建儀器的操作顯示界面；框圖程序則是利用圖形語言對前面板上的 控件對象（分為控制量和指示量兩種）進(jìn)行控制；圖標(biāo)/接線端口用于把LABVIEW程序定義成一個(gè)子程序，從而實(shí)現(xiàn)模塊化編程。利用LABVIEW設(shè)計(jì)者 可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)虛擬儀器前面板。

呼吸機(jī)測試虛擬儀器實(shí)現(xiàn)方法

整個(gè)測試儀器由下列設(shè)備組成：PC機(jī)，采集卡，由三個(gè)壓力傳感器和兩個(gè)流速傳感器組成的氣路。

圖1 呼吸機(jī)測試虛擬儀器框架圖

在測試時(shí)，需要外接模擬肺。測試系統(tǒng)采用NI的數(shù)據(jù)采集卡PCI-6221，它擁有16路16位的A/D通道，總采樣速度可高達(dá)250KHz，針對 呼吸機(jī)，在數(shù)據(jù)采集時(shí)，虛擬儀器采樣頻率為1KHz；壓力傳感器采用森創(chuàng)30 INCH-D-4V型低壓傳感器，具有自校正，零點(diǎn)補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，線形度為0.05%，分辨率為3/40inH2O；流速傳感器采用TSI Model 84020×型高精度流速傳感器，具有溫度補(bǔ)償，準(zhǔn)確度為±2.5%讀數(shù)±0.1Lpm，響應(yīng)速度<5ms。圖1是虛擬儀器的框架結(jié)構(gòu)圖。

呼吸機(jī)測試主要針對四大參數(shù)：、壓力、流量、時(shí)間（含呼吸頻率、吸呼比）。其余重要參數(shù)胸肺順應(yīng)性、氣道阻力、潮氣量等可通過計(jì)算估計(jì)。測試過程中 要涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，LABVIEW作為圖形化語言在軟件設(shè)計(jì)中有一定的困難。這可以通過與C語言或MATLAB混合編程來實(shí)現(xiàn)。不過MABTLAB是 一種腳本語言，其運(yùn)行速度受到很大的限制，因此，在虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)中采用以LABVIEW為主，LABVIEW和C語言混合編程的方法。

和C混合編程利用CIN節(jié)點(diǎn)。CIN是一個(gè)位于LABVIEW框圖程序窗口的帶有輸入輸出端口的圖標(biāo)。用戶可將需調(diào)用的外部代碼編譯成 LABVIEW所能識別的格式后與此結(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)此結(jié)點(diǎn)執(zhí)行時(shí)，LABVIEW將自動(dòng)調(diào)用與此結(jié)點(diǎn)相連的外部代碼，并向CIN傳遞特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用 CIN技術(shù)，用戶可向CIN傳遞任意復(fù)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用CIN可獲得較高的程序效率。具體使用方法見參考文獻(xiàn)[2][3]。LABVIEW中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 格式遵循了C語言中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式， 二者完全相同。LABVIEW通過調(diào)用C語言來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，大大簡化了程序的復(fù)雜度，同時(shí)加快了程序的執(zhí)行時(shí)間。圖2所示是LABVIEW直接 編程和LABVIEW調(diào)用CIN節(jié)點(diǎn)編程的程序復(fù)雜度與編程效率，執(zhí)行速度的示意圖。圖3是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程。