一種醫用電氣設備聽(tīng)覺(jué)報警系統及裝置的設計

摘要：本文設計了一種醫用電氣設備聽(tīng)覺(jué)報警系統及裝置，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、通信模塊和揚聲器模塊等。通信模塊接收到主設備發(fā)送的報警命令后，主控單元根據報警事件，產(chǎn)生相應的脈沖群波形，經(jīng)過(guò)波形驅動(dòng)和音頻放大后，驅動(dòng)揚聲器產(chǎn)生符合要求的報警聲音。測試結果表明，該裝置產(chǎn)生的聽(tīng)覺(jué)報警信號符合行業(yè)標準的要求，實(shí)現了醫用電氣設備報警聲音的標準化，使醫用器械工作更為安全可靠。

關(guān)鍵詞：醫用電氣設備,聽(tīng)覺(jué)報警系統,脈沖群

隨著(zhù)國內醫療器械行業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)的國家標準和行業(yè)標準體系也逐步完善，如國家標準 GB9706.1- 2020 規定了醫用電氣設備和醫用電氣系統的基本安全和基本性能的通用要求 ^[1]，行業(yè)標準 YY0709-2009 規定了醫用電氣設備和醫用電氣系統中報警系統和報警信 號的要求 ^[2]，行業(yè)標準 YY0574.2-2005 和 YY0574.1- 2005 分別規定了麻醉和呼吸護理報警信號中視覺(jué)報警信號和聽(tīng)覺(jué)報警信號的具體要求。

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

本文根據 GB9706.1-2020 和 YY0709-2009 行業(yè)標準設計了一種通用的醫用電氣設備聽(tīng)覺(jué)報警系統及裝置，利用該裝置可以產(chǎn)生滿(mǎn)足醫用電氣設備要求的聽(tīng)覺(jué)報警信號，便于醫護人員正確識別設備的報警狀態(tài)。本文設計的醫用電氣設備報警系統及裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 可以產(chǎn)生不同報警優(yōu)先級的聽(tīng)覺(jué)報警信號，具有可調節的報警音量，聲音信號頻譜質(zhì)量高；2. 可以對報警聲音進(jìn)行檢測，實(shí)時(shí)監測報警系統的工作狀態(tài)；3. 通過(guò)控制系統工作狀態(tài)，有效降低系統功耗；4. 支持多種通信接口，控制方式簡(jiǎn)單可靠。

1 報警系統主要框架設計

本文設計的醫用電氣設備聽(tīng)覺(jué)報警系統及裝置，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、通信模塊和揚聲器模塊等，具體結構框圖如圖 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、波形驅動(dòng)電路和音頻放大電路。報警系統接收到主設備發(fā)送的報警事件后，主控單元根據報警優(yōu)先級和音量大小，產(chǎn)生相應幅度和頻率的脈沖群信號；脈沖群信號經(jīng)過(guò)波形驅動(dòng)電路和音頻放大電路后，增強報警系統的驅動(dòng)能力和負載能力，驅動(dòng)揚聲器產(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(guò)改變音頻放大器的反饋電阻，可以改變脈沖群信號的幅度，從而調整報警聲音的音量，同時(shí)通過(guò)調整反饋電容，可以防止報警音量過(guò)高導致聲音信號產(chǎn)生過(guò)沖。

狀態(tài)檢測模塊，被配置為可以實(shí)時(shí)監測報警聲音以及報警系統的工作狀態(tài)；報警系統工作時(shí)，信號采集電路對揚聲器產(chǎn)生的報警聲音信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，由系統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，報警系統將向主設備發(fā)送報警系統工作異常的命令，同時(shí)復位報警系統。

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

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

揚聲器模塊，被配置為用于將主控單元產(chǎn)生的脈沖群波形轉化為醫用電氣設備報警時(shí)需要的報警聲音信號。

2 報警系統工作流程

波形產(chǎn)生模塊是由主控單元產(chǎn)生脈沖群波形，經(jīng)過(guò)波形驅動(dòng)和音頻放大，驅動(dòng)揚聲器產(chǎn)生報警聲音；狀態(tài)檢測模塊是通過(guò)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(guò)主控單元產(chǎn)生用于功耗控制的脈沖信號，經(jīng)過(guò)脈沖驅動(dòng)后，控制音頻放大電路；通信模塊主要完成報警系統與主設備之間的通信功能；揚聲器模塊是將脈沖群波形轉化為報警聲音信號。下面結合圖 2 對上述系統及裝置的工作流程進(jìn)一步說(shuō)明。

圖2 報警系統工作流程圖

如圖 2 所示，上述系統及裝置的設計方法，包括以下步驟。

步驟 1：報警系統接入主設備。

步驟 2：報警系統接收主設備發(fā)送的命令。

步驟 3：報警系統根據接收的命令判斷主設備是否存在報警事件。

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

步驟 5：根據報警事件的優(yōu)先級，主控單元產(chǎn)生相應的脈沖群波形，驅動(dòng)揚聲器產(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(shí)時(shí)采集。

步驟 7：報警系統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，對報警系統進(jìn)行復位。

步驟 9：報警系統判斷主設備是否存在報警暫停事件。

步驟 10：如果主設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 報警系統的測試

利用滿(mǎn)足 JJF1395-2013 規范的音頻分析儀 ^[6] 和滿(mǎn) 足 IEC60651-2001 中 I 類(lèi)設備的聲級計 ^[7] 等對本文設 計的醫用電氣設備報警裝置進(jìn)行測試，結果如表 1 所示。 測試結果表明，該裝置符合新的聽(tīng)覺(jué)報警信號下的行業(yè) 標準，實(shí)現了醫用電氣設備報警聲音的標準化，使醫用 電氣設備工作更為安全可靠。

4 結語(yǔ)

本文設計了一種通用的醫用電氣設備聽(tīng)覺(jué)報警系統及裝置，可以產(chǎn)生不同報警優(yōu)先級的聽(tīng)覺(jué)報警信號，具有可調節的報警音量，聲音信號頻譜質(zhì)量高，同時(shí)可以對報警聲音進(jìn)行檢測，實(shí)時(shí)監測報警系統的工作狀態(tài)，該裝置實(shí)現了醫用電氣設備報警聲音的標準化。

參考文獻：

[1] GB9706.1-2020.醫用電氣設備第1部分:基本安全和基本性能的通用性能[S].北京:國家標準化管理委員會(huì ),2020.

[2] YY0709-2009.醫用電氣設備第1-8部分:安全通用要求并列標準:通用要求醫用電氣設備和醫用電氣系統中報警系統的測試和 指南[S]. 北京:國家食品藥品監督管理局,2009.

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

[4] YY0574.2-2005.麻醉和呼吸護理報警信號第2部分:聽(tīng)覺(jué)報警信號 [S]. 北京:國家食品藥品監督管理局,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.音頻分析儀標準規范[S].北京:國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局,2013.

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

(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)