揭开医用警报的神秘面纱 — 第2部分

作者：德州仪器

在之前的文章中，我们介绍了医用警报及其合规要求。现在，我们来了解下医用警报系统的设计方法和当前的实现方案。

图1显示了多参数患者监护仪的简要方框图。红框是输出用户界面，它可以分别驱动显示器和扬声器发出可视警报和音频警报。该子系统在大多数医疗设备中都很常见。根据终端设备的具体要求和预期的故障条件，设计人员会使用不同的技术来生成适当的警报音调。在本文中，我们将论述最为常见的设计方法和实现方案。


图1：多参数患者监护仪的简要方框图

图2显示了实现医疗设备警报的方框图。医疗设备设计的一个主要要求是需要不受单一故障的影响。医疗设备的“单一故障状态”指存在单个独立的异常情况。在单一故障状态下，医疗设备必须保证基本的安全（以免受物理危害）、提供最基本的功能，这称为“基本性能”。对于大多数治疗和所有紧急护理医疗设备而言，警报是基本性能的一部分。因此，警报功能需要不受单一故障的影响。

下面列出了医用警报的单一故障状态，包括：
1.        警报的主驱动源出现故障，如微控制器(MCU)。
2.        由市电供电的设备出现电源故障。
3.        由电池供电或使用备用电池的设备出现电池放电或其他故障。
4.        可闻或可视警报主电路出现故障。

在对故障响应时间要求不太高的医疗设备中，可闻和可视警报可作为冗余报警功能相互补充。但在呼吸机等紧急护理设备中，对故障响应时间的要求非常严格。


图2：医疗设备警报系统的可能实现方式

从图2中可以看到，警报子系统通过设置两组可视和可闻警报，实现了冗余功能。使用重合电路可检测主报警功能是否出现故障。重合电路则通常将麦克风靠近扬声器放置，用来监听声级。当麦克风接收到的声音与电路产生的声音不同时，便会显示错误信息。TI的警报音调发生器参考设计采用了示例中的重合电路。

现在有多种方式可以实现报警功能，例如使用MCU、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)、集成蜂鸣器、音频编解码器或分立式运算放大器和胶合逻辑。所有这些技术都各有利弊。表1从不同终端设备的可配置性、可用性、成本、物料清单和适用性方面对不同的实现方法进行了比较。

表1：医用警报实现技术比较


实现医用警报的一个方法是使用DAC53701这样的10位智能数模转换器(DAC)，它支持使用预编程波形生成医用警报。此DAC可用于生成可闻和可视警报，并支持脉冲频率、脉冲包络和脉冲群时序配置。