基于LabVIEW的呼吸機測試

引 言

隨著測試技術和總線技術的發展，以虛擬儀器為標志的自動測試系統開始出現。所謂虛擬儀器就是在以計算機和總線系統設備為硬件平臺的基礎上，由軟件來 實現原來需要用硬件來完成的功能，使用者只需用鼠標點擊計算機的虛擬面板來操作，即可實現對被測對象測試的自動測試系統，因此，在測試領域有“軟件即是儀 器”的說法。

呼吸機是當前大型醫院必備的搶救設備，是延長病人生命為進一步治療爭取寶貴時間的重要工具。適用于出現下面情況的病人：1.嚴重通氣不良；2.嚴重 換氣障礙；3.神經肌肉麻痹；4.心臟手術后；5.顱內壓增高；6.新生兒破傷風使用大劑量鎮靜劑需呼吸支持時；7.窒息、心肺復蘇；8.任何原因的呼吸 停止或將要停止。它通過機械裝置根據不同的治療目的，為呼吸功能不全的危重病人提供呼吸支持[1]。隨著電子和機械技術水平的不斷提高，呼吸機的性能日臻 完善，其適用范圍也日益擴大和普及。

目前，國內呼吸機的各項性能指標均落后于國外。為了改善推進我國呼吸機研究，首先需要建立一套呼吸機的測試平臺。為此基于Labview構建呼吸機測試虛擬儀器。本文介紹一種基于LabVIEW的呼吸機測試虛擬儀器實現方法。

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工具。是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發集成環境。

一個LABVIEW程序分為3部分：前面板、框圖程序、圖標/接線端口。前面板用于構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）進行控制；圖標/接線端口用于把LABVIEW程序定義成一個子程序，從而實現模塊化編程。利用LABVIEW設計者 可以像搭積木一樣，輕松組建一個虛擬儀器前面板。

呼吸機測試虛擬儀器實現方法

整個測試儀器由下列設備組成：PC機，采集卡，由三個壓力傳感器和兩個流速傳感器組成的氣路。

圖1 呼吸機測試虛擬儀器框架圖

在測試時，需要外接模擬肺。測試系統采用NI的數據采集卡PCI-6221，它擁有16路16位的A/D通道，總采樣速度可高達250KHz，針對 呼吸機，在數據采集時，虛擬儀器采樣頻率為1KHz；壓力傳感器采用森創30 INCH-D-4V型低壓傳感器，具有自校正，零點補償和溫度補償，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，具有溫度補償，準確度為±2.5%讀數±0.1Lpm，響應速度<5ms。圖1是虛擬儀器的框架結構圖。

呼吸機測試主要針對四大參數：、壓力、流量、時間（含呼吸頻率、吸呼比）。其余重要參數胸肺順應性、氣道阻力、潮氣量等可通過計算估計。測試過程中 要涉及復雜的數學運算，LABVIEW作為圖形化語言在軟件設計中有一定的困難。這可以通過與C語言或MATLAB混合編程來實現。不過MABTLAB是 一種腳本語言，其運行速度受到很大的限制，因此，在虛擬儀器軟件設計中采用以LABVIEW為主，LABVIEW和C語言混合編程的方法。

和C混合編程利用CIN節點。CIN是一個位于LABVIEW框圖程序窗口的帶有輸入輸出端口的圖標。用戶可將需調用的外部代碼編譯成 LABVIEW所能識別的格式后與此結點相連，當此結點執行時，LABVIEW將自動調用與此結點相連的外部代碼，并向CIN傳遞特定數據結構。使用 CIN技術，用戶可向CIN傳遞任意復合的數據結構，使用CIN可獲得較高的程序效率。具體使用方法見參考文獻[2][3]。LABVIEW中數據的存儲 格式遵循了C語言中數據的存儲格式， 二者完全相同。LABVIEW通過調用C語言來實現數據的處理和分析，大大簡化了程序的復雜度，同時加快了程序的執行時間。圖2所示是LABVIEW直接 編程和LABVIEW調用CIN節點編程的程序復雜度與編程效率，執行速度的示意圖。圖3是整個系統軟件設計流程。