专利名称：生物医学信号的波形生成设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及信号处理技术中的波形生成设备，尤其是涉及一种由测试信号输
出任意信号波形以及由测试步骤输出一系列用于生物医学各种信号的模拟输出的波形生 成设备。
背景技术：
生物医学信号是指信号幅值可随时间变化且含有生物医学相关信息内容的物理 量。生物医学信号波形生成设备用于模拟生物体产生的自然信号以及生成应用所需要的生 物医学波形，为生物医学相关的生产、研究、教学及检测工作中所必需，广泛用于各种计量、 检测单位、生产企业、科研单位、教育机构等单位。 目前国内及国际市场上生产及使用的各种信号波形生成设备的工作原理是波形
数据预存于芯片内并由查表(Lookup Table)来产生模拟信号波形，再经模拟放大/衰减电
路实现信号波形输出。但是，目前的生物医学信号波形生成设备存在如下缺陷 1、由于预存的信号波形数据类型有限并且不能编辑，故该类设备只能够产生正弦
波、方波、三角波以及常用医用信号波形。 2、这些信号波形的输出方式为N选1，即输出波形只能为预存波形数据的其中一 种，而不能根据用户需要实现数个信号波形混合后输出。 3、对于复杂的信号波形如P-QRS-T复合波群，P波幅值与间期、QRS波幅值与间期、
T波幅值与间期、P-R间期、Q-T间期、S-T段等诸多参数无法分别调整。 4、该信号波形生成设备也不能产生混合有噪声、直流偏移、交流干扰、突发脉冲等
的复合信号波形，更无法由用户任意编辑混合信号的参数。 用户在使用信号波形生成设备的过程中往往需要改变信号混合的种类和参数，并 且在多种设置中常常需要多次选择不同信号类型和参数，目前市场上各类信号波形生成设 备均无法满足用户实时选择预设类型和参数的要求。此外，信号波形生成设备输出多种信 号波形需要详细的文字和参数描述以及波形图示，然而目前各种信号波形生成设备均不具 有这种功能。 上述需求在医疗器械研发、生产、检定和标定等应用中普遍存在，在临床剌激实现 方法中具有很大价值，在生物医学的教学和科研中也有广泛应用。以《心电监护仪》行业 标准YY1079-200X为例，信号波形生成设备需要提供几种信号(比如心电信号、直流信号、 脉冲信号、正弦信号等)的混合、十几种异常心电波形、几十种不同信号波形混合参数的随 机变化等。目前国际市场上没有一种信号波形生成设备能够满足这些要求，以FlukePS410 为例，其波形参数为出厂预设并用代码表示，例如代码01为1.0mV心电图，06为80BPM， 等等；用户不能根据自己需要改变参数(如设为0. 75mV心电、75BPM等)，不能分别改变 P-QRS-T波群的参数；用户也无法根据面板显示的提示信息直接获取预设的参数，而是需 要借助说明书查出相应参数的代码；同时，用户无法预览所需要的波形，这在用户评价复合 信号输出时尤为重要。
发明内容本实用新型提出一种生物医学信号的波形生成设备，通过提供用户选择和定义测
试信号和测试方案来达到编辑输出波形，以解决目前波形生成设备仅具有有限类型的信号 波形输出而无法满足实际复杂多变需求的技术问题。 为解决本实用新型的技术问题，本实用新型公开一种生物医学信号的波形生成设
备，其包括运算模块、存储模块、显示模块、实现输出任意信号波形的波形生成控制模块，该
波形生成控制模块包括 测试信号生成模块，通过建立基本信号源库，提供用户从基本信号源库选择基本
信号类型，并提供对基本信号进行参数和描述编辑，生成用于信号输出的信号表达并可预
存至测试信号源库的测试信号，或提供用户从测试信号源库选择预存的测试信号； 测试方案生成模块，通过建立测试信号源库，提供用户从测试信号源库选择测试
信号，并提供将选择的测试信号添加到特定的测试步骤及对该测试步骤进行描述编辑，由
一个或多个逻辑组合的测试步骤生成用于多步骤信号输出并可预存至测试方案库的测试
方案，或提供用户从测试方案库选择预存的测试方案； 信号波形输出模块，将测试信号或测试步骤经过数字运算得到波形幅值数据，将 波形幅值数据经过数模转换输出波形，并同步输出波形显示或文字描述。 其中，所述测试信号生成模块包括基本信号源库；提供对基本信号进行参数和 描述的编辑的测试信号编辑器；根据用户选定的基本信号的类型、参数和描述形成用于信 号输出的信号表达的测试信号形成单元。 其中，所述测试信号编辑器包括基本信号类型选择界面；提供用户对选择的基 本信号的参数值进行调整的参数选择界面；提供用户对选择的基本信号的描述进行编辑的 信号描述编辑界面。 其中，所述测试方案生成模块包括测试信号源库；提供测试步骤选择和描述编 辑的测试步骤编辑器；由一个或多个测试步骤的逻辑组合，按照测试过程中信号波形输出 的时序要求调整各测试步骤的顺序，生成用于多步骤信号输出并可预存至测试方案库的测 试方案的测试方案形成单元。 其中，所述测试步骤编辑器包括提供用户从测试信号源库中选择测试信号的测 试信号列举界面；提供对用户选择的测试信号添加到特定的测试步骤的测试步骤选择界 面；提供用户对测试步骤的描述进行编辑的测试步骤描述编辑界面。 其中，所述信号波形输出模块包括波形数据形成单元；数据缓存单元；数字模拟 转换单元；信号波形显示单元；信号描述显示单元；测试步骤切换单元。 其中，所述波形图示以静止方式或与测试时序同步模拟输出并通过显示模块显 示。 其中，所述基本信号包括函数信号和记录信号；其中，函数信号为数学关系式表 达；记录信号为波形的幅值已被预先记录的并可由用户编辑其增益系数的一组数据；且函 数信号和记录信号均需要在形成测试信号或测试步骤之后由信号波形输出模块数字运算 得到输出幅值数据。 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果[0023] 1、本实用新型给用户提供灵活选择多种信号的类型和参数，以及预先灵活设置测 试方案中可控测试步骤的顺序和各个测试步骤使用测试信息的类型和参数，从而使波形生 成设备可以根据用户的设置输出波形图像和对应的描述信息。由于用户可以根据实际需要 任意设置和选择生成测试信号和生成测试方案的各种参数和描述，从而使本实用新型的波 形生成设备可以根据用户需要输出任意的波形信号。 2、根据用户设置生成的测试信号和测试方案均可以文件形式保存，使用时载入即 可使用，使得用户避免每次更改信号源输出时对信号类型和参数的重新设定，同时测试信 号描述为用户提供详细的信号描述和注释，从而方便了用户。 3、本实用新型提供用户根据应用需要设置复合测试信号，可预先灵活设置多个简 单信号并将多个简单信号以逻辑运算方式相联系，使得用户可以轻易获得任意复杂多变的 信号波形输出，从而使本实用新型的波形生成设备的能够更好的满足用户的实际需要。 4、本实用新型提供信号波形显示可方便用户预览或同步观察当前测试信号或测
试步骤所输出的信号波形，且提供的信号描述显示更加方便用户了解当前测试信号或测 试步骤地来源、用途、应用说明等描述，且测试信号和测试方案可以文件形式创建、编辑、储 存、删除、上传、分享、下载，大大提高了本装置的应用范围和灵活性。
图1是本实用新型的结构示意图； 图2是图1中测试信号生成模块的工作流程示意图； 图3是图1中测试方案生成模块的工作流程示意图； 图4是图1中信号波形输出模块的工作流程示意图。
具体实施方式为便于描述与理解，先对本案涉及的术语作如下描述 基本信号(Basic Signal):即信号类型(Signal Type)，指预设的并且参数可编辑 的数字信号(digital signal)，包括函数信号(Function Signal)和记录信号(Recording Signal)。其中，函数信号用数学关系式表达；记录信号为波形的幅值已被预先记录的并可 由用户编辑其增益系数的一组数据。函数信号和记录信号均需要在形成测试信号或测试步 骤之后由数字运算得到输出幅值(Output Amplitude)数据。多个函数信号构成函数信号源 (FunctionSignal Source);多个i己录f言号丰勾成i己录f言号源(Recording Signal Source); 函数信号源和记录信号源构成基本信号源库(Basic Signal Source Library)。 测试信号(Testing Signal):又称配置信号(Preset Signal)，指已确定信号类型 (如正弦、脉冲、心电波形、脑电波形、复合信号波形如心电+正弦等)、参数(如幅值、频率、 周期等)、以及描述(任何文字注释，如信号波形的来源和用途等)，并可用于信号波形输出 的信号表达。多个测试信号构成测试信号源库(Testing Signal Source Library)。 简单测试信号(Simple Testing Signal):由单一基本信号构成的测试信号。 复合测试信号(Complex Testing Signal):由多个基本信号构成的测试信号。 测试步骤(Testing St印)选定测试信号和文字描述的并且信号波形输出时间可 控的操作项(Operation Item)。[0037] 测试方案(Testing Solution):即测试项目(Testing Project)，指具有一定排列 顺序、用户可控制步骤的、输出不同测试信号的、一系列测试步骤的组合。多个测试方案构 成测试方案库(Testing Solution Library)。 信号定义数据结构(Signal Definition Data Structure):已确定信号类型和参 数的多个数值之间存在固定关系的数据元素的集合。 方案定义数据结构(Solution Definition Data Structure):已确定测试步骤的 多个数值之间存在固定关系的数据元素的集合。 本实用新型提出一种由预设测试信号定义和测试方案定义来确定任意生物医学 信号波形输出的方法及设备，不仅能够提供常用的标准信号波形如正弦波、脉冲波、三角 波、以及各种记录信号等，而且能提供生物医学领域常用和不常用的复合信号波形，以及多 步骤的多种类型和参数的信号波形输出；用户不仅能通过界面选择信号类型、设置或编辑 信号参数(如幅值频率等)、设置或编辑测试信号以及测试步骤、设置或编辑测试方案等操 作，还可以储存和分享测试信号以及测试方案，来方便和高效率地完成多种复杂的信号波 形输出目的。 如图1所示，本实用新型公开的生物医学信号的波形生成设备是一种基于嵌入式 操作系统的设备，其包括采用高性能的运算模块1 ;包括大容积随机存储器(RAM)和大容 积固态硬盘(Solid State Disk)的存储模块2;具有高分辨图形显示、且提供触摸屏操作 界面的显示模块3提供基础的人机互动界面；以及由运算模块1控制、由存储模块2和显 示模块3提供支持实现可以由测试信号来输出任意设计的信号波形，也可以由测试方案中 基于测试信号的测试步骤来产生一系列任意设计的信号波形的波形生成控制模块4，该波 形生成控制模块4包括测试信号生成模块41、测试方案生成模块42和信号波形输出模块 43。 测试信号生成模块41用于建立并保存指定信号类型的参数和描述，其中，信 号类型既可以是用数学关系式表达并由运算得到波形数据的函数信号，例如正弦信 号、脉冲信号、方波信号、锯齿波信号、人造心电信号(artificial ECG)、人造母胎心电 (artificialmaternal/fetal ECG)信号、人造脑电(artificial EEG)信号、模拟动作电位 (action potential)信号、人造呼吸波(artificial respiration wave)信号、人造诱发 电位(artificial evokedpotential)信号等等；也可以是某一个波形的幅值和样本率已 被预先记录的一组数据的记录信号，例如ECG记录、EEG记录、EGG记录、ERG记录、VEP记录 等等。以人造心电信号为例，其QRS波和P波分别用三角波函数和半周正弦波函数来定义 (详细定义见《心电监护仪》行业标准YY1079-200X)。 测试信号生成模块41包括基本信号源库411 ;提供对基本信号进行参数和描述 的编辑或调整的测试信号编辑器412 ;生成测试信号并将测试信号储存的测试信号形成单 元413。 基本信号源库411包括多个函数信号源和记录信号源，其中，函数信号为数学关 系式表达；记录信号为波形的幅值已被预先记录的并可由用户编辑其增益系数的一组数 据。函数信号和记录信号均需要在形成测试信号或测试步骤之后由信号波形输出模块43 进行数字运算生成输出幅值数据。多个函数信号构成函数信号源；多个记录信号构成记录 信号源；函数信号源和记录信号源构成基本信号库。基本信号源库中的所有基本信号源在选择界面中以列表形式列出，用户可以增删基本信号源库的内容。 该测试信号编辑器412包括基本信号类型选择界面、参数选择界面、信号描述编 辑界面。 结合图2所示，测试信号生成模块41的工作流程如下 步骤S101、用户通过测试信号编辑器412中的基本信号类型选择界面来浏览基本 信号源库411，并可从中选择基本信号类型。 步骤S102、测试信号编辑器412中的参数选择界面提供对用户通过参数选择界面 选中的基本信号的参数(如幅值和频率等)值进行调整的界面，用户通过该参数选择界面 调整编辑选择的基本信号的参数值。 步骤S103、测试信号编辑器412中的信号描述编辑界面提供对用户通过参数选择 界面选中的基本信号的描述进行编辑界面，用户可通过该编辑界面编辑来增删文字(任何 文字注释，如信号波形的来源和用途等)以辅助达到描述关于相应信号的来源和用途等目 的。 用户可以根据实际需要，在步骤S101至步骤S103选择多个基本信号并进行参数 和描述的编辑调整，以形成复合测试信号。 步骤S104、当基本信号的类型、参数和描述确定，测试信号形成单元413形成可用 于信号输出的信号表达即形成为测试信号。将形成为测试信号存储至存储模块2的特定地 址的测试信号源库421 ，或者直接用于波形生成。 由此可知，所述测试信号可以是由单一基本信号构成的简单测试信号，也可以是 由多个基本信号构成的复合测试信号。复合测试信号中多个基本信号之间的关系可以是各 种逻辑关系，比如叠加、乘除、或然、或与然等。例如，一个用于测试抗工频干扰的测试信号 "70BPM 1. OmV QRS波0. 3mV T波人造心电信号叠加10mV 60Hz正弦信号"的复合信号的构 成来自二个基本信号，即人造心电信号和正弦信号；其参数已分别定义，即心率为70BPM， QRS波为1. OmV， T波为0. 3mV，正弦频率为60Hz，幅值为10mV， 二个简单信号相叠加；其描述 可以为"用于测试抗工频干扰的人造心电信号"，当然也可以为零或其它内容。简单测试信 号和复合测试信号的参数和描述均可被编辑并生成新的测试信号。 另外，存在于存储模块2中的测试信号是以测试信号定义数据结构形式保存在 RAM中，或作为文件被储存在可长期保存的硬盘上。储存在硬盘上的测试信号对应的文件可 以被读取和传输，也可以被存入RAM并被用于信号波形输出或被列入测试信号源库中。用 户还可以通过测试信号选择界面或文件部署从测试信号源库421中选择某一个测试信号 来实现给定类型和参数的信号波形输出。 测试方案生成模块42包括测试信号源库421 ;提供测试步骤选择和描述编辑的 测试步骤编辑器422 ;由一个或多个逻辑组合的测试步骤，按照测试过程中信号波形输出 的时序要求调整各测试步骤的顺序，生成用于多步骤信号输出并可预存的测试方案的测试 方案形成单元423。测试步骤编辑器422包括测试信号列举界面、测试步骤选择界面、测试 步骤描述编辑界面。 测试步骤是指选定测试信号和文字注释的、并且信号波形输出时间可控的操作 项。用户通过测试信号列举界面来浏览测试信号源库，并通过测试信号选择界面从列举的 测试信号中选择测试信号，还可通过测试步骤描述编辑界面来增删文字以达到注释关于相应步骤的应用说明等目的。 结合图3所示，测试方案生成模块42的工作流程如下 步骤S201、测试步骤编辑器422中的测试信号列举界面读取测试信号源库421中 的测试信号，测试信号源库421中的所有测试信号在该测试信号列举界面中以列表形式列 出以供用户选择，用户从测试信号源库421中可选择任意测试信号。 步骤S202、测试步骤编辑器422中的测试步骤选择界面提供对用户选择的测试信 号添加到特定的测试步骤之中。 步骤S203、测试步骤编辑器422中的测试步骤描述编辑界面提供用户对测试步骤 进行描述调整编辑。 用户可以根据实际需要，重复步骤S201至步骤S203选择多个测试信号进行编辑 调整，以生成具有多个测试步骤的测试方案。 步骤S204、用户通过确认测试信号及其注释来确定测试步骤；用户通过增删并确
定测试步骤来实现一个测试方案中多个测试步骤，并可调整各测试步骤的顺序来实现测试
过程中信号波形输出的时序要求；最后由测试方案形成单元423生成测试方案。 由此可知，在已有的测试信号基础之上生成测试方案，可以指定顺序、选择测试信
号、并编辑文字注释作为测试步骤，并以测试方案定义数据结构的方式储存和传输测试方
案。用户使用测试方案实现不同信号类型及参数的信号波形输出，通过控制测试步骤来灵
活改变信号波形输出，而不需要中断测试来修改信号类型及参数，以满足复杂测试需要。 另外，储存的测试方案可以被读取和传输，也可以被存入RAM并被用于信号波形
输出，也可以被用于生成另外的测试方案。用户可以通过测试方案选择界面或文件部署从
测试方案库中选择某一个测试方案来实现一系列的信号波形输出。 信号波形输出模块43用于实现信号波形数据的模拟幅值、图形描述、文字描述的 输出，其包括波形数据形成单元431、数据缓存单元432、数字模拟转换单元433、信号波形 显示单元434、信号描述显示单元435和测试步骤切换单元436。 信号波形输出模块43是由测试信号或测试步骤决定信号波形输出的内容。结合
图4所示，信号波形输出模块43的工作步骤如下 步骤S300、由测试信号或测试步骤得到参数数据和描述。 步骤S301、由波形数据形成单元431经过数字运算得到输出波形幅值的波形幅值 数据。 步骤S302、将波形幅值数据暂存于数据缓存单元432。 步骤S303、将暂存在数据缓存单元432中的波形幅值数据输出至数字模拟转换单 元433，由数字模拟转换单元433作数模转换处理。 步骤S304、数字模拟转换单元433输出模拟信号至信号波形显示单元434输出波
形图示(waveform illustration)，并通过显示模块3将波形显示给用户。 波形图示可为静止方式或与模拟输出同步方式，静止方式时，当波形图示将信号
波形直接显示在显示模块而不是与模拟输出同步动态的方式将信号波形当前输出显示在
显示模块上。用户能够通过预览静止的波形图示或同步动态观察方式直观了解当前测试信
号或测试步骤所输出的信号波形。 步骤S305、用户可以选择输出波形的同时，或者将数字模拟转换单元433输出模拟信号至信号注释显示单元435，由信号描述显示单元435输出信号的文字描述 (textdescription)。 信号描述显示将对应于测试信号或测试步骤的描述以文字方式显示在文字界面 上。用户能够通过阅读方式了解当前测试信号或测试步骤的来源、用途、应用说明等描述。 另外，在测试方案中，通过步骤S306的测试步骤切换操作，将输出波形数据形成 切换至测试步骤定义的信号类型和参数并生成相对应的波形数据用于数字模拟转换，同时 信号波形显示和描述显示也切换至相对应的内容。 用户可通过相应简单的前后步骤控制界面来完成测试步骤切换，以此来根据预设 信号类型和参数即时改变模拟信号波形输出而不需要中断测试以重新设定输出波形的信 号类型和参数，同时可以通过信号波形显示来显示切换后的实际输出波形，或者通过文字 描述显示来显示切换后的测试步骤描述。
权利要求一种生物医学信号的波形生成设备，其包括运算模块、存储模块和显示模块，特征在于，还包括由运算模块控制、且由运算模块、存储模块、和显示模块提供支持实现输出任意生物医学信号波形的波形生成控制模块，该波形生成控制模块包括测试信号生成模块，通过建立基本信号源库，提供用户从基本信号源库选择基本信号类型，并提供对基本信号进行参数和描述编辑，生成用于信号输出的信号表达并可预存至测试信号源库的测试信号，或提供用户从测试信号源库选择预存的测试信号；测试方案生成模块，通过建立测试信号源库，提供用户从测试信号源库选择测试信号，并提供将选择的测试信号添加到指定的测试步骤及对该测试步骤进行描述编辑，由一个或多个测试步骤的逻辑组合生成用于多步骤信号输出并可预存至测试方案库的测试方案，或提供用户从测试方案库选择预存的测试方案；信号波形输出模块，将测试信号或测试步骤经过数字运算得到波形幅值数据，将波形幅值数据经过数模转换输出波形，并同步输出波形显示或文字描述。
2. 根据权利要求1所述生物医学信号的波形生成设备，其特征在于，所述测试信号生 成模块包括基本信号源库；提供对基本信号进行参数和描述的编辑的测试信号编辑器； 根据用户选定的基本信号的类型、参数和描述形成用于信号输出的信号表达的测试信号形 成单元。
3. 根据权利要求1所述生物医学信号的波形生成设备，其特征在于，所述测试方案生 成模块包括测试信号源库；提供测试步骤选择和描述编辑的测试步骤编辑器；由一个或 多个测试步骤的逻辑组合，按照测试过程中信号波形输出的时序要求调整各测试步骤的顺 序，生成用于多步骤信号输出并可预存至测试方案库的测试方案的测试方案形成单元。
4. 根据权利要求1所述生物医学信号的波形生成设备，其特征在于，所述信号波形输 出模块包括波形数据形成单元；数据缓存单元；数字模拟转换单元；信号波形显示单元； 信号描述显示单元；测试步骤切换单元。
专利摘要本实用新型公开一种生物医学信号的波形生成设备，该波形生成设备包括运算模块、存储模块、显示模块和波形生成控制模块，该波形生成控制模块包括提供用户选择基本信号类型并进行参数及描述的调整，生成测试信号的测试信号生成模块；提供用户选择测试信号并调整测试步骤时序及描述，生成测试方案的测试方案生成模块；将测试信号或测试方案经过数字运算得到波形幅值数据和描述信息，将波形幅值数据经过数模转换输出波形图示并同步输出波形显示或描述显示的信号波形输出模块。本实用新型的波形生成设备可以根据用户需要输出任意的生物医学波形信号，以能够满足用户更广泛的需要。
文档编号H03K3/02GK201510277SQ20092013194
公开日2010年6月23日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者曹阳 申请人:深圳迪美泰数字医学技术有限公司