生理参数模拟器

生理参数模拟器AECG100, 

概述

AECG100 ECG 主机模块依据移动式心电图机标准测试线路之要求设计，输出讯号wan全符合医疗标准

PPG-1R-525 单信道光学模块可提供 PPG 心率模拟讯号

PPG-2TF-660、PPG-2R-880 及 PPG-2R-940 双信道光学模块可输出红光及红外光模拟讯号，提供 SpO2 血氧饱和度仿真讯号

PWTT 脉搏波传导时间参数可调整，有效验证血压量测算法精确度

可开发被测设备（DUT）的 R 曲线，以提供 SpO2 监测器的软件验证及确认

不同测试项目的测试参数可储存及读取，可排序做整合测试，有效降低人为错误，节省人力支出

可播放原始数据 Raw Data 波形，重现临床录制或是自行编制的波形

AECG 标准辅助软件简化测试步骤，点击鼠标即可完成医疗标准所需测试

提供软件开发工具包（Software Development Kit），用户可自行开发客制或全自动化测试软件

2. 图4 是待测装置 MAXREFDES103 的 PPG Evaluation Kit 控制软件显示画面，这个软件是透过无线蓝芽控制 DUT。中间两组波形分别是 PD 检波红光和红外光后的波形，最下方中间的 SpO2 (%)则是显示测量到的 SpO2 值。最左边的 HR (bpm) 则是显示测量到的心率值，但由于 HR 值是由反射绿光测量，而这个测试只用到红光和红外光，因此所显示的数值没有意义。

图4、待测装置 MAXREFDES103 的 PPG Evaluation Kit 控制软件显示画面

3. 测试之前，先解释脉搏血氧仪是如何测得 SpO2 值：

- SpO2 值是由 R 曲线来算出的，起始时可以使用Webster线性经验校准公式: SpO2 = 110 - 25R，其中的 R 值是定义为 PI(R) / PI(IR)，PI(R) 和 PI(IR) 分别为红光和红外光的灌注指数 (PI, Perfusion Index)。

- PI(R) = AC(R) / DC(R)，PI(IR) = AC(IR) / DC(IR)，AC(R) / AC(IR) 和 DC(R) / DC(IR) 分别为红光 / 红外光光强的 AC 和 DC 成分。

- AC 成分是反应人体动脉血量变化，动脉血量变化较大的人，吸收入射光量的变化也较大，因此反射光强弱的差异也较大，也就是 AC 的变化较大，AC 值较高。

- DC 部分则是反应人体皮肤颜色的变化，皮肤颜色较深的人会吸收较多入射光，因此反射光较弱，也就是 DC 值较低。

4. AECG100 SpO2 的出厂值设置：如图5，首先使用 AECG 100 SpO2 的出厂值设置，R 曲线为 110 – 25R，PI(R) = 2%, AC(R) = 12.5 mV, DC(R) = 625 mV, PI(IR) = 4%, AC(IR) = 25 mV, DC(IR) = 625 mV, 此时SpO2 = 98%。播放这个设置的信号后，先按下左下侧的「Sampling」按键，这个按键功能是显示 AECG 100 PPG 上 PD 检波 DUT LED 的光信号波形。由图5 上的波形可以得知检波出的红外光的强度高于红光的强度，这是说明 DUT LED 发出的红外光强度高于红光强度，这也表明反射光的强度应该对应于发射光强度，因此重新设置 AECG 100 R/IR 的 DC 值，让 IR 的强度大于 R。另外，由这些 AECG 100 的 PD 检测到的待测物 LED 发光的行为，可以分别得知R/IR LED 光强和延迟，光脉冲重复周期，光强是否稳定等信息。这些由 AECG 100 的 PD 检波出的原始信号，可以从另外一个在 PPG 模块右侧的接头输出到示波器上，利用示波器内更高的采样率和分辨率，可以将这些信息分析得更准确。

图5、AECG100 PPG PD 检波出 DUT LED 的红光和红外光的强度

5. 重新设置 AECG100 SpO2 : 如图6 所示，先将 DC(R) 改成 400mV 使红光的强度弱于红外光的强度 DC(IR) = 625mV，然后锁住这两个 DC 值。再将 AC(IR) 设置为 10mV, 此时的 PI(IR) 固定于 5% (10/625 = 0.025), 而 PI(R) = AC(R)/400, 因此改变 AC(R) 的值 PI(R) 就会改变，PI(R) 改变 R 值就会跟着改变，SpO2 也就随着改变。(这样的设置也符合人体实际测试的状况，由于氧合血红蛋白和缺氧血红蛋白对红光的吸光率变化较红外光大，因此反射红光强度变化较大，红外光较小。)

图6、设置 AECG100 SpO2 AC / DC / PI / R / SpO2 参数

6. 由 SpO2 Table 计算出 DUT 的 R 曲线：接下来就是用 AECG 100 改变 R 值的功能来找出 DUT 的 R 曲线，刚开始时原厂设置 R 曲线为 SpO2 = 110 – 25R，但这 R 曲线可能和 DUT 的 R 曲线不一致，因此虽然设置相同的 R 值，但 DUT 测量到的 SpO2 值会和 AECG 100 的 SpO2 设置值不同。要获得符合 DUT 的 R 曲线，可以用 DUT 实际测量到的 SpO2 值和变化的 R 值导出 R 曲线方程式。图6 中间第一行「Use SpO2 Table」就是建立一个 SpO2 和 R 值的表格，然后利用表格内的参数导出方程式得到 DUT 的 R 曲线。

7. 图7 是改变 AECG100 的 R 值来测试 DUT (MAXREFDES103) 的 SpO2 值，以表中第二行的数值为例，AC(R) = 3.6mV, DC(R) = 400mV (此时 PI(R) = 3.6/400 = 0.9%), AC(IR) = 10 mV, DC(IR) = 625 mV (PI(IR) = 10/625 = 1.6%), R 值 = PI(R)/PI(IR) = 0.9%/1.6% = 0.56, DUT 显示的 SpO2 值为 100%, 接下来只改变 AC(R) = 4.2mV 其余参数保持不变，R 值改变为 1.05%/1.6% = 0.66, 此时 DUT 显示的 SpO2 值为 98%，逐渐升高 AC(R) 值，由于 AC(R) 值升高，R 值就会升高，SpO2 值会逐渐下降。因此可获得一串改变的 R 值和 DUT 测得的 SpO2 值，图7 的表格内列出了 7 笔实测数据，SpO2 值从 100% 到 70%，从这 7 笔数据可以算出 R 曲线的一次 / 二次方程式，此方程式因为是 DUT 依据 AECG 100 改变的 R 值实测到的 SpO2 数值，因此可以得出 DUT 的实测 R 曲线。

生理参数模拟器AECG100,