【正文】 使得數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)。自適應(yīng)算法只是計(jì)算新的參數(shù) ,并存儲(chǔ)起來 ,取代原有的值。電容的誤差是 20%或更差。如果用 500 臺(tái)計(jì)算機(jī)去計(jì)算同一個(gè)序列的和 ,則它們會(huì)提供一模一樣的答案。對(duì)于模擬電路來說此類問題是不可克服的。 2穩(wěn)定性好 模擬電路中的電阻、電容、運(yùn)算放大器等器件的特性都會(huì)隨著溫度的改變而改變 。 數(shù)字技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)概述如下 : 可以只設(shè)計(jì)一個(gè)硬件配置 ,然后設(shè)計(jì) 各種軟件來執(zhí)行多種多樣的信號(hào)處 理任務(wù)。通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)展和適當(dāng)?shù)慕忉?，即可推出離散信號(hào)的 Z 變換。最開始的目標(biāo)是在可以接受的時(shí)間內(nèi)對(duì)算法作仿真。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 數(shù)字信號(hào)處理 (Digital Signal Processing)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用 。而 光 頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字血氧探頭的出現(xiàn)，給脈搏血氧儀的研究帶來了新的課題和方向。 世界知名公司如 Masimo、Nelleor、 philips、 Mindray 和 CSI 公司 主要 在血氧探頭 、 信號(hào)處理方面的改進(jìn) 以提高 血氧測(cè)量的性能 。有創(chuàng)法 是對(duì)人體采血后用血?dú)夥治鰞x 進(jìn)行電化學(xué)分析后測(cè)出血氧飽和度值，這種方法需要?jiǎng)用}穿刺或者插管，對(duì)人體有創(chuàng)，而且電化學(xué)分析過程較為復(fù)雜，分析周期長(zhǎng)，費(fèi)用較高且無法進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但這種方法測(cè)出的血氧飽和度值較為準(zhǔn)確，可應(yīng)用于很多需要準(zhǔn)確血氧飽和度數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，如深低溫停循環(huán)手術(shù)、產(chǎn)程中胎兒監(jiān)護(hù)等 。 而在 麻醉中 ,單獨(dú)使用血氧飽和度監(jiān)測(cè)可減少 40%以上的麻醉意外，與 二氧化碳監(jiān)測(cè)儀 合用則可減少約 91%的麻醉意外。 脈搏血氧儀是用于監(jiān)控病人血氧量的醫(yī)療設(shè)備。而功能性氧 飽和 度（ SaO2） 為氧化血紅蛋白（ HbO2）濃度與 HbO2+Hb 濃 度之比。目錄中 各章題序 的阿拉伯?dāng)?shù)字用 Times New Roman 體，第一級(jí) 標(biāo)題用小 4 號(hào) 黑體，其余用小 4 號(hào)宋體。 3 章標(biāo)題 B...........................................................6 節(jié)標(biāo)題 ........................................................6 條標(biāo)題 ...................................................7 結(jié) 論 ............................................................21 致 謝 ............................................................22 參考文獻(xiàn) ............................................................23 附 錄 ............................................................24 附錄 A .............................................................24 目錄按章、節(jié)、條三級(jí)標(biāo)題編寫，要求標(biāo)題層次清晰。并在英文題目下面第一行寫作者 (Author)姓名，作者姓名下面的一行寫指導(dǎo)教師 (Tutor)姓名，作者姓名和指導(dǎo)教師姓名用漢語(yǔ)拼音寫，右對(duì)齊。其次著重介紹無創(chuàng)血氧飽和度的測(cè)量理論基礎(chǔ)朗伯 — 比爾定律及分光度的測(cè)量 。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 基于 MSP430 脈搏血氧儀設(shè)計(jì) 院 別 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 專 業(yè)名稱 生物醫(yī)學(xué)工程 班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生 姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日 第 I 頁(yè) 摘要題目 摘 要 血氧飽和度是判別人體血液中的含氧量，是一個(gè)非常重要的生理指標(biāo)。 本設(shè)計(jì)通過一個(gè)傳感探頭連接手指進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行計(jì)算，最終于計(jì)算機(jī)終端顯示血氧飽和度。 (本段 刪除 ) 英文和漢語(yǔ)拼音一律為 Times New Roman 體，字號(hào)與中文摘要相同，見論文模式樣本。目錄中的標(biāo)題要與正文中標(biāo)題一致。 題目文字與阿拉伯題號(hào)之間加兩個(gè)空格。因此， 監(jiān)護(hù) 中常用 SaO2 來估 計(jì) SpO2 的水平由 于 血液在 含氧量不同的情況下吸光率也不同 ，因此 脈 搏血氧 儀采 用 紅 光和 紅 外光分別照射人 體組織 ， 并 通 過測(cè)量 透射光的 強(qiáng) 度 來計(jì)算 血氧 飽 和度的值。 通過測(cè)量氧氣水平和心率， 該儀器可以在這些量低于預(yù)設(shè)水平時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。 而 對(duì)于 新生兒 來說，大多 數(shù) 處于相對(duì)低氧狀態(tài)， 而且 采血 有一定的 困難，因此無損傷性血氧測(cè)量?jī)x非常有用， 可以 避免對(duì)腦、肺、眼的損害，起到氣道處理及呼吸復(fù)蘇的效果。 無創(chuàng)血氧飽和度測(cè)量是 無創(chuàng)測(cè)量是基于光電檢測(cè)原理，根據(jù)心臟搏動(dòng)引起的人體手指內(nèi)動(dòng)脈血量的周期性變化的特性，動(dòng)脈血液中氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對(duì)紅光 和紅外光的吸收率不同，通過檢測(cè)血液容量波動(dòng)引起的光吸收量的變化，從而計(jì)算動(dòng)脈血液對(duì)紅光和紅外光吸收變化率的比值，然后根據(jù)這個(gè)比值與動(dòng)脈血氧飽和度的關(guān)系，從而求出動(dòng)脈血氧飽和度的 值。 國(guó)內(nèi) Mindray 已經(jīng)成功應(yīng)用了時(shí)頻變換技術(shù)，開發(fā)出了高性能的血氧模 塊。傳統(tǒng)的模擬探頭提供的是模擬信號(hào)，而基于光 頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字探頭提供的是一定頻率占空比為 50%的方波信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理是利用專用處理器件，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。隨后是將波形存儲(chǔ)起來，事后再加以處理。 1965 年，庫(kù)利 (Cooley)和圖基(Tukey)提出了著名的快速付氏變換 (Fast Fourier Transform,FFT)，極大地降低了付氏變換的計(jì)算量，從而為數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理奠定了算法基礎(chǔ)。例如一個(gè)數(shù)字濾波器可以通過重新編程來完成低通、高通、帶通、帶阻等不同的濾波任務(wù) ,而不需要改變硬件。這就意味著一個(gè)模擬電路的性能在不同的溫度時(shí)會(huì)有差別 ,而數(shù)字電路在其保證的工作范圍內(nèi)受溫度變化的影響就要小得多。但對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理器 ,它們所帶來的影響要小得多。但如果將同樣的信號(hào)輸人配置相同的 50O個(gè)模擬系統(tǒng) ,每個(gè) 第 3 頁(yè) 系統(tǒng)的輸出都不會(huì)相同。與此相類似 ,模擬半導(dǎo)體器件也有其技術(shù)規(guī)格的范圍 ,制造過程中的各種條件變化使得器件與器件各不相同。一些基本的自適應(yīng)功能在模擬系統(tǒng)中是可能實(shí)現(xiàn)的 ,但類似于噪聲消除等復(fù)雜的自適應(yīng)變化就非模擬系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)。 DSP 器件就是基于超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的、適合于作數(shù)字信號(hào)處理的高速高位單片計(jì)算機(jī)。人體手指、腳趾或耳垂等部位的組織是由皮膚、血液、肌肉、骨骼等組成的，用一定波長(zhǎng)的光照射這些組織時(shí)，經(jīng)過組織吸收、反射衰減后，由光敏元件探測(cè)到的透射（或反射 )光是在一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的直流分量 (DC)上迭加一個(gè)較小的脈動(dòng)分量 (交流分量 AC)的脈搏波。含氧血液是 鮮明的紅色， 而脫氧的血有一個(gè)特點(diǎn) 是 深藍(lán)色 。另一方面， 光譜 在 940nm 周圍的 近紅外區(qū)域，相比 含氧 血紅蛋白 ， 脫氧 血紅蛋白光吸收降低 。 假定包含 由 血紅蛋白和 含氧血紅蛋白的兩組 均勻混合物 的 溶 血血樣 ，并且有這些組分的混合物的光吸收是額外的。 現(xiàn)代脈搏血氧飽和度依賴于 由 心臟的周期性收縮舒張 產(chǎn)生的動(dòng)脈血的變化量而 生的光體積描記（ PPG）信號(hào)的檢測(cè) 。 在心舒張期間 ， 血液較少存在于血管床，從而增加傳輸或反向散射的光的量 。這個(gè)歸一化進(jìn)行同時(shí)為紅色（ R）和紅外（ IR）波長(zhǎng)的光，如圖 3的歸一化的 R/IR“比率的比率”然后可以憑經(jīng)驗(yàn)有關(guān)血氧飽和度，如圖 4，當(dāng)比率為 1 時(shí)，血氧飽和度值約 85％ 。 血氧儀對(duì)血氧飽和度的動(dòng)脈血液樣本通過體外血氧儀的大集團(tuán)的對(duì)象。 若經(jīng)過檢測(cè)沒有手指放入則返回等待下次檢測(cè) ,以節(jié)省功耗 。 將兩路信號(hào)分別送入單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換模塊 ， 經(jīng)過軟件濾波等數(shù)字處理之后提取脈搏波特征點(diǎn)并計(jì)算得出所測(cè)的血氧飽和度值 ， 將所測(cè)結(jié)果送液晶顯示 ， 同時(shí)通過可選擇通過 USB 通訊模塊送 PC機(jī)處理 。 SaO2 的水平和心率在 LCD 上進(jìn)行顯示。 這里使用一個(gè)場(chǎng)外的現(xiàn)成 Nellcor 兼容探頭 5201011N。設(shè)備功能強(qiáng)大的 16位 RISC CPU、 16 位寄存器和最大的代碼效率。所有指令操作 ,包括 七 種 源操作數(shù)的尋址模式和四 種 目的操作數(shù) 的尋址模式。剩下的寄存器是通用寄存器。每條指令可以操作的 字 和字節(jié)數(shù)據(jù)。每個(gè) 扇區(qū) 可以完全關(guān)閉以 節(jié)省泄漏 ,然而所有數(shù)據(jù)丟失。所有端口上 拉 或下拉在是可編程的。 完全集成模擬前端，用于脈沖血氧儀 ，可進(jìn)行 靈活的脈 沖排序和定時(shí)控制 。 具有高動(dòng)態(tài)范圍的接收通道 ， 13 個(gè)無噪聲位 。 采集和信號(hào)調(diào)理所需的關(guān)鍵 部件是 LED，光探測(cè)器和 AFE。 在 Nellcor 兼容探頭中，這兩個(gè) LED 被背靠背連接。一個(gè) DAC0 控制通過 LED 的電流，從而控制它的光輸出水平 。每個(gè)晶體管的基極有一個(gè)下拉電阻來保證當(dāng)該晶體管沒被選擇時(shí)它 處于關(guān)閉狀態(tài)。由于電流信號(hào)非常小，這個(gè)放大器擁有一個(gè)低的漂移電流就很重要。 小的交流部分由氧軸承部件比 如動(dòng)脈的光調(diào)制加上 50/60Hz 環(huán)境光噪聲組成。 兩個(gè) LED 的輸出在一個(gè)小的寬限內(nèi)有效地相互匹配。直流部分被有效濾除了。 在 CCR0 中斷中，一個(gè)新的 LED 序列被初始化并有如下操作： ? DAC12_0 控制位 DAC12OPS 根據(jù)哪一個(gè) LED被驅(qū)動(dòng)來置位或清零。 ADC 轉(zhuǎn)換被自動(dòng)觸發(fā)。 交流部分的信號(hào) 調(diào)節(jié) 圖 10 交流部分的信號(hào)調(diào)節(jié) OA1 的輸出被 ADC 以 1000 sps 采樣， 在紅外 紅色 LED 和正常 紅色 LED 間交替。取而代之的是一個(gè) IIR 濾波器被用來跟蹤直流電平。 在這個(gè)階段，信號(hào)類似于通過動(dòng)脈的心跳脈沖。 如果輸入有一個(gè)階躍變化， 通過一段時(shí)間后輸出將變?yōu)楹洼斎胂嗤?。通過 一段時(shí)間后，交流部分會(huì)在累加過程中被取消，輸出只會(huì)跟蹤輸入的直流部分。微控制器應(yīng)具有特定的功能，包括維護(hù)上下文在所有時(shí)間的能力。運(yùn)動(dòng)傳感器如加速計(jì)，陀螺儀，和磁力幫 助確定是否一人就座，散步，或跑步。所述無線通信鏈路是基于在 BLE和是基于 、一個(gè) FCC 認(rèn)證（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）系統(tǒng)級(jí)的 PCB（印刷電路板）的模塊可在網(wǎng)上，只需要很少的外部元件。 USB 也用于充電的鋰聚合物電池。電池電量計(jì)電路易于配置的微控制器外設(shè)提供系統(tǒng)端電量計(jì)量的單節(jié)鋰離子電池。紅外（ IR） LED 操作和視覺紅色（ VS）的 LED 操作。的 DAC0 輸出控制 LED的光強(qiáng)度，使得它們很好預(yù)先確定的目標(biāo)范圍內(nèi)。由于 DAC12_0DAT 寄存器的值發(fā)生 第 13 頁(yè) 變化取決于以前的采樣數(shù)據(jù)分， 脈搏血氧儀 板的電流消耗是不一樣的 . 在所有時(shí)間。 紅外燈操作 如圖所示，紅外燈操作包括所述 AM1_IR（定時(shí)器 A0 ISR）中， AM2_IR 的（ ADC12 ISR）和所述 LPM0 模式，以相同的順序。 從先前的 VS 的 LED 操作獲得的采樣和轉(zhuǎn)換后 的數(shù)據(jù)被從讀 ADC12MEMx 注冊(cè)。該 ADC12 需要大約 32μ s 來完成轉(zhuǎn)換的順序和與 ADC12IFG 標(biāo)志設(shè)置，它等待 CPU 退出定時(shí)器 A0 ISR。 該 DAC12_1DAT 寄存器清零。包含計(jì)數(shù)，比較捕獲和輸出方式單元三大模塊，各對(duì)應(yīng)相應(yīng)的控制和計(jì)數(shù)寄存器。 CCR3 設(shè)置為 100，即得 5000HZ，占空比為 50%的 PWM 波 。 // CCR2 PWM toggle/reset TACCR2 = 100。 串行數(shù)據(jù)傳輸 在此應(yīng)