20xx年醫(yī)學(xué)專題—脈搏血氧飽和度檢測儀-wenkub
2024-11-19 05 本頁面
【正文】 生命體征中最重要標(biāo)志之一，依靠連續(xù)的脈搏血氧飽和度檢測能監(jiān)控病人的體征狀況，進(jìn)行診斷并給予有效救治。本文介紹了基于FPGA設(shè)計(jì)的檢測主動(dòng)脈脈搏血氧飽和度的系統(tǒng)方案，主要描述了應(yīng)用脈搏血氧飽和度技術(shù)于連續(xù)監(jiān)測血氧飽和度信號(hào)的原理和硬件結(jié)構(gòu)。 LambertBeer。相對地，用Hb表示沒有與氧結(jié)合的血紅蛋白，即還原血紅蛋白。臨床上一般通過測量血氧飽和度來判斷人體血液中的含氧量。無創(chuàng)血氧飽和度檢測主要采用雙光束透射式方法，就是鑒于氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白在不同波長的紅外光區(qū)、紅光區(qū)有獨(dú)特的吸收光譜，由不同波長的紅光和紅外光通過生物組織的吸光度相對變化值之比推算SaO2，從而對生物進(jìn)行無損檢測。脈搏血氧飽和度信號(hào)可以幫助人們實(shí)時(shí)觀察自身健康狀況。國內(nèi)外運(yùn)用紅外光譜法進(jìn)行血氧飽和度的測量已經(jīng)取得較大成功，并大范圍應(yīng)用于臨床。 研究內(nèi)容現(xiàn)有市場上的無創(chuàng)脈搏血氧儀價(jià)格都較昂貴,難以完全滿足家庭社區(qū)保健監(jiān)護(hù)的需要。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原理血液的氧含量一般用血液中氧合血紅蛋白占總血紅蛋白的百分比來表示,稱為血氧飽和度,即SaO2=HbO2HbO2+Hb100% （11）式中， SaO2表示血氧飽和度，HbO2和Hb分別表示血液中的氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白。當(dāng)I=I0時(shí)，logI0I=0，表示溶液對入射光完全未吸收；當(dāng)I0一定時(shí)，I值越小，則logI0I值越大，表示溶液對入射光的吸收程度越大，透過光的強(qiáng)度則越小。通常II0100%=T%稱為百分透光度（率）。g1mol1當(dāng)這些條件一定時(shí)，摩爾吸光系數(shù)值為一常數(shù)，其值越大，表示此吸光物質(zhì)對某波長的光吸收能力越強(qiáng)，其測定的靈敏度就越高。F(a139。a239。的單色光的吸光系數(shù)。a139。（a1a2） （114）當(dāng)波長λ=805nm時(shí)，a1=a2，（114）可簡化為：SaO2=a2a239。?A39。Imax39。遠(yuǎn)小于1，得：SaO2=B1logImaxImaxΔImax+B2 =B1ln1ΔImax39。Imax39。為了增大檢測靈敏度，B2值盡可能小。將脈搏血氧儀的探頭套在手指上, 上臂固定的發(fā)光二極管發(fā)出光, 下臂的光電探測器將透過手指動(dòng)脈血管的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因?yàn)樵?40nm的紅外光和660nm的紅光這兩波長處，氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對光的吸收差別較大。光調(diào)制的目的是把所需要檢測的脈搏波以信號(hào)變化的形式載到光波上去。其中，方波A的頻率為2kHz,用以控制LED亮和滅，方波B的頻率為1kHz，它是芯片CD4053的A通道模擬開關(guān)的控制信號(hào)，控制兩個(gè)LED輪流導(dǎo)通。該驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路是由運(yùn)算放大器OP07，NPN三極管及芯片CD4053等組成，其中流過發(fā)光二極管的電流可由公式I=VNIR計(jì)算得到。圖5 電流電壓轉(zhuǎn)換及前置放大電路 紅光和紅外光信號(hào)透過手指,經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)極其微（μА級(jí)），通過由電阻R1=1МΩ電容C1=40pF及運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路后，電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)且被放大了。 濾波電路為了進(jìn)一步有效的抑制各種干擾,特別是50Hz工頻干擾及高頻噪聲的影響，從而獲得有用的測量信號(hào)，提高信噪比，在檢測電路中設(shè)計(jì)了50Hz工頻陷波器和帶通濾波器。能夠較好的抑制50Hz工頻干擾。圖7 工頻陷波器 鎖相放大電路，光電容積脈搏波信號(hào)調(diào)制到了載波頻率為1kHz占空比為25%的方波信號(hào)上，為了分離解調(diào)出紅光和紅外光兩路脈搏波信號(hào)，本系統(tǒng)采用了鎖相技術(shù)進(jìn)行解調(diào)，從而減少檢測時(shí)的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。數(shù)字電路部分由以下幾個(gè)功能模塊組成：(l)單片機(jī)：以單片機(jī)89C52為核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸以及送計(jì)算機(jī)等功能。圖10 MAX195與單片機(jī)AT89C52的連接結(jié)構(gòu)圖(3)串口傳輸電路：該電路負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信，將計(jì)算機(jī)的命令發(fā)送給單片機(jī)，并且將數(shù)字電路獲得的數(shù)據(jù)送入上位機(jī)。LabVIEW 使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)交互界面，并使用圖形化的符號(hào)而不是文本的語言來描述程序的行為，使用起來比較簡單、明了，容易上手。（2）本設(shè)計(jì)采用的是AT89C52單片機(jī)作為核心處理器，在進(jìn)一步開發(fā)時(shí)，可采用高檔次、高性能的中央處理單元，以提高系統(tǒng)的整體性能，方便系統(tǒng)擴(kuò)展與移植。（6）目前，我們設(shè)計(jì)人體血氧飽和度檢測系統(tǒng)，基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且具有較好的穩(wěn)定性與可靠性?，F(xiàn)目前，該系統(tǒng)的抗干擾能力還不夠理想，需要進(jìn)一步改進(jìn)；在使用上也不夠人性化，非本專業(yè)人員基本無法操作，需要加一些簡單明了的人機(jī)對話界面；體
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1