20xx年醫(yī)學(xué)專題—脈搏血氧飽和度檢測儀(完整版)
【正文】 進(jìn)行無損檢測。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。第2章 系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計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。通常II0100%=T%稱為百分透光度（率）。mol1Fa239。a139。a239。Imax39。logImaxImaxΔImax+B2 =B1Imax39。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脈血管的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光調(diào)制的目的是把所需要檢測的脈搏波以信號變化的形式載到光波上去。該驅(qū)動調(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計算得到。 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，提高信噪比，在檢測電路中設(shè)計了50Hz工頻陷波器和帶通濾波器。圖7 工頻陷波器 鎖相放大電路，光電容積脈搏波信號調(diào)制到了載波頻率為1kHz占空比為25%的方波信號上，為了分離解調(diào)出紅光和紅外光兩路脈搏波信號，本系統(tǒng)采用了鎖相技術(shù)進(jìn)行解調(diào)，從而減少檢測時的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。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)與計算機(jī)進(jìn)行串口通信，將計算機(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)。（2）本設(shè)計采用的是AT89C52單片機(jī)作為核心處理器，在進(jìn)一步開發(fā)時，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?，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；體積還不算太小，需要更高的集成度；最好能加入無線傳輸模塊，方便向醫(yī)生提供數(shù)據(jù)，方便診斷。（4）由于本系統(tǒng)不利于便攜，可在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選擇高集成化芯片，進(jìn)一步小型化，并增加一些人機(jī)對話界面。圖11 串口傳輸接口電路圖 程序設(shè)計這里，我們使用LabVIEW編寫單片機(jī)程序。在積分器的設(shè)計上，運(yùn)用了兩個運(yùn)算放大器構(gòu)成三階有源巴特沃斯低通濾波器，其電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。其電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。由于LED光源驅(qū)動電流的穩(wěn)定性會影響LED光源光強(qiáng)的穩(wěn)定性，以至影響到檢測結(jié)果的穩(wěn)定性，該驅(qū)動調(diào)制電路能夠使LED光源驅(qū)動電流恒定不變，從而使得LED光源光強(qiáng)較為穩(wěn)定，為提高本系統(tǒng)的穩(wěn)定性及測量精度打下了堅實的基礎(chǔ)。光調(diào)制過程中，兩個發(fā)光光源LED發(fā)出的光調(diào)制信號的時序是通過89C52單片機(jī)產(chǎn)生的，分別為方波信號A和B，時序如圖3所示。指套式傳感器的原理結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。以及由于脈搏搏動而引起透射光強(qiáng)最大變化量ΔImax和ΔImax39。Imax39。 （117）將上兩式代入（115）式，并考慮ΔImaxImax和ΔImax39。a239。?A39。與a239。10a1c1+a2c2L （19）其中，ac1分別是動脈血液中HbO2的吸光系數(shù)和濃度，ac2分別是Hb的吸光系數(shù)和濃度，L是動脈血液的光路長度，F(xiàn)是皮膚、肌肉、骨髓和靜脈血液等其它組織的吸光率，由(19)式得動脈血液的吸光度為：A=logI0I=a1c1+a2c2L （110）假如均質(zhì)組織為血管，當(dāng)動脈血脈動時，動脈血液光路長度發(fā)生變化，L將有一個?L的改變，此時透射光I也將有一個?I的改變，而其它組織的吸光率F不變，即I0=I0此時，式（13）寫為：A=εbc （17）ε=Abc （18）摩爾吸光系數(shù)ε是在特定波長下吸光物質(zhì)特征常數(shù)，表明物質(zhì)對某一特定波長光的吸收能力，是有色物質(zhì)的重要特性。若濃度的單位為g由于血液中不同成份對同一種光線的吸收率各不相同，通過測量穿過血液的不同光線的衰減程度可以換算出血液中不同成份的含量。Neller公司近年來研究出一種新型血氧探頭，MAXFAST前額粘貼式傳感器。在野外、危險區(qū)域，醫(yī)生不便攜帶這些設(shè)備，影響受害者得到及時救治，甚至造成二次傷害，限制了其相關(guān)應(yīng)用。能否充分吸入氧氣，使動脈血液中溶入足夠的氧，對維持生命是至關(guān)重
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