基于dsp的脈搏血氧飽和度測量儀的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-22 01:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 計中，采用芯片輔助分析和設計的電路已獲得廣泛的應用，它可以進行原理圖設計和實驗，因而我國在脈搏血氧飽和度測量儀也取得了一些成果，能夠獨立的設計高科技的測量儀。我國已經(jīng)實現(xiàn)了利用TMS32OFZO6芯片為核心處理單元的脈搏血氧飽和度測量儀，它利用數(shù)字信號處理技術和編程語言，并用硬件電路完成對血氧飽和度準確的測量。 血液成份的變化可以引起血液對紅光紅外光吸收率的變化，進而影響到血氧飽和度的測量值。例如在經(jīng)常吸煙的人的血液中一氧化碳合血紅蛋白的比率高于正常人，使得血氧飽和度的測量結(jié)果比實際值偏高，現(xiàn)有的算法并沒有考慮這方面的影響。現(xiàn)在使用的脈搏血氧測量儀采用透射式傳感器。反射式傳感器與透射式傳感器相比，光束不需要貫穿組織，獲得的光信號比透射式傳感器強，信噪比高。在一的波長范圍內(nèi)，傳感器接收端接收到的光信號的交流成份和直流成份之比，反射式傳感器和透射式傳感器沒有顯著的區(qū)別。采用特定幾何結(jié)構的反射式傳感器可以在脈搏搏動微弱的情況下獲得較強的信號，在一定程度上克服弱灌注現(xiàn)象。測量算法的改進方向可以通過自適應濾波算法，可以消除靜脈和毛細血管充盈所引起的誤差。（四）數(shù)字信號處理技術數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)，數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術。數(shù)字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波。因此在進行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。本課題采用數(shù)字信號處理芯片作為血氧飽和度測量儀的中央處理芯片，利用強大的運算能力來實現(xiàn)血氧飽和度的準確測量。數(shù)字信號處理，簡稱DSP已經(jīng)在許多領域得到極為廣泛的應用。數(shù)字信號處理是利用專用處理器件，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號處理作為信號與信息處理的一個分支學科、己有很長的發(fā)展歷史。但它又是一個新興的、極富活力的學科，活躍在電子學、計算機、應用數(shù)學等學科的最前沿，滲透到科學研究、技術開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)以及國防和國民經(jīng)濟的各個領域，起著越來越重要的作用。數(shù)字信號處理的基礎是數(shù)字計算機和算法。算法一旦建立，就要尋找合適的計算機來有效地實現(xiàn)它們。最開始的目標是在可以接受的時間內(nèi)對算法作仿真。隨后是將波形存儲起來，事后再加以處理。隨著計算機技術和技術與器件的發(fā)展，這種仿真和脫機處理逐步演變成為實時處理。二、脈搏血氧飽和度的測量理論基礎（一）脈搏血氧飽和度測量中的光學理論基礎利用光學方法進行生物組織的無損檢測目前有光譜學和光成像學等兩種方法，其基本原理是根據(jù)組織對光的固有特性，利用光在組織中傳播的效應來獲取生物組織生理的、代謝的和結(jié)構的有用信息，為臨床實踐和理論研究提供方便可靠的指標。這種方法具有安全、可靠、連續(xù)及無損的特點，因而具有廣泛的研究和應用前景。利用光譜學方法研究生物組織最具有應用意義的課題之一是監(jiān)測和評估人體組織氧化代謝能力。定量確定組織在紅光和近紅外光譜區(qū)的光學特性在醫(yī)學領域有重要意義。（二）生物組織的基本光學模型和紅外光譜的技術方法我們知道每個實際物理問題都應轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳臄?shù)學模型，而且這個模型必須是可解的才有實際意義。當前，組織光學中的基本問題之一是要弄清可見光和近紅外光在生物組織體中的傳播特點和規(guī)律。這是因為600—1300nm光譜區(qū)為“治療窗口”，對許多己知的和潛在的治療技術和光診斷技術具有特別意義。絕大多數(shù)生物組對可見和近紅外光呈現(xiàn)出不透明、混濁和高散射的特點，其原因在于生物組織復雜具體結(jié)構。生物組織的固有本性決定了可以將其視作幾何形狀及物理參數(shù)從與波長比擬或細胞的尺度看來有隨機起伏的介質(zhì)，也就是一種不均勻尺度在微米量級或大一、兩個數(shù)量級的離散隨機介質(zhì)。對光學性質(zhì)而言，這里的“不均勻”描寫的對象實際上就是折射率，而生物組織對光的強散射特性正是源于折射率在細胞尺度上的不均勻性。對實際的生物組織而言，要想用傳統(tǒng)的電磁場理論來描寫它的光學性質(zhì)是極其困難的，甚至是不可能的。即使己知生物組織折射率的所有細節(jié)，雖然解的存在性與唯一性不容置疑，但試圖通過數(shù)值求解麥克斯韋方程組來獲知光在生物組織中分布規(guī)律的努力尚無成功的希望。，研究表明水和細胞色素的收與氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸收相比可不計，由此看出，在近紅外雙波長血紅蛋白的吸收比是組織血紅蛋白飽和度的唯一函數(shù)值。三、基于的脈搏血氧儀的硬件電路的實現(xiàn)（一）系統(tǒng)框圖基于DSP的脈搏血氧飽和度測量儀由實時處理器TMS32OFZO6DSP、光源驅(qū)動器、光電傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、時序控制電路和液晶顯示、接口電路等部分組成。由于采用人的手指作為測量的部位，所以選用指套式光電傳感器。（二）TMS32OFZO6的功能及控制電路分析DSP芯片選用TMS320F206， TMS320F206是一個定點、靜態(tài)COMS數(shù)字信號處理器。它采用先進的哈佛結(jié)
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