基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-22 01:26 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)中，采用芯片輔助分析和設(shè)計(jì)的電路已獲得廣泛的應(yīng)用，它可以進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，因而我國(guó)在脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x也取得了一些成果，能夠獨(dú)立的設(shè)計(jì)高科技的測(cè)量?jī)x。我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用TMS32OFZO6芯片為核心處理單元的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x，它利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和編程語(yǔ)言，并用硬件電路完成對(duì)血氧飽和度準(zhǔn)確的測(cè)量。 血液成份的變化可以引起血液對(duì)紅光紅外光吸收率的變化，進(jìn)而影響到血氧飽和度的測(cè)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(cè)量結(jié)果比實(shí)際值偏高，現(xiàn)有的算法并沒有考慮這方面的影響?，F(xiàn)在使用的脈搏血氧測(cè)量?jī)x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(hào)比透射式傳感器強(qiáng)，信噪比高。在一的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，傳感器接收端接收到的光信號(hào)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(gòu)的反射式傳感器可以在脈搏搏動(dòng)微弱的情況下獲得較強(qiáng)的信號(hào)，在一定程度上克服弱灌注現(xiàn)象。測(cè)量算法的改進(jìn)方向可以通過(guò)自適應(yīng)濾波算法，可以消除靜脈和毛細(xì)血管充盈所引起的誤差。（四）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP)，數(shù)字信號(hào)處理是將信號(hào)以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理與模擬信號(hào)處理是信號(hào)處理的子集。數(shù)字信號(hào)處理的目的是對(duì)真實(shí)世界的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或?yàn)V波。因此在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前需要將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字信號(hào)處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。本課題采用數(shù)字信號(hào)處理芯片作為血氧飽和度測(cè)量?jī)x的中央處理芯片，利用強(qiáng)大的運(yùn)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)血氧飽和度的準(zhǔn)確測(cè)量。數(shù)字信號(hào)處理，簡(jiǎn)稱DSP已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。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。數(shù)字信號(hào)處理作為信號(hào)與信息處理的一個(gè)分支學(xué)科、己有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史。但它又是一個(gè)新興的、極富活力的學(xué)科，活躍在電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科的最前沿，滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)以及國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，起著越來(lái)越重要的作用。數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)是數(shù)字計(jì)算機(jī)和算法。算法一旦建立，就要尋找合適的計(jì)算機(jī)來(lái)有效地實(shí)現(xiàn)它們。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。隨后是將波形存儲(chǔ)起來(lái)，事后再加以處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和技術(shù)與器件的發(fā)展，這種仿真和脫機(jī)處理逐步演變成為實(shí)時(shí)處理。二、脈搏血氧飽和度的測(cè)量理論基礎(chǔ)（一）脈搏血氧飽和度測(cè)量中的光學(xué)理論基礎(chǔ)利用光學(xué)方法進(jìn)行生物組織的無(wú)損檢測(cè)目前有光譜學(xué)和光成像學(xué)等兩種方法，其基本原理是根據(jù)組織對(duì)光的固有特性，利用光在組織中傳播的效應(yīng)來(lái)獲取生物組織生理的、代謝的和結(jié)構(gòu)的有用信息，為臨床實(shí)踐和理論研究提供方便可靠的指標(biāo)。這種方法具有安全、可靠、連續(xù)及無(wú)損的特點(diǎn)，因而具有廣泛的研究和應(yīng)用前景。利用光譜學(xué)方法研究生物組織最具有應(yīng)用意義的課題之一是監(jiān)測(cè)和評(píng)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(xué)特性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有重要意義。（二）生物組織的基本光學(xué)模型和紅外光譜的技術(shù)方法我們知道每個(gè)實(shí)際物理問(wèn)題都應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)學(xué)模型，而且這個(gè)模型必須是可解的才有實(shí)際意義。當(dāng)前，組織光學(xué)中的基本問(wèn)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(diǎn)和規(guī)律。這是因?yàn)?00—1300nm光譜區(qū)為“治療窗口”，對(duì)許多己知的和潛在的治療技術(shù)和光診斷技術(shù)具有特別意義。絕大多數(shù)生物組對(duì)可見和近紅外光呈現(xiàn)出不透明、混濁和高散射的特點(diǎn)，其原因在于生物組織復(fù)雜具體結(jié)構(gòu)。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(zhǎng)比擬或細(xì)胞的尺度看來(lái)有隨機(jī)起伏的介質(zhì)，也就是一種不均勻尺度在微米量級(jí)或大一、兩個(gè)數(shù)量級(jí)的離散隨機(jī)介質(zhì)。對(duì)光學(xué)性質(zhì)而言，這里的“不均勻”描寫的對(duì)象實(shí)際上就是折射率，而生物組織對(duì)光的強(qiáng)散射特性正是源于折射率在細(xì)胞尺度上的不均勻性。對(duì)實(shí)際的生物組織而言，要想用傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)理論來(lái)描寫它的光學(xué)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(xì)節(jié)，雖然解的存在性與唯一性不容置疑，但試圖通過(guò)數(shù)值求解麥克斯韋方程組來(lái)獲知光在生物組織中分布規(guī)律的努力尚無(wú)成功的希望。，研究表明水和細(xì)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(jì)，由此看出，在近紅外雙波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)（一）系統(tǒng)框圖基于DSP的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x由實(shí)時(shí)處理器TMS32OFZO6DSP、光源驅(qū)動(dòng)器、光電傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、時(shí)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(cè)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(gè)定點(diǎn)、靜態(tài)COMS數(shù)字信號(hào)處理器。它采用先進(jìn)的哈佛結(jié)
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