【正文】 致 謝參考文獻(xiàn)[1] 喬愛(ài)科，動(dòng)脈中的脈搏波理論，生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2000[2] 朱雯，阮曉聲，粱中慶，脈動(dòng)波在彈性管道中的傳播速度與諸因素的關(guān)系[J]，浙江醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，1996[3] 柳兆榮，心血管流體力學(xué)[M]，上海，復(fù)旦大學(xué)出版社，1986[4] 張政波，無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量技術(shù)與進(jìn)展[N]，中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2003[5] Bland,Douglas , Statistical Method for Assessing Agreement Between Two Methods of Clinical Measurement, Lancet,1986[6] 鄭君里，楊為理，信號(hào)與系統(tǒng)[M]，北京:高等教育出版社，第二版[7] YashPole，EvolutionofthePulseoximeter，InternationalCongressSeries, 2002[8] 微弱信號(hào)檢測(cè)，高晉占[M]，清華大學(xué)出版社，[9] 范云宵，劉樺，測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理[M]，北京，中國(guó)計(jì)量出版社，[10] 羅志昌，張松，楊益民，光電容積脈搏波描記法原理及其在臨床上的應(yīng)用，[11] 嚴(yán)新忠，楊靜，郭略，人體血氧飽和度監(jiān)測(cè)方法的研究[J]，醫(yī)療裝備，2005[12] 王躍華，徐圣普，崔云莉，用于檢測(cè)血氧飽和度的光電傳感器[J]，醫(yī)療裝備，1999,(10),1~2[13] 雷玉堂，王慶有，何加銘，張偉風(fēng)，光電檢測(cè)技術(shù)[M]，北京，中國(guó)計(jì)量出版社,1997[14] 康華光，陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M]，北京，高等教育出版社，1998[15] Jung Soo Kim,Young Joon Chee,Ju Wan Park,Jin Wook Choi and Kwang Suk Park, A new approach for noninvasive monitoring of blood pressure on a toliet seat, (2006)。以后在本系統(tǒng)后續(xù)接上微處理器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并利用串口通信技術(shù)連接到上位機(jī)，進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，可用于無(wú)創(chuàng)方式測(cè)量血氧濃度、血壓測(cè)量等應(yīng)用于臨床。雖然本系統(tǒng)受外界光線(xiàn)和人體運(yùn)動(dòng)影響，這也是同類(lèi)產(chǎn)品中，統(tǒng)一遇到的問(wèn)題，是由系統(tǒng)本身決定的。圖53 PPG系統(tǒng)輸出波形通過(guò)上電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，各模塊工作正常，達(dá)到了設(shè)計(jì)的總體要求。圖52 初級(jí)放大和濾波電路輸出波形通過(guò)調(diào)整放大倍數(shù)，輸出電壓幅度有明顯增加，且電壓提升電路工作正常，輸出信號(hào)電壓范圍也達(dá)到了后續(xù)電路的采集要求。低通濾波電路截止頻率開(kāi)始時(shí)為40Hz，但是輸出的脈搏信號(hào)，噪聲太大了，后來(lái)將截止頻率降低到30Hz，并在電源部分加上濾波電容，輸出信號(hào)就比較理想了。圖51 PPG 信號(hào)采集調(diào)理輸出波形 初級(jí)放大和濾波電路功能測(cè)試 將探測(cè)頭的輸出信號(hào)作為放大和濾波電路的輸入信號(hào)，開(kāi)始時(shí)發(fā)現(xiàn)放大電路的輸出是一個(gè)接近于放大部分供電電壓的直流信號(hào)。把電阻的阻值調(diào)大后輸出信號(hào)有明顯的變化。用于保護(hù)處理器。圖410 信號(hào)放大及電平提升電路后續(xù)采樣電路多采用低功耗微處理器。 二級(jí)放大及電平提升電路低通濾波后得到的脈搏波信號(hào)比較微弱，為此再設(shè)計(jì)一級(jí)放大電路，將脈搏信號(hào)幅度放大到伏級(jí)，以便于采集。二階高通濾波電路在(如)時(shí)，其幅頻響應(yīng)以40dB/十倍頻程的斜率上升。由圖可見(jiàn)，二階高通濾波電路和低通濾波電路的幅頻特性具有對(duì)偶關(guān)系。圖49 二階高通濾波電路的幅頻響應(yīng)考慮到高通濾波電路在電路結(jié)構(gòu)、傳遞函數(shù)和幅頻響應(yīng)與低通濾波電路的對(duì)偶關(guān)系，將二階低通濾波電路的傳遞函數(shù)表達(dá)式(434)中的用代替，則可得二階高通濾波電路的傳遞函數(shù)為 (441)令 ，則 (442)式(442)為二階高通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。圖48 二階高通濾波電路如果將圖45所示二階壓控電壓源低通濾波電路中的和位置互換，則可得到二階壓控電壓源高通濾波電路，如圖48所示。圖47 n階巴特沃斯濾波電路的幅頻響應(yīng) 二階高通濾波電路 為了將信號(hào)中的直流成分濾除，為此設(shè)計(jì)了如圖48的高通濾波器。這表明二階比一階低通濾波電路的濾波效果好得多。由式(436)可畫(huà)出不同值下的幅頻特性，如圖46所示。若用代入式(435)，可得幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)表達(dá)式，分別為 (436) (437) 圖46 低通濾波電路的幅頻特性式(436)表明，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)。式(434)表明，才能穩(wěn)定工作。 圖45 二階壓控電壓源低通濾波電路考慮到集成運(yùn)放的同相輸入端電壓為 (431)而與的關(guān)系為 (432)對(duì)于節(jié)點(diǎn)A，應(yīng)用KCL可得 (433)將式(431)~(433)聯(lián)立求解，可得電路的傳遞函數(shù)為 (434)令 ，則有 (435)式(435)為二階低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。濾波器截止頻率為：，等效品質(zhì)因數(shù)。 二階低通濾波電路由于人體脈搏波信號(hào)的頻率非常低，成分都集中在 ~40Hz之間，周?chē)h(huán)境光和暗電流對(duì)信號(hào)的影響非常大，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)二階壓控電壓源低通濾波器來(lái)消除脈搏波信號(hào)中高頻噪聲的干擾【14】。22V。超穩(wěn)定，時(shí)間： 2μV/month最大高電源電壓范圍： 177。低輸入偏置電流： 。特點(diǎn)：超低偏移： 150μV最大 。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為177。OP07的功能介紹：OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。本系統(tǒng)對(duì)前置放大電路有兩個(gè)基本要求：首先是低噪聲，光電探測(cè)器的輸出信號(hào)有很大的噪聲，所以前置放大電路要最大限度的抑制噪聲，以獲得最大的信噪比；其次是高增益，系統(tǒng)探測(cè)的光信號(hào)很微弱，光電探測(cè)器的輸出信號(hào)為微弱的電流信號(hào)，為將電流轉(zhuǎn)換為足夠高的電壓，需要前置放大電路的增益足夠高。圖43 光源驅(qū)動(dòng)電路 光電接收及前置放大 在本系統(tǒng)中，用光敏二極管將光信號(hào)變成電信號(hào)。發(fā)射模塊采用5v供電，為使輸出信號(hào)的靈敏度可調(diào)，所以限流電阻選用了10k的滑動(dòng)變阻器。本文討論的脈搏傳感器側(cè)重于脈搏波信號(hào)在時(shí)間上的準(zhǔn)確性，所以采用透射式采光方式【12】。圖41 系統(tǒng)總體框圖 PPG傳感器設(shè)計(jì) 光源的驅(qū)動(dòng)電路從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由手指組織漫反射返回，其余部分從手指透射出來(lái)。相信隨著 PPG基礎(chǔ)研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展和人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的更深入了解，它必將開(kāi)拓出更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 PPG方法所具有的無(wú)創(chuàng)性，且檢測(cè)方便，操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、安全無(wú)交叉感染等許多優(yōu)點(diǎn)，使其不僅可用于醫(yī)院中的臨床檢測(cè)、監(jiān)護(hù)、急救、體能測(cè)試，還可應(yīng)用于社區(qū)和家庭醫(yī)療保健，并具備聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展功能，可以組建家庭社區(qū)和醫(yī)院的醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)，在這些方面將都會(huì)有很好的應(yīng)用前景。雖然由于紅光、紅外光與人體組織相互作用的機(jī)理十分復(fù)雜，影響它的因素也比較多，我們對(duì)容積脈搏血流本