【正文】 測量儀器及血氧探頭的老牌公司，主要采用傳統(tǒng)血氧技術(shù)。一些歐洲國家如荷蘭、英國、德國等也在這方面有所進(jìn)展，在亞洲，日本、韓國在血氧監(jiān)護(hù)儀方面也有所突破，基于雙波長的各種血氧測量儀器不斷被研制出來，數(shù)字信號處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大提高了測量的精度，脈搏血氧飽和度測量設(shè)備已經(jīng)在臨床實(shí)踐上得到了普遍的應(yīng)用，成為不可或缺的臨床診斷與監(jiān)護(hù)設(shè)備。進(jìn)入90年代,McCormick利用反射光譜及獨(dú)特的深淺雙光路對比檢測的傳感器設(shè)計(jì), 完成了可實(shí)用化的腦血氧飽和度測量裝置的研制,并由Somanetics公司改進(jìn)后推向臨床,成為商品化的腦血氧計(jì)。在脈搏血氧計(jì)發(fā)展的同時(shí),利用光譜法測量重要器官和組織血氧的研究工作也相應(yīng)有所進(jìn)展。進(jìn)入80年代,脈搏血氧計(jì)出現(xiàn)。其后,發(fā)光二極管(LED)和光電三極管的應(yīng)用使用于皮膚的光電傳感器體積大大減小。在60%以上的血氧飽和度范圍內(nèi)，與動(dòng)脈血樣測量的血氧飽和度進(jìn)行比較后，相關(guān)甚好。該儀器的光纖傳感器安放在耳垂上，儀器內(nèi)部每分鐘1300轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤四周上，均勻放置八個(gè)窄帶濾光片，當(dāng)其中一個(gè)濾光片轉(zhuǎn)到光源前時(shí)，某一波長的光束濾過濾光片經(jīng)光纖傳到耳垂部位，耳垂部位的光電池檢測到這個(gè)波長的透射光信號，又經(jīng)過光纖傳回到儀器并記錄下來；同理，其余波長的透射光信號也被記錄下來。1964年Robert F. Shaw研制出一種八波長自身調(diào)整血氧計(jì),成為第一種獲得臨床廣泛應(yīng)用的血氧計(jì)，如HP47201A型耳血氧計(jì)。Sekely 等人則為進(jìn)一步完善這種裝置做了許多工作。然而Elam和Coworker在經(jīng)過對受壓耳朵的透射光研究后指出，即使加上200mmHg的壓力，在耳輪里仍然保留著一些血。第二個(gè)條件下測量的透射光強(qiáng)，減去第一個(gè)條件下測量的透射光強(qiáng)，最后得到與動(dòng)脈血光吸收有關(guān)的透射光強(qiáng)信號，由此去除了組織本身光吸收的影響。在第一個(gè)條件下，測量的信號是與組織有關(guān)的光吸收，如肌肉、骨骼、皮膚等，但不包括血的光吸收。%。這種設(shè)備由于光源穩(wěn)定要求較高，沒有應(yīng)用于臨床實(shí)踐中。1949年，Wood重新設(shè)計(jì)了脈搏血氧儀，給它加了一個(gè)氣囊，氣囊的作用是將耳部的血液擠走以獲得絕對零點(diǎn)來改進(jìn)血氧飽和度測量的準(zhǔn)確性。緊接著許多研究者如Brinkman、Wood、Sekely、Tait 等對無創(chuàng)傷測量動(dòng)脈血氧飽和度和組織血氧飽和度的裝置各自進(jìn)行了研究。當(dāng)時(shí),Millikan研制了從原理上能從前額無創(chuàng)傷測量動(dòng)脈血氧飽和度的探索裝置。這種早期設(shè)備采用紅光和綠光作為光源，改進(jìn)后改用紅光和紅外光，提高了該設(shè)備的測量精確度。1935年，Matthes研制了第一個(gè)雙波長的耳部血氧測量探頭。Bunsen和Kirchhoff于1860年改進(jìn)分光光度計(jì)和隨后不久Stokes和HoppeSeyler對血色素的氧氣運(yùn)輸功能的闡述，為血氧飽和度測量的發(fā)展鋪平了道路。 紅外光譜血氧儀發(fā)展概況基于LambertBeer定律的血氧飽和度測量的研制可以追溯到十九世紀(jì)。血氧飽和度()是氧合血紅蛋白()在整個(gè)血紅蛋白所占的百分比。人體內(nèi)的血液通過心臟的收縮和舒張脈動(dòng)地流過肺部，一定含量的還原血紅蛋白()與肺泡中的98%的氧氣結(jié)合變成了氧合血紅蛋白()。人體組織細(xì)胞的正常生理活動(dòng)均有賴于連續(xù)而充足的氧供應(yīng)。 氧是維持人體生命的重要物質(zhì)，氧的含量只有達(dá)到一定的濃度才能滿足人體正常的新陳代謝所需。這種方法比較麻煩,且不能進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。最后血液經(jīng)靜脈系統(tǒng)回流到心臟, 開始下一輪的循環(huán)。這些血通過動(dòng)脈系統(tǒng)一直到達(dá)毛細(xì)血管。血氧飽和度()是氧合血紅蛋白在整個(gè)血紅蛋白所占的百分比，是血液攜氧能力的重要指標(biāo)。 it is the ideal choice for people who want to detect their arterial blood oxygen degree.Key words: LambertBeer Law, blood oxygen saturation, pulse oximetry, noninvasive detection, pulse wave目 錄摘要 IABSTRACT II1 緒論 1 本課題研究領(lǐng)域的意義 1 紅外光譜血氧儀發(fā)展概況 2 目前世界的研究水平 4 目前國內(nèi)的研究水平 4 應(yīng)用前景分析 5 本文的主要研究內(nèi)容 52血氧信號檢測算法 73系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu) 13 單片機(jī)系統(tǒng)核心模塊 14 單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)流程 14 單片機(jī)芯片的選型 16 AT89C55WD單片機(jī)芯片 17 光源及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 18 光源類型的選擇 19 驅(qū)動(dòng)電路 19 光電轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 21 前置放大模塊電路 22 同步檢波、正/負(fù)極切換電路 25 26 高通濾波器 26 二階巴特沃茲低通濾波器 28 50Hz陷波器 29 A/D轉(zhuǎn)換模塊 32 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 32 A/D轉(zhuǎn)換的幾種不同類型 32 TLC1543芯片 33 電源管理模塊 37 MAX1675芯片 38 ICL7660芯片 39 AS1117 40 存儲及串口通訊模塊 41 液晶顯示模塊 45 硬件設(shè)計(jì)小結(jié) 474系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 48 系統(tǒng)時(shí)序控制 48 系統(tǒng)軟件流程圖 48 信號處理設(shè)計(jì) 48 光電容積脈搏波概述 48 信號的預(yù)處理 51 軟件小結(jié) 545 定標(biāo)方法 55 概述 55 定標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 56結(jié)論 57致謝 59參考文獻(xiàn) 60附錄：譯文 621 緒論 本課題研究領(lǐng)域的意義人體組織細(xì)胞進(jìn)行新陳代謝所需要的氧是通過血液傳輸獲取的。本系統(tǒng)結(jié)合了便攜性、高精度與低功耗、低成本，是需要對動(dòng)脈血氧度進(jìn)行健康檢測的人群的理想選擇。本論文已完成了無創(chuàng)手指脈搏血氧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對動(dòng)脈血氧度的無創(chuàng)測量。信號的處理是軟件設(shè)計(jì)的核心，涉及數(shù)字信號處理方面的知識，采用數(shù)字濾波技術(shù)減少噪聲干擾和減少基線漂移，自學(xué)習(xí)閾值判別方法消除運(yùn)動(dòng)偽影干擾。軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)、信號的預(yù)處理以及移動(dòng)平均處理。電源模塊保證了各個(gè)芯片的正常工作電壓。A/D模塊電路主要完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)的處理。硬件系統(tǒng)主要包括單片機(jī)模塊、光源驅(qū)動(dòng)電路、光電轉(zhuǎn)換電路、前置放大模塊、同步檢波與正負(fù)極切換電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲器模塊、電源模塊、液晶顯示模塊和USB模塊。本論文簡要地介紹了手指式脈搏血氧測量技術(shù)的意義，國內(nèi)外的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論 文)無創(chuàng)手指式脈搏血氧飽和度測量技術(shù)系 別自動(dòng)化工程系專 業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)班 級5061606姓 名鄒達(dá)指導(dǎo)教師賀忠海2010 年06 月16 日 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 67頁無創(chuàng)手指式脈搏血氧飽和度測量技術(shù)摘 要血氧飽和度是臨床醫(yī)療上重要的基礎(chǔ)參數(shù)。采用手指脈搏血氧測量法的最大特點(diǎn)是將傳感器直接置于體表手指處進(jìn)行測量，不需要插入血管，也不需要采血樣，所以極易為臨床應(yīng)用和家庭保健場合所接受，在無創(chuàng)條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量動(dòng)脈血氧飽和度，應(yīng)用前景廣泛。根據(jù)近年來微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和現(xiàn)代信號處理技術(shù)所取得重大成就，并結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，利用C語言軟件程序，本課題提出了基于朗伯比爾定律和雙波長法的脈搏血氧測量的原理，并且在該原理的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了一套數(shù)字化脈搏血氧檢測系統(tǒng)。單片機(jī)模塊選用ATMEL公司的AT89C55WD芯片。同時(shí)系統(tǒng)外擴(kuò)了存儲器。對系統(tǒng)各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的功能與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳盡的分析。系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)主要是使得紅光發(fā)射管與紅外光發(fā)射管交替發(fā)光。采用采用五點(diǎn)差分法提取脈搏波的特征點(diǎn)。使用USB接口傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)血氧信號系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的通訊。關(guān)鍵詞：朗伯比爾定律，血氧飽和度，脈搏血氧測定法，無創(chuàng)檢測，脈搏波Measurement Technology of Noninvasive Pulse Oxygen Saturation Degree Author: Zou Da Tutor: He ZhonghaiABSTRACTOxygen saturation is an important basis for clinical parameters. The most prominent feature of the method using finger oximetry is placing a sensor directly on the index finger. So it does not need to insert the vessel and does not require blood samples. It is easy for clinical application and could be easy for family healthcare situations to accept it. There will be a wide prospect to achieve continuous measurement of arterial oxygen saturation under noninvasive conditions. This paper briefly introduces the finger pulse oximetry technology, the meaning, history of development at home and abroad, current development and applications. According to the development of microelectronics, puter hardware and software technology and modern signal processing technology in recent years, bined with microunit chip technology and C language, this issue was proposed based on the Lambert Beer law, and the dualwavelength method of pulse oxygen measurement principle. Under the guidance of the principle, it is possible to design a set of digital pulse oxygen detection system.Hardware system includes microunit chip module, light source drive circuit, photoelectric conversion circuit, preamplifier modules, synchronous detection and the positive and negative switch circuit, A/D converter, memory modules, power modules, liquid crystal display and USB module. MCU module is designed by choosing ATMEL’s AT89C55WD chip. A / D module circuit was pleted for conversion, in order to render to followup treatment. At the same time the system extends memory. The power module ensures the normal operating voltage. The detailed analysis of the function of each unit and the methods of implementation are made in the issue.Software design includes system timing design, signal preprocessing and the moving average processing. System timing design is mainly for red light and infrared light tube to luminous alternately. Signal processing is the core of the software design. It involves knowledge of digital signal processing such as using digital filtering techniques to reduce noise and reduce the baseline drift, using selflearning threshold value based method to eliminate motion artifact interference. It also applies the method of fivepoint di