【正文】 較大，而基于數(shù)字探頭的血氧儀則在低功耗和微型化方面具有先天的優(yōu)勢，但是數(shù)字探頭對傳統(tǒng)的信號采集和分析理論又是一個挑戰(zhàn)，需要用全新的信號分析方法去處理信號 。傳統(tǒng)的模擬探頭提供的是模擬信號，而基于光 頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字探頭提供的是一定頻率占空比為 50%的方波信號。 近年來，由于市場的需要， 便攜式無線血氧監(jiān)測 逐漸取代了有線血氧儀。 國內(nèi) Mindray 已經(jīng)成功應(yīng)用了時頻變換技術(shù)，開發(fā)出了高性能的血氧模 塊。 目前脈搏式血氧儀 是以發(fā)光二極管為光源 ,硅管為光傳感器 ,用微型計算機進行信息處理 ，主要處理 耳垂 、 指尖等動脈血豐富組織較薄處 。 無創(chuàng)血氧飽和度測量是 無創(chuàng)測量是基于光電檢測原理，根據(jù)心臟搏動引起的人體手指內(nèi)動脈血量的周期性變化的特性，動脈血液中氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對紅光 和紅外光的吸收率不同，通過檢測血液容量波動引起的光吸收量的變化，從而計算動脈血液對紅光和紅外光吸收變化率的比值，然后根據(jù)這個比值與動脈血氧飽和度的關(guān)系，從而求出動脈血氧飽和度的 值。 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 血氧飽和度的測量分為有創(chuàng)和無創(chuàng)兩種方法 。 而 對于 新生兒 來說，大多 數(shù) 處于相對低氧狀態(tài)， 而且 采血 有一定的 困難，因此無損傷性血氧測量儀非常有用， 可以 避免對腦、肺、眼的損害，起到氣道處理及呼吸復(fù)蘇的效果。 例如， 盡早發(fā)現(xiàn)低氧血癥，可以提高麻醉和重危病人的安全性，減少圍術(shù)期和急癥期的意外死亡 。 通過測量氧氣水平和心率， 該儀器可以在這些量低于預(yù)設(shè)水平時發(fā)出警報聲。 許多呼吸系統(tǒng) 、 循環(huán)系統(tǒng)疾病都能引起人體血液中血氧濃度的降低 ， 嚴重時可能危及生命 。因此， 監(jiān)護 中常用 SaO2 來估 計 SpO2 的水平由 于 血液在 含氧量不同的情況下吸光率也不同 ，因此 脈 搏血氧 儀采 用 紅 光和 紅 外光分別照射人 體組織 ， 并 通 過測量 透射光的 強 度 來計算 血氧 飽 和度的值。 (本段 刪除 ) 第 1 頁 1 緒論 血氧飽和度的研究意義 血 氧飽和度 （ SpO2） 是 血液中被氧結(jié)合的氧化血紅蛋白 （ HbO2）的容量占全部可結(jié) 合的 血紅蛋白 （ Hb）容量的 百分比 ，即血液中血氧的 濃 度，它是呼吸 循環(huán) 的重要生理參數(shù) 。 題目文字與阿拉伯題號之間加兩個空格。 (本段 刪除 ) 目錄按（ 1??、 ??、 ??）的格式編寫，建議僅列到第三級。目錄中的標題要與正文中標題一致。 節(jié)標題 ........................................................3 條標題 .................................. 錯誤 !未定義書簽。 (本段 刪除 ) 英文和漢語拼音一律為 Times New Roman 體，字號與中文摘要相同，見論文模式樣本。 關(guān)鍵詞： 血氧飽和度 ， 便攜式脈搏血氧儀 ， 完全集成模擬前端 第 II 頁 English Title Author： Li Wenkai Tutor： Liu Bingde Abstract Main body of your abstract Key Words: key words1, key words2, key words3 英文摘要另起一頁，其內(nèi)容及關(guān)鍵詞應(yīng)與中文摘要一致，并要符合英語語法，語句通順，文字流暢。 本設(shè)計通過一個傳感探頭連接手指進行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C進行計算，最終于計算機終端顯示血氧飽和度。 本文首先闡明血氧飽和度 的研究意義和現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，通過有創(chuàng)與無創(chuàng)進行對比，說明無創(chuàng)便攜式血氧儀的優(yōu)越性，其次介紹系統(tǒng)主要采取的數(shù)字信號處理技術(shù)及這種技術(shù)的優(yōu)越性。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 基于 MSP430 脈搏血氧儀設(shè)計 院 別 計算機與通信工程學(xué)院 專 業(yè)名稱 生物醫(yī)學(xué)工程 班級 學(xué)號 學(xué)生 姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日 第 I 頁 摘要題目 摘 要 血氧飽和度是判別人體血液中的含氧量，是一個非常重要的生理指標。脈搏血氧儀是一種無創(chuàng)、連續(xù)、方便的測量血氧飽和度的儀器，在各種醫(yī)療產(chǎn)所都有廣泛的應(yīng)用，尤其在家庭保健中起著越來越重要的作用，因此低成本，高性能，低功耗的 便攜式血氧儀的需求越來越高。其次著重介紹無創(chuàng)血氧飽和度的測量理論基礎(chǔ)朗伯 — 比爾定律及分光度的測量 。此便攜式血氧儀的高性能是通過一個完全模擬前端 AFE4400， 此器件包含一個具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低噪聲接收器通道、一個 LED 發(fā)射部件和針對傳感器以及 LED故障檢測的診斷功能 ， 可進行靈活的脈沖排序 和定時控制 ，具有高動態(tài)范圍的接收通道 ， 13 個無噪聲位 ， 可用于 集成式故障診斷 ， 如 光電二極管和 LED 開路與短路檢測 ， 線纜接通和斷開檢測 ，適用于低成本血氧儀。并在英文題目下面第一行寫作者 (Author)姓名，作者姓名下面的一行寫指導(dǎo)教師 (Tutor)姓名，作者姓名和指導(dǎo)教師姓名用漢語拼音寫，右對齊。 (本段刪除 ) 第 III 頁 目 錄 1 緒 論 ..........................................................1 節(jié)標題 ........................................................1 2 章標題 A ......................................... 錯誤 !未定義書簽。 3 章標題 B...........................................................6 節(jié)標題 ........................................................6 條標題 ...................................................7 結(jié) 論 ............................................................21 致 謝 ............................................................22 參考文獻 ............................................................23 附 錄 ............................................................24 附錄 A .............................................................24 目錄按章、節(jié)、條三級標題編寫，要求標題層次清晰。目錄中應(yīng)包括緒論、論文主體、結(jié)論、致謝、參考 文獻、附錄等。目錄中 各章題序 的阿拉伯數(shù)字用 Times New Roman 體，第一級 標題用小 4 號 黑體，其余用小 4 號宋體。 目錄的打印實例見 論文模式樣本。而功能性氧 飽和 度（ SaO2） 為氧化血紅蛋白（ HbO2）濃度與 HbO2+Hb 濃 度之比。 SaO2 的定 義 是氧化血 紅 蛋白 與總體 血紅蛋白的比例 血液中能否溶入足夠 的 氧 ， 對維持生命至關(guān)重要 。 脈搏血氧儀是用于監(jiān)控病人血氧量的醫(yī)療設(shè)備。 因此 這種類型的監(jiān)控對于新生兒和在手術(shù)進行時特別有用。 而在 麻醉中 ,單獨使用血氧飽和度監(jiān)測可減少 40%以上的麻醉意外，與 二氧化碳監(jiān)測儀 合用則可減少約 91%的麻醉意外。 另外由于脈搏血氧儀能具有 低功耗、微型化、高精度的特點，所以也同樣適用于日常家庭保健和社區(qū)醫(yī)療環(huán)境。有創(chuàng)法 是對人體采血后用血氣分析儀 進行電化學(xué)分析后測出血氧飽和度值，這種方法需要動脈穿刺或者插管，對人體有創(chuàng)，而且電化學(xué)分析過程較為復(fù)雜，分析周期長，費用較高且無法進行連續(xù)監(jiān)測，但這種方法測出的血氧飽和度值較為準確，可應(yīng)用于很多需要準確血氧飽和度數(shù)據(jù)的場合，如深低溫停循環(huán)手術(shù)、產(chǎn)程中胎兒監(jiān)護等 。有創(chuàng)法 給被監(jiān)測者帶來痛苦，且不能連續(xù)監(jiān)測 ，而無創(chuàng)法 具有安全、可靠、連續(xù)、實時、快捷及無損傷等優(yōu)點，得到臨床普遍歡迎和廣泛應(yīng)用 。 世界知名公司如 Masimo、Nelleor、 philips、 Mindray 和 CSI 公司 主要 在血氧探頭 、 信號處理方面的改進 以提高 血氧測量的性能 。弱灌注性能方面，也能夠比較準確的測量出信號強度為 %的脈搏信號，縮短了 第 2 頁 與國外公司之間的差距 。而 光 頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字血氧探頭的出現(xiàn)，給脈搏血氧儀的研究帶來了新的課題和方向。模擬信號需要經(jīng)過預(yù)處理和放大后送 AD 采樣，然后由 MCU 作各種信號處理最終得出正確的測量結(jié)果，而數(shù)字信號只需要對探頭輸出的信號頻率進行分析和計數(shù)，然后進行相應(yīng)的數(shù)字信號處理即可。 數(shù)字信號處理技術(shù) 數(shù)字信號處理 (Digital Signal Processing)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用 。其處理基礎(chǔ)是數(shù)字計算機和算法。最開始的目標是在可以接受的時間內(nèi)對算法作仿真。隨著計算機技術(shù)和 DSP 技術(shù)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 。通過簡單的擴展和適當?shù)慕忉?，即可推出離散信號的 Z 變換。近年來，在 DSP 的各種快速算法、模糊和遺傳算法等方面都不斷有所進展。 數(shù)字技術(shù)的主要優(yōu)點概述如下 : 可以只設(shè)計一個硬件配置 ,然后設(shè)計 各種軟件來執(zhí)行多種多樣的信號處 理任務(wù)。而在模擬系統(tǒng)中 ,隨著功能的不 同 ,所有的設(shè)計都必須改變。 2穩(wěn)定性好 模擬電路中的電阻、電容、運算放大器等器件的特性都會隨著溫度的改變而改變 。 此外對于模擬電路來說 ,還必須考慮到 器件及制造器件的材料的壽命。對于模擬電路來說此類問題是不可克服的。 DSP 電路還可以通過編程來檢測和補償模擬系統(tǒng)的變化。如果用 500 臺計算機去計算同一個序列的和 ,則它們會提供一模一樣的答案。其原因非常簡單 ,模擬系統(tǒng)中的器件的性能各不相同。電容的誤差是 20%或更差。這就意味著 ,即便是設(shè)計完全相同的模擬系統(tǒng) ,其性能也是各不相同的。自適應(yīng)算法只是計算新的參數(shù) ,并存儲起來 ,取代原有的值。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,各種新型的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn)。特別是和計算機技術(shù)結(jié)合在一起 ,使得數(shù)字信號處理系統(tǒng)的功能越來越強。它們體積小 ,功能強 ,功耗小 ,產(chǎn)品一致性好 ,使用方便 ,性能 /價格比很高 ,從而得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù) 朗伯一比爾定律 (Lambert 一 Beer)，物質(zhì)在一定波長處的吸光度和他的濃度成正比。直流分量是由非脈動組織 (肌肉、 靜脈血、皮膚、骨骼等 )對光吸收產(chǎn)生，交流分量是由血液充盈動脈變化引起的光吸收容量變化產(chǎn)生。 脈搏血氧飽和度是基于改變血液顏色的分光光度測量。 血液在可見光（即 在 400 和 700nm 之間）和近紅外（即在 700 到 1000nm 之間） 光譜區(qū) 的光學(xué)性質(zhì)取決于由血液攜帶氧氣的量。 如圖 1所示。 在等吸收波長（即 805nm），即 兩條曲線交叉時，光的吸收率是獨立的血氧水平。е acd 其中 Ιt 是透射光強度， Ιo 是入射光強度， a 是樣品的具體吸收系數(shù)， c 是樣品的濃度，并且 d 是光傳輸路徑