20xx年醫(yī)學(xué)專題—脈搏血氧飽和度檢測儀-閱讀頁
2024-11-19 05:31本頁面
【正文】 由于光電信號較微弱，極易受到周圍環(huán)境光及暗電流的影響，尤其在較強的環(huán)境光的照射下，光電接收管的檢測結(jié)果會出現(xiàn)很大的噪聲這一重要問題。在這種情況下，利用一定頻率的光信號調(diào)制光電容積脈搏波信號，能夠有效的解決該問題。由于調(diào)制信號的頻率選定為工頻噪聲的整數(shù)倍則可以降低工頻干擾，為此，在本課題中將調(diào)制方波信號選定為1kHz，用以將光電容積脈搏波信號調(diào)制成脈沖調(diào)幅波。它們用來驅(qū)動傳感器上波長為660lun和940nm的發(fā)光二極管LED按紅光，不發(fā)光，紅外光，不發(fā)光的順序輪流交替轉(zhuǎn)換，以調(diào)制光電容積脈搏波信號。以此原理產(chǎn)生兩路頻率為lKHz，占空比為25%的光調(diào)制方波信號，與占空比為50%的光調(diào)制信號相比，這種方波驅(qū)動信號能夠在保證發(fā)光二極管發(fā)光光強的同時降低流過發(fā)光二極管的平均電流，從而降低發(fā)光二極管在工作時產(chǎn)生的熱量，以免當(dāng)發(fā)光管平均電流過大時造成發(fā)光管產(chǎn)生較大的熱量，給測試對象造成不適感覺；另外占空比為25%的光調(diào)制信號可以使光通過人體脈搏組織后的分光解調(diào)比較容易，且可以消除由于信號混疊產(chǎn)生的噪聲。由于采用光調(diào)制法，因此波長為640nm和960nm兩個發(fā)光二極管輪流發(fā)光，互不影響。由于發(fā)光二極管的額定正向電流和電壓分別為I=20mA，VNI=5V，因此由公式計算得，電阻R=250Ω。圖4 驅(qū)動調(diào)制電路 電流電壓轉(zhuǎn)換及前置放大電路如圖5所示，該電路由電流電壓轉(zhuǎn)換電路，同相反相電路及儀器儀表放大器AD620構(gòu)成。此外，R1及其并聯(lián)電容C1構(gòu)成截止頻率為fc=12πR1C1的低通濾波電路，可以在一定程度上消除高頻噪聲，以達到減小噪聲帶寬，提高信噪比的效果。信號經(jīng)過儀器放大器AD620后能夠輸出比較穩(wěn)定且幅度滿足采集系統(tǒng)要求的信號。其中，帶通濾波器由低通和高通濾波器構(gòu)成，主要在消除高頻噪聲影響的同時，保留1kHz和2kHz兩個頻段上的有用信號。圖6 帶通濾波器50Hz工頻陷波器運用了具有雙運放型的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可獲得較高的品質(zhì)因子Q。其中品質(zhì)因子Q可通過調(diào)整R47和R47兩個電阻,且不會造成工頻陷波器中心頻率的改變。其電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。為了實現(xiàn)檢測電路的鎖相解調(diào)功能，在乘法器的設(shè)計上，采用了數(shù)字開關(guān)式乘法器。圖8 三階有源巴特沃斯低通濾波器數(shù)字電路設(shè)計數(shù)字電路部分為整個檢測系統(tǒng)的核心部分，它負責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)的控制信號，并將模擬電路中獲得的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過串口與計算機通信將數(shù)據(jù)傳輸送到計算機進一步計算和處理。以單片機為核心的系統(tǒng)流程如圖9所示。MAX195與單片機AT89C52的連接結(jié)構(gòu)如圖10所示。串口傳輸接口電路如圖11所示。該程序?qū)崿F(xiàn)單片機對模擬電路的控制，信號的采集，以及與計算機之間的串口通信。整個LabvIEW程序由串口通信模塊、時序控制模塊、信號采集模塊、數(shù)字鎖相模塊、數(shù)據(jù)處理及存儲模塊五部分組成。所以應(yīng)加強血氧探頭的設(shè)計與改造，確保原始光電轉(zhuǎn)換信號的有效性與準(zhǔn)確性。（3）該儀器尚處于理論階段，可能存在一些小問題，需要做一些實驗來進行測試，從而提出理論模型和儀器改進方案。（5）同時考慮到家庭護理應(yīng)用等場合，為了能及時的將數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)生，因此無線傳輸模塊的加入也是其發(fā)展趨勢之一。但在運動狀態(tài)下以及其它的干擾存在時進行信號的采集，就可能將造成系統(tǒng)的非正常工作。第3章 結(jié)論與體會本系統(tǒng)運用LabVIEW軟件設(shè)計了鎖相放大器，從很大程度上提高了信噪比，獲得了較好的脈搏波信號，為提高脈搏血氧飽和度的檢測精度奠定了堅實基礎(chǔ)；并且相對于臨床的脈搏血氧飽和度檢測儀，該儀器具有體積小、價格便宜等優(yōu)勢。參考文獻[1] 楊玉星. 生物醫(yī)學(xué)傳感器與檢測技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社,2005[2] 張巖. 無創(chuàng)脈搏血氧飽和度檢測原理樣機的研究(碩士學(xué)位論文,長春,吉林大學(xué)),2006[3] 朱平. 人體血氧飽和度激光測量系統(tǒng)的研究(碩士學(xué)位論文,長春,吉林大學(xué)),2006.[4] 金海龍,王作君,鄭成博等. 無線傳輸在脈搏血氧飽和度無創(chuàng)監(jiān)測中的應(yīng)用. 北京生物醫(yī)學(xué)工程,2006年2月第25卷第1期[5] 李剛,張麗君,林凌. 一種新型數(shù)字鎖相放大器的設(shè)計及其優(yōu)化算法. 天津大學(xué)學(xué)報,2008年第41卷第4期[6] 于巍，古慶恩，李信政等．無創(chuàng)脈搏血氧飽和度測量技術(shù)及進展[J]．2007 年 9 月第 22 卷 第 9 期：4952內(nèi)容總結(jié)（1）無創(chuàng)脈搏血氧飽和度檢測儀
Noninvasive Pulse Monitor of Oxygen Saturation of Blood
二〇一三年六月
摘 要
在病人救治過程中，實時提取生命體征數(shù)據(jù)能大大提高救治效率，特別是對于昏迷、麻醉的受害者（2）LabVIEW
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