无创血氧饱和度综合仪系统设计

【摘要】氧是人体组织细胞中进行新陈代谢所需要的必须的一种元素,在人体中的主要载体是血红蛋白。血红蛋白主要分为氧合血红蛋白(Hb02)和还原血红蛋白(Hb)两种,前后两者的百分比就是血氧饱和度,是血液携氧能力的重要指标,是临床护理中一个不可或缺的实时生命信息基数。人体内如果缺氧,会导致躯干的损坏,甚至脑损伤、死亡。这对于护理过程中实时采集血氧饱和度系数是非常有必要的。血氧饱和度综合仪是一种可以实时持续监测数据,对病人进行无创伤害测量、更为方便地检测人体动脉中血氧饱和度和脉搏率的仪器。但目前该系统的设计在信号处理方面仍然存在不小的缺陷,从而它的测量的数据精度、重复性、系统稳定性等方面仍有许多可以发展和完善的地方。为满足血氧仪系统对血氧参量要求精确度高、抗干扰能力强和功耗低的设计要求,本论文采用超低功耗的NXP公司的LPC1678作为主控芯片,依此设计成了一个无创血氧饱和度检测仪。初级信号的放大采用了可控增益放大电路,可以根据实时采集的血氧信号进行幅度比较,以便主控反馈调节驱动探头信号的幅度。系统的信号放大设计部分采用了差分运放放大电路,以提高信号的信噪比,并增大信号的共模抑制比。为抑制测量环境光的干扰,还设计了一组交直流分离电路,从硬件上有效分隔红光和红外光时序电信号,从而达到消除环境光干扰,提高了系统的工作能力。系统采用了压控二阶电压源低通滤波电路完成红光和红外光的直流分量提取。并且采用了工频陷波电路滤除工频电源中的50Hz干扰,取得了良好的效果。信号后端采用微分阈值和基于中值滤波的过采样算法在系统底层对脉搏波进行预处理,以提取更精确的数据,使系统的信号实用性大大提高。为传输方便实时血氧数据根据BCI协议下打包,用以太网的形式发送出去。在远程PC机上可用方便的人机交互软件便实现实时显示脉搏波的波形,并根据推出的公式算出该系统的R值,从而可以算得不同人不同的血氧饱和度值和脉率值。本设计在最后测量了五个不同学生的血氧值和脉率值,经比对该系统在性能和数据准确率方面上完全达到了医疗上的要求。整体设计方案的电路设计和实际测试结果证明了该方案的可行性和可靠性,而系统的设计从上到下都有着详细的设计评估,保证着系统的稳定性和安全性,这对于促进血氧仪系统的发展将起到十分积级的推动作用。
【作者】梁隽；
【导师】杜玉晓；
【作者基本信息】广东工业大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】血氧饱和度；过采样；微分阈值；交直流分离电路；

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