三波长血氧饱和度测量仪的研制-电子科技大学.ppt

三波长血氧饱和度测量仪的研制 导师：周山宏 高工 答辩人：林政剑 电子科技大学生命科学与技术学院 本课题主要内容 1 课题背景、研究意义和血氧仪的发展 2 血氧饱和度测量的光学理论基础 3 低血氧仪系统的研制 4 干扰信号的处理方法分析 5 结论和展望 1.课题背景及研究意义 1.1 血氧饱和度（SaO2）的概念 SaO2＝(HbO2／∑Hb)× 100％ ∑Hb=Hb+HbO2+COHb+MetHb SaO2＝（〔HbO2〕／〔HbO2〕+〔Hb〕）×100％ 检测动脉血中的氧含量，是判断人体呼吸系统和循环系统是否缺氧的重要指标。血氧监护在临床麻醉手术﹑新生儿和危重病人监护应用中为医生提供了直接﹑快速﹑有效的临床依据，在脑外科﹑新血管外科及新生儿﹑早产儿监护等领域有着重要的意义。 1.2 脉搏血氧饱和度测量仪的发展 1932年，Nicolai和Kramer两位科学家研制出接近现代使用的脉搏血氧饱和度测量仪。 1935年，Matthes研制了第一个双波长的耳部血氧测量探头，可以实现脉搏血氧饱和度的测量，不过这种设备测量缓慢，需要频繁校准而且不能区分动脉和静脉血流。 1942年，MilliKan使用一个加温的耳部探头的脉搏血氧饱和度测量仪，用在飞机上对飞行员测量。 1949年，Wood设计的脉搏血氧饱和度测量仪将耳部的血液挤走以获得绝对零点来改进测量精度，这种设备光源稳定性要求高，每次测量需要繁琐调整，因而没有得到广泛应用。 1964年，Shaw设计了一种八波长的自身调整的耳部血氧计，优点是避免了繁琐的调整，从650nm到1050nm的八个光波，但该设备体积较大，结构复杂，容易损坏而且价格昂贵。 1972年，日本人Aoyagi用红光和红外光穿过测量部位中脉动的动脉血管，可以直接计算出脉搏血氧饱和度,采用发光二极管减少了血氧探头的体积，投入到了商业应用中。 1974年，日本的青柳卓雄等人发表了脉搏血氧计测试法原理，第一台脉搏血氧饱和度测量仪OLV5100问世。 1982年，Nellcor研制出一种性能更好的脉搏血氧计N-100，并形成了一种标准模式，系利用发光二极管做为光源，硅管作为光传感器，微型计算机进行信息处理，从而使脉搏血氧饱和度测量仪进入了新时代。 90年代以后，基于双波长的各种血氧计不断研制出来，脉搏血氧饱和度测量仪已经在临床实践上得到了广泛的应用，成为一种不可缺少的临床诊断设备。 2.血氧饱和度测量光学理论基础 2.1 Lambert-Beer定律 透光率 T=It/I0 吸光度 A=- logT = ?bc Lambert-Beer定律 2.2 双波长测量法的理论分析 2.3 低血氧仪测量原理 用595nm、 735nm 、890nm三个波长的光来测量，相当于用两组双波长（每组波长中都需要有两种血红蛋白吸光系数近似相等的波长的光，公式（2-10）才能成立）光的测量值取了一次均值。对595nm和890nm两种波长的光，利用公式（2-10）得SaO2=k1R1 +b1,同理对735nm和890nm可得SaO2=k2R2+b2 最后 SaO2 =[（k1R1+b1）+（k2R2+b2)]/2 =AR1+BR2+C 3.低血氧仪系统的研制 3.1 系统硬件设计 · 血氧传感器的制作 江苏稳润光电有限公司生产的JY-5143UYC，JY-3024HD，JY-3024IRC型号三种发光二极管和JY2017PDB型号的光敏二极管。三个发光二极管镶嵌在一块黑色小泡膜板上，发光二极管管顶成正三角形，边长为5mm，光敏二极管嵌在另外一块黑色小泡膜板上，两块泡膜板略下凹成弧形，再用粘合剂把两块小泡膜板分别粘在手指夹套的两面上，光敏二极管光接收窗口正对准正三角形的中心，三个发光二极管略向正三角形的中心倾斜，保证发光二极管管顶能对准光敏二极管光接收窗口。 · CPU 、 A/D转换器件和译码器的选择 Atmel公司生产的AT89C52单片机性能良好，价格低廉。 ·电源设计 ·光电检测电路 ·带通滤波电路 3.2 系统软件设计 语言环境简介 本系统程序使用编写51汇编语言。 开发系统简介 ·软件设计基本思想 在一个心动周期，大约0.8秒时间内，控制 595nm、 735nm 、890nm三种波长光周期性发光，发光时间为72us，每隔4ms启动一个发光管发光，保证一个周期内采样100次，测出三种波长光的透射光强对应的最大电压和最小电压值，进而求出各自最大电压和最小电压差值与最大电压值的比值k1、 k2、k3，然后再求出k1与k3之比值R1和k2与k3之比值R2 。 3.3 系统调试和定标 protel 软件进行PCB版图设计