医学电子仪器设计贺忠海电子课件第5章节脉搏血氧仪设计.ppt

图5-14 MSP430F437与外围设备连接图 图5-15 红光、近红外光光源调制时序图 5.4.3 系统软件设计 1 主程序 （1）探头脱落检测的方法 （2）考虑到实时性的要求，对运动伪差干扰的处理采用阈值判别法。 （3）容积脉搏波检出采用5点差分来识别脉搏波上升支。 （4）采用近似法中的峰值法来计算氧饱和度 ，然后查定标曲线确定氧饱和度。 图5-16 主程序流程图 2 定时中断服务程序 图5-17 中断服务程序流程图 5.5 低功耗电源设计 5.5.1 电源芯片技术现状 不同的电源管理方式可以通过相应的电源芯片，结合极少的外围元件，就能够实现。可见，使用电源管理芯片是提高整机性能的必不可少的手段。 5.5.2 锂电池充电管理设计 图5-18电源管理模块框图 图5-19电池充电管理电路设计 5.6 血氧仪校正方法 5.6.1 血氧仪标定方法 使用这种传统方法获取脉搏血氧仪经验定标曲线存在以下两个问题。 第一，低血氧饱和度段定标曲线合理性。 第二，志愿受试者的健康损害。 5.6.2 脉搏血氧仪的噪声分析 （1） 环境光对脉搏传感器测量的影响 （2） 电磁干扰对脉搏传感器的影响 （3） 测量过程中运动噪声 尚辅网 / 5.1脉搏血氧测量的意义 血氧饱和度就是指血液中氧合血红蛋白的容量占全部可结合血红蛋白的百分比，即血液中血氧的浓度。 现在大多采用血氧饱和度（blood oxygen saturation，）来估计血红蛋白的携氧能力。 第五章 脉搏血氧仪设计 血氧饱和度的检测手段分为有创测量和无创测量两种。 脉搏血氧仪提供了以无创方式测量血氧饱和度或动脉血红蛋白饱和度的方法 5.2 脉搏血氧法基本测量原理 脉搏血氧测量法是基于朗伯-比尔定律（Lambert-Beer law），通过无创伤血氧饱和度测量的模型和光学脉搏容积描记法建立动脉组织的模型实现血氧饱和度的测量方法。 测量原理 要想测量血液中多种物质的含量，所使用的光波长种类数必须至少等于物质的种类数。由于血氧饱和度主要由血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白的含量决定，使用两种光线便可以测量血氧饱和度。 测量原理 图5-1 氧合血红蛋白（HbO2）和血红蛋白（Hb）的光吸收曲线 测量原理 计算血氧饱和度公式： 测量原理 图5-2 光电检测器获得的信号的成分 脉搏波传感器接收的信号中包含着两种成分，分别以直流（DC）和交流（AC）的形式存在，可用电路的方法加以区分，以获得动脉波动的血液信号和参考直流信号。 测量原理 测量原理 考虑到透射光中交流成分占直流成分的百分比远小于1的数值，使用级数展开公式，则有： 测量原理 测量原理 由于不同个体和不同部位的光吸收不同，一般使用标准化后的比值进行计算，即先求两种波长形成的脉动分量与直流分量的比值（AC/DC），直至标准化，再求红光RD和红外光IR吸收系数交流分量的比值。R和SO2之间呈线性关系，可以用线性回归方法求出待定系数A和B。 仪器结构 脉搏血氧仪所用的探头使用时是套在手指上的，如图所示。 5.3 脉搏血氧仪的硬件结构 5.3.1 总体设计方案与系统构成 血氧仪测量过程设计为全自动测量，开机后测量自动进行，因此脉搏血氧仪的输入设备包括一个电源按键，同时也是启动测量按键，输出部分包括一个数据显示装置。电源关闭采用软件关断方式。 系统主要分为驱动和检测两大部分。 总体设计方案 图2-4 脉搏血氧仪的组成模块 传统仪器结构 总体设计方案 图2-5脉搏血氧饱和度检测典型电路结构框图 总体设计方案 采用现代微处理器和集成电路技术来简化硬件电路结构如图 图5-6 光频转换测量系统总体结构图 5.3.2 光源及其驱动电路的设计 图5-7 使用逻辑门实现软开关 5.3.2 光源及其驱动电路的设计 光电元件选择的首要问题是波长，发光管和接收管的选择都需要对所选波长有好的频率响应。 对于发光管来说，需要注意的发光强度、所需的驱动电流和管压降，其中驱动电流是设计驱动电路的首要因素。发光管的带宽很窄，选择时要注意应尽量使峰值波长与所需波长一致，否则会因为频率响应的迅速下降降低光电转换效率，从而引起较大功耗。 光电接收管都有一个较宽的平坦的频率响应曲线，因此光电转换效率和接收管的噪声水平是较重要的考虑因素，光电管的等效噪声功率是光电测量精度的重要影响因素，噪声越低，测量能达到的精度越高。 为了消除环境光干扰必须在系统设计中采用光调制技术， 综合系统的电路设计和价格等因素，在光源设计中选定波长为660nm和940nm的发光二极管LED，其性能足以满足本系统的需要。 双波长发光二极管（红光和红外光 LED）的驱动电路如图 图5