光電脈搏血氧儀的設(shè)計與實現(xiàn)

光電脈搏血氧儀的設(shè)計與實現(xiàn)

血氧飽和度作為供氧狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，是醫(yī)護(hù)人員對疾病進(jìn)行預(yù)防、診治的重要依據(jù)之一。目前血氧儀的技術(shù)發(fā)展趨向于微型化，即采集、處理與顯示于一體，這種產(chǎn)品盡管在體積方面有了很大的優(yōu)勢，但是其數(shù)據(jù)采集與處理過程必然要受到體積大小上的制約，從而導(dǎo)致在一些程度上影響儀器的精確度。盡管很多公司推出高精度、高穩(wěn)定性產(chǎn)品，但是其昂貴的價格又讓很多普通用戶望而生畏。

針對當(dāng)前脈搏血氧儀功耗大、穩(wěn)定性差、成本與儀器精度不可兼得等缺陷，深圳市麥瑞康（Mericonn）科技有限公司總經(jīng)理蔣傳媛設(shè)計了一種性價比高、低功耗、可進(jìn)行無線傳輸?shù)墓怆娒}搏血氧儀設(shè)計方案。該血氧儀系統(tǒng)采用指夾式光電血氧探頭對血氧信號進(jìn)行采集，以STM32芯片為控制核心，對采集到的信號進(jìn)行分析、處理與結(jié)果顯示，可實現(xiàn)與上位機(jī)之間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送、報警功能，方便了醫(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)的同時給患者提供了更廣闊的活動空間，實現(xiàn)了對血氧飽和度便攜、實時、連續(xù)的檢測。最終設(shè)計通過使用麥瑞康（Mericonn）科技生產(chǎn)的Index2型血氧模擬儀進(jìn)行多次測試，結(jié)果表明當(dāng)血氧飽和度處于60%-80%時精度為2%，80%-99%時精度為1%，脈率檢測誤差為±1bpm，達(dá)到了醫(yī)療儀器的標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較好的使用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

整個系統(tǒng)包括三個部分，即光電傳感器部分、模擬信號處理部分、系統(tǒng)核心部分（數(shù)字信號處理）。首先，光電血氧探頭完成對信號采集的功能并將采集到的信號傳輸至模擬信號處理電路；其次，模擬信號處理單元對接收到的信號進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換、采樣、放大、濾波、電平抬升，并將處理后的四路信號 （紅光交流信號、紅光直流信號、紅外交流信號、紅外直流信號）傳輸至系統(tǒng)核心處理單元STM32芯片；最后，STM32芯片將四路信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、顯示、報警判斷、無線傳輸?shù)裙δ堋?/p>

為實現(xiàn)無線傳輸功能，蔣傳媛采用CC1101低功耗無線傳輸芯片，其發(fā)射功率可調(diào)，工作于 433MHz頻段免許可證使用，擁有著高抗干擾能力和低誤碼率，1200bps傳輸距離最大可達(dá) 200m，為患者在醫(yī)院內(nèi)提供了足夠的活動空間。

由于光電二極管輸出的信號為電流信號，需要變換為電壓信號才能被后續(xù)電路處理。光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)，其結(jié)電阻較大，輸出電流較小。所以選用了輸入阻抗較高的運算放大器TL062芯片。電流-電壓變換電路輸出的是兩種光分時復(fù)用的信號，要將兩種光的信號分離，就要在該部分電路中實現(xiàn)。該部分電路由兩片LF398組成的兩套采樣保持電路，由 STM32提供控制信號進(jìn)行控制。該控制信號與LED驅(qū)動脈沖同步，當(dāng)相應(yīng)的LED點亮?xí)r，該控制信號控制其中一個采樣保持器進(jìn)行采樣。其余時間，采樣保持器都處于保持狀態(tài)。

在結(jié)合當(dāng)前主流脈搏血氧儀特點的同時，蔣傳媛又加入了自己的設(shè)計理念。在系統(tǒng)硬件方面她采用了高精度、抗干擾能力強的光電血氧探頭，主體設(shè)計上采用的是可拆分式思想，即產(chǎn)品既可以單獨佩戴使用，又可以嵌入監(jiān)護(hù)儀作為血氧模塊進(jìn)行使用，同時還可以將采集數(shù)據(jù)或者報警信號以無線傳輸方式發(fā)送至上位機(jī) （工作站），以便醫(yī)護(hù)人員能夠及時地掌握患者情況，因此，蔣傳媛設(shè)計中的光電脈搏血氧儀可同時作為家用型和醫(yī)用型使用：一方面儀器本身帶有SD卡存儲功能，方便醫(yī)務(wù)人員對患者的歷史記錄進(jìn)行查閱；另一方面，儀器的無線數(shù)據(jù)傳輸功能方便了醫(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)的同時，也給患者提供了更廣闊的活動空間。

蔣傳媛設(shè)計基于無線傳輸?shù)墓怆娒}搏血氧儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作方便、用途廣泛。多次測試的結(jié)果表明，血氧飽和度測量范圍可從60%-100%進(jìn)行精確測量，誤差一般小于1%，脈率檢測誤差小于1%，其精度達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，使得該血氧儀具有較好的廣闊的市場。（作者：陳小南）

　　轉(zhuǎn)自：永州新聞網(wǎng)

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