反射式血氧饱和度测试仪的设计
自行设计新型反射式血氧饱和度监测仪设计与应用的可信性英文
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反射式血氧饱和度测试仪的设计
1 +Yz +, … , — 一1
———■= 『—一 。 当Y 值 大 于 A时判 断 Y … 是否 大于 A, 若 大于则 … 为 误差 采 样, 若小 于则 z 为误差采样 。此时我们 将剔除误 差值 , 然 后我们利 用 中值滤波算法将 剩余 的采样值 按大小顺序 排列 , 取得 这列数组 的中间 值即为发光管发光一次所获得 的光强度值 。若数组长度 为偶 数则取 中 间两个数 的平均值作 为最终的结果 。图6 为我们利用一段 已知信 号来 检测限幅中值滤波算法的滤波效果 图。
图 4多 模 式 工 作 流 程 图 当血 氧饱和度检测 仪启动 以后 首先进人正 常工作模式 , 正常工作 模式 的运行 时问为2 分钟 , 然后判断 2 分钟 内的血氧值是否 出现过异常 情况 , 如果正 常则进 入检测模式 , 如果不正常则循环正常工作模式 。在 检测工作模式下计 算一次血氧值 , 然后判断血氧值是否正常 , 如果正常 则看检测工作模式 循环次数是否溢出 。在这里我们设定检测工作模式 的循 环次数是 6 0 次, 即使血氧饱 和度值一 直处于 正常状态 , 过一段 时 间后 也要跳 出检测 工作模式进 入正常工作模 式 , 这样进一 步提高 了血 氧饱 和度测试 仪 的可 靠性 。如果循环次 数达到 6 O 次则进入 正常工作 模式 , 没有达到 6 0 次则继 续进入检测工作模式 。如果在检测工作模式 下测得血氧值不正 常则 马上进入正常工作模式 。 下 面为我们对血 氧饱和度 测试仪 的功耗进 行 的测试 , 采用 同样 的 硬件设备 , 利用容量为 3 5 0 m A h 的锂离子 电池 , 其初始电压为 4 . 5 v , 其中 块 血氧饱和度 测试仪一直 工作在正常模 式下 , 即实 时的对血氧饱 和 度进 行采集 。另 一块工作在 多模式状态下 , 在两种工作 状态下分别测 试其 在不 同时间 电压 的变化情 况 , 如图5 所示 为不同工作 状态下 的血 氧饱 和度测试仪 的电池 电压变化情况 与工作 时间的关 系。
两个LED传感的反射式血氧方案
图 1:Si1171 结构图
透射式血氧传感方案
பைடு நூலகம்
透射式的血氧传感器可以用 Silicon Labs 的 Si1181 生物识别光学传感 器(内部集成了 PD+AFE),这种适合客户自己做模具,应用比较灵活。也可 以采用 TE 的 FINGER CLIP SPO2 SENSOR,该传感器主要用于医疗指尖的 血氧检测。 Si1181 生物识别光学传感器将业内最低功耗的光学 HR 解决方案结合 到同类最优的电源中。它在一个小巧的 3 x 3 QFN 设备中结合了光电二极管、 模拟前端和模拟数字转换器,并且在缩小 BOM 尺寸的同时,还能够在光学 设计中实现终极灵活性。传感器能够采集优质 PPG 波形,为连续性 HR 测 量提供支持,却只消耗不到 50uA 的电流(LED + 传感器)。其他特性包括 >100dB 的动态范围、内置缓冲器、支持 I2C/SPI 且支持加速度计同步。 图 2:TE 血氧透射式传感器 那为什幺要用红外光(IR)+红光(RLED)两个 LED 来检测血氧? 其实就是因为 HbO2 和 Hb 在可见和红外波段吸收系数不同。现在用的一般 都是 660nm 和 940nm 的 LED,因为 660nm 的时候,两种血红蛋白的吸收系
并且简化了光学设计。此设备还支持 Silicon Labs 的专有运动补偿型 HR 算
法,经过优化之后,用于 Gecko MCU 和 Wieless Gecko SoC 中。这一级别
的集成无与伦比,能够实现系统级功率和性能优化,从而为希望在系统中增
加 HR 的可穿戴设备制造商缩短了上市时间。
反射式血氧传感方案
反射式的血氧传感器如 Silicon Labs(亦称“芯科科技”)的 Si1171 生 物识别光学传感器,内部集成了两个 LED 及 PD。IIC 数字接口,如图 1 所示:
反射式脉搏血氧模拟器设计与应用
RESEARCH WORK22中国医疗设备 2021年第36卷 02期 V OL.36 No.02引言脉搏血氧仪是临床常用的医疗器械,预期用于测量血氧饱和度,能够为生命体征和健康状态监测提供重要信息[1-2]。
传统的脉搏血氧仪以透射式光路设计[3]为主,使用红光和近红外光(常见660、940 nm )两个波长的脉冲光照射手指、耳垂等组织,根据直流分量、交流分量推算氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白的比例,从而计算血氧饱和度[4]。
近年来,随着传感器技术的发展,声称可用于脉搏血氧测量的可穿戴产品越来越多,其形态包括手环、手表、头带等[5-10],有些属于医疗器械范畴,有些属于一般健康产品。
由于反射式脉搏血氧仪目前没有专门的国家标准和行业标准,产品的性能检测还处于探索阶段。
由于光路与佩戴方式差异较大,传统透射式脉搏血氧仪所使用的模拟器[11]无法用于反射式脉搏血氧仪的质控。
目前,业内已研制出能够主动发光的反射式脉搏血氧模拟器[12],由程序驱动光源产生光信号,模拟脉搏血氧仪收到的信号。
这类反射式血氧模拟器存在一定的局限性,波长基本固定在660、940 nm 附近,难以适配绿光、多光谱[13]等新型反射式脉搏血氧仪。
本文设计了一种基于液体流动的反射式脉搏血氧模拟器和测量装置,以不同的方式产生脉搏血氧信号,用于产品的检测。
本文对该模拟器的技术参数进行了测量,在实际的产品检测中进行了应用,有助于加强反射式脉搏血氧仪产品的质量评价工作。
1 装置设计1.1 工作原理反射式脉搏血氧模拟器的工作原理是周期性地模拟光在介质中的衰减,作为给脉搏血氧仪产品的输入。
血氧饱和度的测量在物理上主要依据朗伯-比尔定律。
单色光通过均一、无散射介质层时,入射光强和出射光强之间满足基本公式(1)所示的基本数学表述。
I =I 0e -εcd(1)其中I 为出射光强,I 0为入射光强;ε为分子消光系数,由波长和介质自身决定;c 为介质浓度,d 为光在介质中传播的路径长度。
基于AFE4490的反射式脉搏血氧检测系统
关 键 词 :脉 搏 波 ; 模 拟 前端 ; 信 号处理 ; 反 射 式 血 氧 中 图 分 类 号 :T N 9 1 1 ; R 3 1 8 . 6 文 献 标 识 码 :A D Ol : 1 0 . 1 6 1 5 7 / j . i s s n . 0 2 5 8 - 7 9 9 8 . 1 7 0 0 2 2
2 . S c h o o l o f E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n, G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y, G u i l i n 5 4 1 0 0 4, C h i n a )
Ab s t r a c t :B e c a u s e t r a n s mi s s i o n p u l s e o x i me t e r S d e t e c t i o n r a n g e i s l i mi t e d ,c o mb i n i n g u l t r a —l o w p o we r 4 3 0 s i n g l e c h i p wi t h a n a l o g r f o n t e n d AF E 4 4 9 0 t o me a s u r e P P G, r e l f e c t i v e p r o b e mo d u l e b a s e d o n r e l f e c t i o n me a s u r e me n t p r i n c i p l e i s d e s i g n e d.MS P 4 3 0 c o n — t r o l s AF E 4 4 9 0 t o f u l i f l l d u a l w a v e l e n g t h L E D S f u n c t i o n t i mi n g d a t a a c q u i s i t i o n a n d a mp l i f y a n d f i l t e r ,t h e n s o me d i g i t a l s i g n a l
血氧仪 方案
血氧仪方案1. 引言血氧仪(Pulse Oximeter)是一种用于测量血液中氧气饱和度的医疗设备。
现代血氧仪通常基于红外线技术,结合光电传感器和计算算法,通过反射和吸收血液中的红外光和红光来测量血氧饱和度和脉率等生理参数。
本文将介绍一种基于光电传感器和微控制器的血氧仪方案。
2. 设备组成2.1 光电传感器光电传感器是血氧仪的核心组件之一,用于接收红外光和红光,并转换为电信号供后续处理。
现代光电传感器通常采用LED和光敏二极管(Photodiode)组成,其中LED发出的红外光和红光通过血液吸收后,光敏二极管测量其相对强度变化。
2.2 微控制器微控制器是血氧仪实现血氧饱和度和脉率计算的核心部件。
它接收光电传感器产生的电信号,并进行放大、滤波和信号处理。
常用的微控制器包括STM32系列和Arduino。
2.3 显示屏和操作界面为了方便用户观察和操作,血氧仪通常配备显示屏和操作界面。
显示屏可用于显示血氧饱和度、脉率等参数,并提供菜单和设置选项。
2.4 电源管理模块为了保证血氧仪的正常运行,可靠的电源管理模块是必需的。
电源管理模块可包括电池、充电电路和电源管理芯片,用于提供稳定的电源和管理电池的充电和放电。
3. 方案实现步骤3.1 选型和采购材料根据血氧仪的功能需求和成本考虑,选择合适的光电传感器、微控制器、显示屏和电源管理模块,并进行采购。
3.2 硬件设计和电路连接根据光电传感器和微控制器的规格书和引脚定义,进行硬件设计和电路连接。
保证光电传感器与微控制器之间的信号连接正确和可靠,同时连接显示屏和电源管理模块。
3.3 软件开发根据血氧饱和度和脉率的计算算法,编写微控制器的软件程序。
软件程序包括信号处理、数据计算和显示控制等功能。
在编写过程中,可以参考厂商提供的示例代码和开发工具。
3.4 系统调试和测试完成软件开发后,对血氧仪进行系统调试和测试。
通过模拟各种场景和测试数据,验证血氧仪的性能和准确度。
如有必要,可以进行修正和优化。
反射式小鱼际脉搏血氧计的研制及人体实验校准
第3 5卷 第 1 期 2 0 1 4年 1 月
仪 器
仪 表 学 报
V0 1 . 3 5 No . 1
C h i n e s e J o u ma l o f S c i e n t i f i c I n s t r u me n t
J a n .2 0 1 4 源自反 射 式小 鱼 际脉 搏 血 氧计 的研 制 及 人体 实 验校 准
郭 涛 ,曹征 涛 ,吕沙里 ,帅万钧 , 俞 梦孙
( 1 . 北京航空航天大学生物与医学l 丁程学院 北京 1 0 0 1 9 1 ; 2 . 中国人 民解放军空军航空 医学研究所 北京 1 0 0 0 4 8 ) 北京 1 0 0 1 4 2; 3 . 中国人 民解放 军总医院第一附属医院
i n v a s i v e l y, wh i c h u s u a l l y wo r k s i n t r a ns mi s s i o n mo d e . Th e r e f o r e, t h i s k i n d o f o x y me t e r s c a n o n l y b e a p pl i e d t o t he pe —
G u o T a o , C a o Z h e n g t a o ,L v S h a l i , S h u a i Wa n j u n , Y u Me n g s u n
基于AFE4400的反射式血氧饱和度检测系统
基于AFE4400的反射式血氧饱和度检测系统陈真诚;甘永进;朱健铭【摘要】由于透射式血氧的检测方法受到使用范围限制,因此通过反射式来检测血氧饱和度成了发展的主流.介绍了一种以MSP430F5529为处理器,且基于TI血氧模拟前端芯片AFF4400的反射式脉搏血氧饱和度检测系统的设计方案.通过对比几种基于小波变换的滤波算法的去噪效果,选择最优的滤波算法,以MSP430F5529超微功耗单片机为核心处理器来实现对指尖脉搏信号的采集和降噪的处理.经过实际检验验证样机,基本实现了反射方式对脉搏血氧饱和度的检测功能.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】4页(P91-93,96)【关键词】血氧饱和度;AFE4400;反射式;MSP430F5529;小波去噪【作者】陈真诚;甘永进;朱健铭【作者单位】桂林电子科技大学生命与环境科学学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学生命与环境科学学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学生命与环境科学学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】R318.6未来对血氧饱和度检测系统的发展趋势是反射式、集成化、体积小、便携、高灵敏度、高精确度以及低功耗等[1~4]。
在无创伤透射式血氧检测设备的设计中,被检测部位(如手指)被放置于两个发光管与接收管之间[5]。
但是由于透射式血氧传感器使用范围受限,不能使用透射式血氧传感器在体表部位(如额头、胸部等)进行血氧饱和度的检测[6],且长时间测量不仅使得被测者感到不适,还会对测量结果的准确性造成影响。
与透射式血氧饱和度检测不同,在反射式血氧饱和度检测中,两个发光管和一个接收管位于被检测部位的同一侧,接收管接收来自体表的反射光,血氧饱和度的计算就是通过接收到的不同强度的反射光进行的。
本文设计的血氧饱和度采集检测装置考虑到了便携、低功耗等特点,采用TI脉冲血氧仪的集成模拟前端AFE4400,这种模拟前端集成了脉冲控制电路、滤波放大电路以及A/D转换和D/A转换模块等血氧前端采集电路必要功能模块,从而取代了传统复杂的外围模拟电路设计,不仅实现了脉搏血氧信号采集、预处理和显示,也使得整个系统的体积减小。
血氧饱和度监测仪设计毕业论文(设计)
血氧饱和度监测仪设计毕业论文(设计)引言血氧饱和度监测仪是一种用于测量人体血液中的氧气浓度的仪器。
它在医学领域中具有重要的应用,可以帮助医生诊断和监测患者的健康状况。
本论文旨在设计一种血氧饱和度监测仪,以提供准确可靠的血氧测量结果。
设计目标本设计论文的目标是开发一种血氧饱和度监测仪,具备以下特点:- 准确度高:能够精确测量血氧饱和度,并提供可靠的测量结果。
- 方便易用:操作简单,适合医疗人员和患者使用。
- 低成本:采用经济实惠的材料和组件,以降低生产成本。
设计方法为了实现上述设计目标,本论文将采用以下设计方法:1. 系统设计:分析血氧测量的原理和方法,设计一个完整的血氧饱和度测量系统。
2. 硬件设计:选择合适的传感器和电路组件,设计一个精确、稳定的测量电路。
3. 软件设计:开发一个可视化的用户界面,用于显示血氧测量结果和提供其他功能。
4. 材料选择:选择适合的材料,既能满足设计要求,又能降低成本。
5. 测试和验证:对设计的血氧饱和度监测仪进行测试和验证,确保其性能符合设计要求。
预期成果完成本论文设计后,预期将得到以下成果:1. 一种血氧饱和度监测仪的设计方案,包括硬件和软件设计。
2. 测试和验证结果,证明该设计方案的准确度和可靠性。
3. 对于不同应用场景的适用性分析,指导进一步的改进和应用。
论文结构本论文将按照以下结构组织:1. 引言:介绍血氧饱和度监测仪的背景和设计目标。
2. 文献综述:回顾相关的研究和技术,为本设计提供理论基础。
3. 系统设计:详细描述血氧饱和度监测仪的系统设计和原理。
4. 硬件设计:描述血氧饱和度监测仪的硬件组成和电路设计。
5. 软件设计:介绍血氧饱和度监测仪的软件设计和界面展示。
6. 材料选择:讨论适用于血氧饱和度监测仪的材料选择和成本考虑。
7. 测试与结果:介绍对设计方案进行的测试和验证,展示实验结果。
8. 结论与展望:总结本设计论文的成果,并探讨未来改进和应用的方向。
实验一与实验二_血氧饱和度检测仪设计实验
YJ-02型医学电子教学仪器综合试验箱第一部分综合实验箱简介 (2)第二部分实验项目 (4)实验一温度测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验二心血管参数测试........................................... 错误!未定义书签。
实验三肺功能参数测试 ........................................... 错误!未定义书签。
实验四握力测试 .............................................................. 错误!未定义书签。
实验五血压测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验六心电测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验七血氧饱和度测试 (4)实验八脉搏波波速测试 (12)第三部分附录 .....................................错误!未定义书签。
一、心血管参数测试.......................................................... 错误!未定义书签。
二、肺功能参数测试.......................................................... 错误!未定义书签。
三、血压测量 ............................................................................ 错误!未定义书签。
反射式血氧仪原理
反射式血氧仪原理
反射式血氧仪原理
反射式血氧仪是一种检测血氧饱和度的仪器。
它通过检测发射出的光的反射率来测量血氧饱和度。
它的原理是:通过一个发射器,发射出具有不同频率的光,在光照射到血液中时,血液中的氧吸收了其中一部分光,而另一部分光继续反射出来,这时,血液中吸收的光与反射出来的光之比就是血氧饱和度的指标。
反射式血氧仪的优点在于可以实现快速、准确的血氧测量,无需实验室条件,可以在家中使用,方便快捷。
它的缺点是使用者必须熟练掌握血氧仪的操作方法,避免出现误操作,以免影响测量结果。
反射式血氧仪的应用非常广泛,它不仅可以用于临床诊断,也可以用于日常生活中的保健,帮助我们了解自己的血氧情况,从而及时采取措施,关注自身健康。
总之,反射式血氧仪是一种实用的仪器,可以帮助人们快速、准确的测量血氧饱和度,从而更好地保护健康。
反射式血氧仪原理
反射式血氧仪原理
1 反射式血氧仪原理
反射式血氧仪是一种常用的血氧仪,用于测量血液中的氧分压。
它采用干涉技术,在通过器官的血流中反射出的光信号来计算血氧。
反射式血氧仪的核心是一个反射仪,它可以捕获血液中的光束,
然后发出另一个光信号。
当血氧分压高时,血液中会吸收所有的光能。
反射仪发出的光束会反射回本身;当血氧分压低时,血液中会发出一
些弱的光能。
反射仪发出的光束会形成干涉,从而形成叠加。
反射仪反射回来的光束会传输到传感器上。
传感器会把所有信号
传送到一个电脑,然后由电脑程序处理,包括调制测量出的信号。
根
据输入的数据,电脑会把所有的信号转换为血氧分压的数据,然后以
可视化的形式显示在屏幕上。
反射式血氧仪有一个很大的优势,它可以通过一个小的器官来测
量血液中的氧分压,而不需要把它插入血液中。
这样可以大大减少插
入器官的损害。
反射式血氧仪可以精确、准确、非侵入式地测量血液中的氧分压,是一种非常重要的医疗设备,在未来可以得到更广泛的使用。
反射式血氧饱和度定标方法
反射式血氧饱和度定标方法
反射式血氧饱和度定标方法是一种通过测量反射光强度来确定血氧饱和度的方法。
具体步骤如下:
1. 准备反射式血氧饱和度监测设备,包括光源和光敏元件。
2. 将光源置于待测区域的一侧,发出特定波长的光。
3. 光敏元件置于另一侧,用于接收反射的光。
4. 使用已知血氧饱和度的标准样本进行定标。
将标准样本放置在待测区域,调整光源的强度,使得光敏元件测得的反射光强度与标准样本的血氧饱和度相匹配。
5. 测量待测样本的反射光强度,并根据已定标的关系曲线,确定血氧饱和度。
需要注意的是,反射式血氧饱和度定标方法可能会受到环境光的干扰。
因此,在进行定标和测量时,需要避免外界光线的干扰,以确保准确性和可靠性。
反射式小鱼际脉搏血氧计的研制及人体实验校准
1引 言
动脉血氧饱和度( arterial oxygen saturation,SaO2 ) 是 反映人体缺氧与否的重要指标,因此监测 SaO2 在临床医 学中具有重要的意义,已广泛应用于临床的很多场合,例 如麻醉[1]、睡眠监测[2]、重症监护[3]等。医疗实践中对于
SaO2 的监测主要采用脉搏血氧计( pulse oximetry) ,其测 量的脉搏 血 氧 饱 和 度 ( pulse oxygen saturation,SpO2 ) 与 SaO2 高度相关。脉搏血氧计依据工作原理分为透射式 和反射式 2 种[4]。透射式脉搏血氧计要求被测部位必须 具有透光性,因此能够应用此类脉搏血氧计的部位有限, 通常是手指或者耳垂等末梢部位。在寒冷环境中,末梢 组织会出现低灌注的情况,这会显著影响脉搏血氧仪的
h2 max
3μaμs
( 3)
式中: μa 为介质的吸收系数,μs 为介质的约化散射系数。
手掌小鱼际处的皮层组织总厚度约 3 mm,可近似认为皮
32
仪器仪表学报
第35 卷
层组织各层( 表皮、真皮、皮下组织) 所需的最大穿透深
度 hmax 即为 3 mm,若设皮层中第 i 层组织的 μa 和 μs 分别 为 μai 和 μsi ,代入式( 3) 可得到穿透该层组织所需的发射 与接收距离 Li 为:
第 35 卷 第 1 期 2014 年 1 月
仪器仪表学报
Chinese Journal of Scientific Instrument
Vol. 35 No. 1 Jan. 2014
反射式小鱼际脉搏血氧计的研制及人体实验校准*
郭 涛1,2 ,曹征涛2 ,吕沙里2 ,帅万钧3 ,俞梦孙2
( 1. 北京航空航天大学生物与医学工程学院 北京 100191; 2. 中国人民解放军空军航空医学研究所 北京 100142; 3. 中国人民解放军总医院第一附属医院 北京 100048)
基于AFE4490的反射式脉搏血氧检测系统
基于AFE4490的反射式脉搏血氧检测系统甘永进;甘国妹;蒋曲博;宁维莲;胡良红【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2017(43)8【摘要】因透射式血氧仪检测范围受限,根据反射式测量原理设计光电容积脉搏波探头检测模块,并采用MSP430超低功耗单片机结合血氧模拟前端AFE4490实现对光电容积脉搏波的采集.由MSP430控制AFE4490实现双波长发光管交替发光、数据采集以及放大滤波,并采用数字信号处理技术进行去噪工作.实验表明,所设计的反射式血氧检测系统能有效地检测指尖脉搏,处理得到的脉率和血氧参数误差在3%以内.%Because transmission pulse oximeter's detection range islimited,combining ultra-low power 430 single chip with analog front end AFE4490 to measure PPG,reflective probe module based on reflection measurement principle is designed.MSP430 controls AFE4490 to fulfill dual wavelength LED's function timing data acquisition and amplify andfilter,then some digital signal processing method is used for signal de-noising.Experiments show that the reflectance oxygen saturation detecting system can monitoring pulse effectively,and the error is within 3%.【总页数】4页(P92-94,99)【作者】甘永进;甘国妹;蒋曲博;宁维莲;胡良红【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000【正文语种】中文【中图分类】TN911;R318.6【相关文献】1.基于AFE4400的反射式血氧饱和度检测系统 [J], 陈真诚;甘永进;朱健铭2.基于AFE4490的脉搏血氧仪的设计 [J], 杜武松3.基于AFE4490的无创血氧检测系统设计 [J], 张纯青;千博4.反射式脉搏血氧饱和度检测系统的设计与实现 [J], 万佳喜;邹玉华;韩国成;王俊5.基于AFE4404的脉搏血氧检测系统 [J], WU Jie;LI Kaiyang因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
耳部佩戴型反射式无线血氧监测仪的研制
耳部佩戴型反射式无线血氧监测仪的研制张蕾蕾;朱辰;郑敏;罗章源;郭清奎;徐烨;于航;金勋;张文赞【期刊名称】《生物医学工程学进展》【年(卷),期】2018(39)3【摘要】针对透射式血氧饱和度测量仪存在佩戴不舒适,不适于长期佩戴的问题,该文设计的耳部佩戴型反射式无线血氧监测仪,由耳塞与主体部分组成,耳塞中有反射式传感器,采用有弹性的材料,符合人体工学设计,适合多数人佩戴.主体部分包括信号采集转化模块、数字信号处理模块、运动监测模块、存储模块、低功耗蓝牙透传模块、电源管理电路及电池和充电模块.嵌入式软件包括控制和算法,实现对硬件系统各个模块的控制和设置,以及数据的滤波,血氧值、脉搏值的计算等.设计了血氧监测APP,注册账户后,可以实时显示通过蓝牙传输的血氧饱和度值、脉搏波、脉率、设备状态等信息.该设计适合长期佩戴和记录血氧饱和度等相关数据,有助于低氧血症及其相关事件的及时检出与治疗.【总页数】5页(P130-134)【作者】张蕾蕾;朱辰;郑敏;罗章源;郭清奎;徐烨;于航;金勋;张文赞【作者单位】恩识医疗科技上海有限公司上海,201112;上海交通大学医学院附属同仁医院上海,200336;上海交通大学医学院附属同仁医院上海,200336;恩识医疗科技(上海)有限公司上海,201112;上海交通大学医学院附属同仁医院上海,200336;上海交通大学医学院附属同仁医院上海,200336;恩识医疗科技(上海)有限公司上海,201112;恩识医疗科技(上海)有限公司上海,201112;恩识医疗科技(上海)有限公司上海,201112【正文语种】中文【中图分类】R444【相关文献】1.近红外双波长反射式脑血氧监测仪的研究 [J], 韩素敏;王裕清2.自行设计新型反射式血氧饱和度监测仪设计与应用的可信性 [J], 李景文;龙村;张保洲;朗亚军;黄兵3.新型反射式体外循环血氧饱和度监测仪的设计 [J], 李景文;龙村;张保洲;郎亚军;黄兵4.基于RF无线数据传输技术的近红外血氧监测仪的研制 [J], 刘方;骆清铭;李鹏程;徐国栋5.数字式无线肌血氧监测仪的研制 [J], 张海宁;李岩;张翔;谢则平;瞿安连因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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科技信息1、前言无创伤血氧饱和度检测已经广泛应用于临床患者的监护和手术中的麻醉监护。
随着人们健康意识的不断提高,日常的健康监护、康复监护甚至有些运动员的体征检测和在高危环境下作业人员的体征检测都需要用到血氧饱和度数据。
所以血氧饱和度的研究具有广泛的研究价值和应运前景。
目前在临床上我们广泛使用的血氧饱和度检测工具基本上都是生命参数测试仪,这类仪器体积庞大携带不方便而且需要固定电源,虽然这些年也出现了大量便携式的透射光法血氧计,并且技术已经相对成熟,国内外很多研究机构都对其软件和硬件做了充分的探讨,并且已经出现大量成熟的产品,但由于透射式血氧饱和度测试仪一般只能夹在手指上,测试位置比较单一,不能测试人体多个位置的血氧饱和度甚至很多时候都会影响到被测试者的日常活动,很不方便。
根据这些局限我们设计出了一种基于Zigbee的反射式血氧饱和度测试仪,并对以往的透射式的血氧饱和度测试仪电路进行了改进,使电路更简单,功耗更小,并通过Zigbee网络使血氧饱和度数据能够实现无线数据传输和远程监护的目的。
2、反射式血氧饱和度的检测原理透射式血氧饱和度检测中,光检测器与发光二极管分别置于被检测部位的两侧,通过发光二极管发出的光透过人体组织然后被光检测器接收,通过接收到的光强度来计算血氧饱和度值。
而反射式血氧饱和度检测仪的光检测器和发光二极管是在同一侧的,光波在通过人体组织时除了一部分被人体组织吸收以外,还会有另外一部分散射出来。
根据光的传播理论,光子的传播可用组织光学特性参数来描述,这些特性参数定量的描述了组织光学效应。
反射式血氧饱和度检测仪就是通过这部分散射光对血氧饱和度进行计算的,反射式血氧饱和度检测原理如图1所示:图1反射式血氧饱和度检测原理由于透射式和反射式都是利用人体对于光的吸收和未吸收量的比例来计算人体血氧饱和度值的,所以本质上没有太大差别,根据Lan-bert—Beer定律我们得到的透射式血氧饱和度计算公式在原理上与反射式的推导公式是相同的。
所以根据透射光推导方式同样可以得到反射式血氧饱和度的计算公式,反射式血氧饱和度的计算公式如式(1)所示:SpO2=A-B⋅I λ1AC/Iλ1DCI2AC/I2DC (1)3、反射式血氧饱和度检测仪的硬件设计基于微型化、低功耗、便携式和网络化的要求我们设计的反射式血氧饱和度检测仪采用CC2530芯片作为检测仪的主控芯片,它主要具有数据采集和处理,功耗控制,无线数据传输和组网的功能。
为了使检测仪更微型化,电路更加简单,准确性更高我们放弃了传统的光电接收器而采用数字光频转换接收器,这样省去了大量的模拟器件,使电路大大简化,并且数字化的信号采集器件使得信号受到的电磁干扰更少,可靠性得到了提高。
整个系统主要包括电源管理电路,反射式血氧探头,探头驱动电路,自动增益控制电路,Zigbee无线发送模块等,其系统框架如图2所示:图2反射式血氧饱和度检测仪结构框图3.1反射式探头的设计发光管我们采用常用的血氧饱和度发光管,光接收器采用的是TSL235光频转换器,它是一种高度集成的器件,内部包含了光电二极管、放大器、限幅器、积分电路、带通滤波器、比较器等,它可以直接将光信号转换成频率信号输出,与传统的光信号采集电路相比省去了放大滤波等电路,使电路得到了很大的简化,并且可靠性得到了进一步的提高,有利于小型化和低功耗的设计。
TSL235光频转化在600nm到900nm光频范围内的响应率相对较高很适合应用到血氧饱和度的采集中。
3.2LED驱动电路的设计LED驱动电路作为血氧饱和度测试仪的重要组成部分,驱动电路的设计对于整个系统的工作性能有很大的影响。
为了使系统达到微型化和低功耗的目的,我们要使电路尽量的简单和使用低功耗的器件。
此处我们采用660nm和905nm双波长的LED灯,两个波长的LED灯交替发光。
并且在此驱动电路中我们加入了自动增益控制模块,能根据不同的测试者自动的调节发射光强度,使其达到最适合血氧饱和度测量的条件,并且可以使LED灯消耗的能量达到最小,节省了功耗。
驱动电路如图3所示:图3红光、红外光驱动电路3.3无线收发模块本检测仪的设计是基于Zigbee网络的,所以具有组成Zigbee网络的能力,网络化是该检测仪的最大特点。
在设计中我们采用CC2530芯片作为主控芯片,它包含了一个增强型工业标准的8051内核为系统提供数据处理,自动增益控制,驱动控制等功能,并且还包含一颗CC2530射频收发器,其工作频率范围为2.4-2.4835GHz,采用IEEE802.15.4规范要求的直接序列扩频方式,采用O-QPSK调制方式,灵敏度达到-94dBm。
这样使系统具有很高集成度的同时也使系统的功耗得到反射式血氧饱和度测试仪的设计重庆邮电大学生物医学工程研究中心李章勇刘亚东姜瑜王伟[摘要]反射式血氧饱和度测试仪是利用人体血液对特定波长光的吸收强度的关系结合扩散传输理论得出反射式血氧饱和度的计算公式,据此研究出一种基于Zigbee网络的血氧饱和度检测系统。
本文通过硬件和软件的改进大大降低了系统的功耗,并且通过加入相应的滤波算法,使得系统在简单电路下便能达到理想的滤波效果。
最后通过对Zigbee网络的应用使得本文设计的反射式血氧饱和度的应用范围得到了进一步的扩展。
[关键词]反射式血氧饱和度低功耗ZigbeeCC2530基金项目:本文受工信部重大项目(2011)353和重庆市教委KJ100502项目支持。
——75了一定的降低。
4、低功耗设计因为我们设计的血氧饱和度检测仪要求具有组成Zigbee无线网络的功能所以只能采用电池供电的方式,所以功耗控制是保证系统长时间、可靠、稳定工作的前提。
我们利用两种方式来达到功耗控制的目的。
其一是硬件方面,主要采取的方法是简化电路,使元器件的数目达到最小,并且选择功耗较小的器件。
其二就是优化系统的工作模式,本文提出了一种多模式的血氧饱和度检测工作状态,它可以使血氧饱和度检测仪根据特定的情况工作在不同的状态下。
我们知道血氧饱和度检测仪最耗能的部分就是红光和红外光驱动电路,所以在光驱动部分我们采取两种工作模式来降低功耗即正常工作模式和检测工作模式。
正常工作模式是指血氧饱和度检测仪实时的对血氧信号进行采集和处理,这样发光管的发光频率较高;检测工作模式是指血氧饱和度检测仪每隔十秒钟对血氧信号检测一次,这样使得发光管的发光频率大大降低,而人体血氧值相对来说不会在很短的时间内从正常值发生很大的改变,所以十秒钟检测一次基本能够满足日常的检测。
这样既能很好的检测病人的血氧饱和度值又能减少发光管的发光次数降低功耗。
具体工作流程如图4所示:图4多模式工作流程图当血氧饱和度检测仪启动以后首先进入正常工作模式,正常工作模式的运行时间为2分钟,然后判断2分钟内的血氧值是否出现过异常情况,如果正常则进入检测模式,如果不正常则循环正常工作模式。
在检测工作模式下计算一次血氧值,然后判断血氧值是否正常,如果正常则看检测工作模式循环次数是否溢出。
在这里我们设定检测工作模式的循环次数是60次,即使血氧饱和度值一直处于正常状态,过一段时间后也要跳出检测工作模式进入正常工作模式,这样进一步提高了血氧饱和度测试仪的可靠性。
如果循环次数达到60次则进入正常工作模式,没有达到60次则继续进入检测工作模式。
如果在检测工作模式下测得血氧值不正常则马上进入正常工作模式。
下面为我们对血氧饱和度测试仪的功耗进行的测试,采用同样的硬件设备,利用容量为350mAh的锂离子电池,其初始电压为4.5v,其中一块血氧饱和度测试仪一直工作在正常模式下,即实时的对血氧饱和度进行采集。
另一块工作在多模式状态下,在两种工作状态下分别测试其在不同时间电压的变化情况,如图5所示为不同工作状态下的血氧饱和度测试仪的电池电压变化情况与工作时间的关系。
图5两种不同工作状态下工作时间与电压的关系从图5我们可以明显的看出采用多模式的工作状态的血氧饱和度测试仪耗电量明显的下降了。
5、可靠性设计5.1滤波算法实现我们在保证血氧饱和度测试仪低功耗的同时,也要保证其测量的准确性和可靠性。
人体血氧饱和度值是一个不断变化的微弱信号,其容易受到外界干扰,且外界干扰信号会对测量结果产生很大的影响。
因此,这里我们采用限幅中值滤波算法对干扰信号进行滤波,保证血氧信号的可靠性和准确性。
这里提到的限幅中值滤波算法是对限幅滤波算法和中值滤波算法的一种改进算法。
限幅滤波算法具有高精度、高可靠性和高稳定性的特点,在单片机系统中被广泛的应用,限幅滤波算法主要对变化相对缓慢的数据有很好的处理能力。
限幅滤波算法实现简单,适用范围广,同时能够有效克服偶然因素引起的脉冲干扰,其算法如下:①将采用的数据按照先后顺序排列得到测量数列:x1,x2,...,x n。
其中x1为测量的第一个数,x n为测量的最后一个值。
②计算相邻测量值的增量y i,y1=|x2-x1|,y2=|x3-x2|,⋯,y n-1 =|x n-x n-1|。
③A是相邻两个采样值的最大允许增量,其值A= y1+y2+,...,+y n-1n。
当y i值大于A时判断y i+1是否大于A,若大于则x i+1为误差采样,若小于则x i为误差采样。
此时我们将剔除误差值,然后我们利用中值滤波算法将剩余的采样值按大小顺序排列,取得这列数组的中间值即为发光管发光一次所获得的光强度值。
若数组长度为偶数则取中间两个数的平均值作为最终的结果。
图6为我们利用一段已知信号来检测限幅中值滤波算法的滤波效果图。
图6不同滤波方式下的滤波效果对比从图中我们可以看出未加滤波算法的采样信号有一定程度的误差,虽然跟原始信号基本吻合但是对于准确性和可靠性要求较高的信号来说显然不能满足其要求。
经过滤波算法处理过的信号跟原始信号有很高的吻合度,基本能够满足血氧饱和度对准确性和可靠性的要求。
5.2可靠性验证图7生理参数测试仪与反射式血氧饱和度检测仪结果对比上面为我们对系统的功耗和滤波算法效果进行的验证,其结果达到了我们设计的目的,下面我们对系统性能做综合验证,证明系统的可靠性和准确性。
我们采用的验证方法是:通过生理参数测试仪采集一个人的血氧饱和度同时也通过我们设计的反射式血氧饱和度测试仪采集此人的血氧饱和度。
生理参数测试仪采用的是指夹式的方式测量血氧饱和度。
反射式血氧饱和度采集的是人体额头的血氧饱和度。
从图7可以看出生理参数测试仪测得的血氧饱和度的数据跟反射式血氧饱和度测试仪测得的数据基本吻合,有些地方还存在着一些偏差,存在偏差的原因有以下几个方面:生理参数测试仪虽然技术已经很成熟,但是也会(下转第78页)——76[10]Shiraki K ,Sugimoto K ,Yamanaka Y ,et al.Overexpression of X-linked inhibitor of apoptosis in human hepatocellular carcinoma.Int J Mol Med,2003,12(5):705-708.[11]Berezovskaye O ,Schimmer AD ,Glinskii AB ,et al.Increased ex-pression of apoptosis inhibitor protein XIAP contributes to anoikis resis-tance of circulating human prostate cancer metastasis precursor cell [J ].Cancer Res ,2005,65(6):2378-2386.[12]Braybrooke JP ,Vallis KA ,Houlbrook s ,et al.Evaluation of tore-mifene for reversal of multidrug resistance in renal cell cancer patients treat-ed with vinblastine.Cancer Chemother Pharmacol ,2000,46(1):27-34.[13]来卫东,胡娜,刘琳琳等.As 2O 3对肾癌细胞786-0凋亡抑制蛋白XIAP 表达的影响[J ].山东医药,2011,51(46):4-6.[14]刘泰荣,杨罗艳.XIAP 反义寡核苷酸对肾癌细胞的作用及对其化疗敏感性的影响[J ].中华实验外科杂志,2010,27(5):672-673.[15]Oost TK ,Sun C ,Armstrong RC ,et al.Discovery of potent an-tagonists of the antiapoptotic protein XIAP for the treatment of cancer.J Med Chem,2004;47:4417-4426.[16]Chawla-Sarkar M ,Bae SI ,Reu FJ ,et al.Downregulation of Bcl-2,FLIP or IAPs (XIAP and survivin)by siRNAs sensitizes resistant melanoma cells to Apo2L/TRAIL-induced apoptosis.Cell Death Differ ,2004,11:915-923.[17]Li Y ,Jian Z ,Xia K ,et al.XIAP is related to the chemoresistance and inhibited its expression by RNA interference sensitize pancreatic carci-noma cells to chemotherapeutics.Pancreas,2006;32:288-296.[18]Hatano M ,Mizuno M ,Yoshida J.Enhancement of C2-ce-ramide antitumor activity by small interfering RNA on X chromo-some-linked inhibitor of apoptosis protein in resistant human glioma cells.J Neurosurg,2004;101:119-127.[19]Wu TY ,Wagner KW ,Bursulaya B ,Schultz PG ,Deveraux QL.Development and characterization of nonpeptidic small molecule inhibitors of the XIAP/caspase-3interaction.Chem Biol,2003;10:759-767.[20]Berezovskaya O ,Schimmer AD ,Glinskii AB ,Pinilla C ,Hoffman RM ,Reed JC ,Glinsky GV.Increased expression of apoptosis inhibitor protein XIAP contributes to anoikis resistance of circulating human pros-tate cancer metastasis precursor cells.Cancer Res,2005;65:2378-2386.[21]Schimmer AD ,Welsh K ,Pinilla C ,Wang Z ,Krajewska M ,Bon-neau MJ ,Pedersen IM ,Kitada S ,Scott FL ,Bailly-Maitre B ,Glinsky G ,Scudiero D ,Sausville E ,Salvesen G ,Nefzi A ,Ostresh JM ,Houghten RA ,Reed JC.Small-molecule antagonists of apoptosis suppressor XIAP exhibit broad antitumor activity.Cancer Cell,2004;5:25-35.[22]Vassilev LT ,Vu BT ,Graves B ,Carvajal D ,Podlaski F ,Filipovic Z ,Kong N ,Kammlott U ,Lukacs C ,Klein C ,Fotouhi N ,Liu EA.In vivo activation of the p53pathway by small-molecule antagonists of MDM2.Science,2004;303:844-848.(上接第74页)产生一定的误差,所以我们设计的反射式血氧饱和度测试仪不可能跟生理参数测试仪测得的结果完全吻合;生理参数测试仪测量的是手指上的血氧饱和度,而我们的反射式血氧饱和度测量的是额头的血氧饱和度,这两个地方的血氧饱和度本身存在一定误差;反射式和透射式的测量原理有一定的区别不能完全等同。