血氧 检测电路
基于AFE4490的脉搏血氧仪的设计
基于AFE4490的脉搏血氧仪的设计作者：杜武松来源：《科技风》2017年第14期DOI：10.19392/ki.16717341.201714214摘要：以AFE4490集成模拟前端为信号处理，以STM32F103单片机为核心，在液晶屏显示测量结果，通过GPRS模块将数据上传网络，医生和家人可随时通过网络了解测试者的血氧参数情况。
关键词：AFE4490；STM32；GPRS；脉搏血氧仪一、概述生命的基本过程就是机体细胞摄入氧排出二氧化碳产生能量的过程，当组织得不到充足的氧，组织的代谢、机能、甚至形态结构都可能发生异常。
脉搏血氧仪是一种无创的，可连续监测人体内动脉血氧饱和度的测量仪器，随着人们对健康的日益关注，脉搏血氧仪产品逐步进入家庭。
二、脉搏血氧仪的测量原理人体的血氧饱和度测量使用光电容积脉搏波描记法，是一种利用皮肤对光的反射或者透射来评价血液含氧量等有关信息的方法。
人体脉搏血氧饱和度测量是以朗伯比尔定律和血液中氧合血红蛋白（HbO2）及非氧合血红蛋白（Hb）对红光和红外光吸收特性差异为基础，使用两种不同波长的红光和红外光照射到人体组织上，入射光由于受到皮肤肌肉和血液的吸收而衰减，出射光强度则会减弱，通过测量光线的变化来计算出脉搏血氧饱和度（SPO2）。
脉搏血氧饱和度的计算公式如下：SPO2 =ABR+CR2，式中，A、B、C为定标常数，可以由定标试验获得，R为两种波长的光吸收比率，R = Vredac/VreddcViredac/Vireddc，其中，Vredac为红光交流分量；Vreddc为红光的直流分量；Viredac为红光交流分量；Vireddc为红光的直流分量。
设计中选用660nm红光和940nm红外光，因为在此波长组合处，氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收差别较大。
三、硬件设计本文硬件电路使用血氧模拟前端AFE4490和单片机STM32F103搭建，通过测量人体血氧饱和度，来计算获得心率与血氧数据，在液晶屏上进行显示，并将数据上传至网络，数据便可远程查看。
血氧饱和度光电信号处理电路设计
实验报告实验项目名称： 血氧饱和度光电信号处理电路设计一、实验目的1.了解血氧饱和度测试的意义和无创伤测试基本原理。
2.掌握血氧饱和度双路光电电路设计。
3.掌握信号滤波及放大电路二、实验环境 硬件：PC 机，基本配置CPU PII 以上，内存256M 以上； 软件：Proteus 、keil4三、实验原理1.血氧饱和度测定的意义血氧饱和度是衡量人体血液携带氧能力的重要参数。
由于氧通过呼吸进入细胞进而被血红蛋白所氧合是由多个环节组成，其中任何一个环节出现问题均可导致供氧障碍。
监测动脉血氧饱和度可以对肺的氧合和血红蛋白携带能力进行估计，在临床上具有重要的意义。
在临床实践中，估计动脉氧合能力有多种方法，最常用的是取动脉血，但这种方法需要动脉穿刺或者插管，且不能连续监测。
无创伤检测动脉血氧饱和度的方法，是一种采用脉搏血氧测量法的动脉血氧饱和度测量方法，它的特点是能够在无创伤条件下实现连续测量动脉血氧饱和度，使用方便，应用前景广泛。
2.脉搏血氧测量法基本建模原理脉搏血氧测量法的原理是基于光学定律-----朗伯特—比尔定律建立无创伤血氧饱和度测量的模型和基于光学脉搏容积描记法建立动脉组织的模型。
比尔定律认为：光通过物质时，它的强度会或多或少的减弱，这种现象叫做光的吸收。
实验证明：当单色光通过溶液时，透射光的强度与溶液的浓度、厚度、入射光的波长有关。
称为吸光度。
换言之，如果我们测出吸光度，而厚度、入射光的波长已知，则可以计算出溶液的浓度。
脉搏血氧测量正是利用了这一原理。
在脉搏血氧测量法中，假设忽略动脉血管中其它成份影响仅考虑氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb),则血氧饱和度SpO2的定义是：SpO2＝HbHbO HbO C C C 222HbO C 表示氧合血红蛋白含量；HB C 表示还原血红蛋白含量。
两种血红蛋白在红光谱区吸收差别很大，而在近红外光谱区，吸收差别较小，所以不同氧饱和度的血液光吸收程度主要与两种血红蛋白含量比例有关。
AFE4400+MSP430指甲式血氧仪设计方案
SPO2电路板1.基本原理1.1 基本原理说明采用振荡法测量脉搏血氧饱和度（SpO2）。
分透射法和反射法，反射法的光源与光敏元件的距离为4~10mm。
本方案采用透射法用于耳垂。
溶液中氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对不同波长的光的吸收系数不同，如下图所示，在波长为600~700nm的红光区，Hb的吸收系数比HbO2的大；而在波长为800~1000nm的近红外光区，HbO2的吸收系数比Hb的大；在805nm附近是等吸收点。
基于这种光谱特性，两种波长的透射光强之比，与脉搏血氧饱和度（SpO2）近似成线性，有以下近似公式：，其中，I R/I IR为红光和近红外光透射光强之比；k1，k2为常数。
实践中用660nm的红光和880/905/940nm的近红外光，通过分时电路交替照射含动脉血管的部位，光电管检测透射光强并将两种波长的信号分离出来。
将两种波长对应信号，去除直流分量（表皮、肌肉、骨骼和静脉等引起的光吸收）；剩下交流分量（动脉血的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动做周期性的改变引起的）。
交流分量的脉动规律与心脏的搏动一致，用来计算心率；两种交流分量之比用来计算脉搏血氧饱和度（SpO2）。
由于生物组织是一个各向异性、强散射、弱吸收的复杂光学介质；LED发出的光虽然单色性很好但是也还是有一定光谱宽度，不同批次的LED的峰值波长也会有不一致性；再加之以上的线性公式也只是近似值。
因此实际应用中，采用以下的公式来作经验定标：，其中，k1，k2，k3为经验定标常数。
1.2 系统组成2.各单元电路详细设计及性能指标计算2.1 电源电路部分2.2 AFE（血氧)部分接收通道1）接收前端接收器是一个差分的电流-电压转阻放大器，将光电二极管的输入电流转换为适当的电压。
其反馈电阻R F可选择：1 MΩ, 500 kΩ, 250 kΩ, 100 kΩ, 50 kΩ, 25 kΩ, 10 kΩ。
反馈电阻R F和反馈电容C F，组成一个低通滤波器。
双波长频分式血氧饱和度检测仪设计报告 摘要：该检测仪是一种可以实现 ...
双波长频分式血氧饱和度检测仪设计报告摘要：该检测仪是一种可以实现无创检测动脉血氧饱和度的仪器。
而本篇设计报告将以两种血红蛋白的光谱特性和郎伯——比尔定律为切入点阐述双波长、频分式的概念以及透射法检测血氧饱和度的原理，并对处理各种相关信号的电路进行分析。
一 基础概念和方法1．关于血氧饱和度血氧饱和度指血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO 2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，亦指血红蛋白实际结合的氧气占血红蛋白所能结合氧气最大量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。
其定义式为式中，CHbO 2和CHb 分别表示组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度，SaO 2表示血氧饱和度值。
2．脉搏波和光电容积脉搏波描记法心脏收缩时，有血液进入原已充满血液的动脉中使得该处血管壁扩张；心脏停止收缩时，原来扩张的血管也随之收缩，并驱动血液向前流动，从而又使前面的血管壁扩张。
由于此过程类似于波在介质中的传播，故称为脉搏波，它包含了许多重要的生理信息，也因此成为提取信息的重要媒介。
下图即为脉搏波的波形光电容积脉搏波描记法是通过光电手段在活体组织中检测血液容积变化的无创检测方法。
正常生理情况下，动脉血管搏动而静脉和毛细血管不搏动。
若用一束光照射手指，静脉、毛细血管、动脉血的非脉动部分和非血液成分组织对光的吸收保持恒定，而动脉血的脉动部分对光的吸收则会呈周期性变化：光吸收量最大，透射光强度最小，反之亦然。
正如下图所示3．动态光谱理论动态光谱指各个单波长对应的单个光电脉搏波周期上吸光度的最大值与最小值之差值构成的光谱。
当动脉血管充盈度最低时出射光强最大，吸光度最小，对应光电脉搏波波峰；而充盈度最高时出射光强最小，吸光度最大，对应光电脉搏波波谷。
故而动态光谱可认为是由光电脉搏波中，血液吸光度最大值与最小值构成的光谱。
下图即为动态光谱检测的原理图：二理论基础：郎伯——比尔（Lambert—Beer）定律1.郎伯——比尔定律郎伯——比尔定律可用下式表示为入射光强，I为透射光强，α为吸光物质的吸光系数，c为吸光物质的浓度，l为吸光物质的传输距离（吸收层厚度）。
基于MSP430F44的血氧测量仪设计_李天鹰
图 １ 硬 件 系 统 结 构
图 ４ 截 止 频 率 为 ０．１Ｈｚ的 二 阶 高 通 滤 波 器
第７期 李天鹰：基于 ＭＳＰ４３０Ｆ４４的血氧测量仪设计
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２．４ 信 息 显 示 与 供 电 测量结果选用液晶屏１６０２ＬＣＤ 显示而 不 是 使 用 数 码
检测人体血液中氧的含有量是判别人体呼吸系统和 人体循环系统是否缺氧的重要指标。血氧测量仪以往仅 在病人手术和监护时使用 ，近年来随着科技进步和人 们 生 活水平的提高，血氧 测 量 仪 正 逐 步 走 向 大 众 ，为 人 们 提 供 了 直 接 ﹑ 快 速 ﹑ 有 效 的 血 氧 含 量 参 数 。 ［１］
图 ５ 主 பைடு நூலகம் 序 流 程 图 ６ 中 断 服 务 程 序 流 程
提高血氧测量仪测量精度的主要方法有 ：对于强 光 干
扰情况，可采取削弱 背 景 光 的 处 理 方 法 ，使 红 外 传 感 器 处
于相对密闭系统 ，保证红外传感器不透光 ，即密闭处 理 法。
基于FPGA的脉搏血氧饱和度检测系统设计_游海峰
计算机与数字工程 Ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ ＆Ｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ． ２ ２ ２ ２
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的脉搏血氧饱和度检测系统设计
游海峰 谢勤岚
（ ） 中南民族大学生物医学工程学院 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４
＊
摘 要 血氧饱和度是衡量人体血液携带氧能力的重要参数 ， 也是临床诊断和家庭保健中重要的生理指标 。 根据红外光谱法血氧饱和 度测量原理 ， 设计了一种血氧饱和度测量系统 。 系统以 Ｆ 包括 Ｒ 信号调理 Ｐ ＧＡ 为开发平台 ， Ｓ Ｊ ０ ４ ８ Ｃ Ａ Ｓ 指夹式脉搏血氧探头 、 Ａ Ｄ 采集模块 、 控制显示模块等模块 ， 它可以实时 、 连续和无创地进行血氧饱和度检测 。 实验结果表明 ， 在安静状态下 ， 该系统可实现测得的血氧饱和 模块 、 度不低于 ９ ４％ 。 关键词 血氧饱和度 ；红外光谱法 ；朗伯特 — 比尔定律 ； Ｆ Ｐ ＧＡ 中图分类号 Ｔ Ｐ ３ ６ ８． １
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ Ｏ ｘ ｅ ｎ Ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ｐ ｙ ｇ ｙ
ＹＯＵ Ｈ ａ ｉ ｆ ｅ ｎ Ｉ Ｅ Ｑ ｉ ｎ ｌ ａ ｎ Ｘ ｇ （ ， ，Ｗｕ ） Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｂ ｉ ｏ ｍ ｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｈ ａ ｎ ３ ０ ０ ７ ４ －Ｃ ４ ｇ ｇ ｇ ｙ ， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｘ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｈ ｕ ｍ ａ ｎ ｂ ｌ ｏ ｏ ｄ ｏ ｘ ｅ ｎ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｎ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｈ ｓ ｉ Ｏ － ｙ ｇ ｐ ｙ ｇ ｙ ｇ ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ｙ ｏ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ ｃ ｌ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｉ ａ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｍ ｉ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｓ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｎ ｂ ｌ ｏ ｏ ｄ ｏ ｘ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ － ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ ｇ ， ｍ ｅ ｎ ｔ ａｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｏ ｘ ｅ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｐ ＧＡ ｔ ｈ ｅ Ｒ Ｓ Ｊ ０ ４ ８ Ｃ Ａ Ｓ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ， ｙ ｇ ｙ ｇ ｙ ｇ ｐ ， ， ， ｃ ｈ ｉ ｕ ｌ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｃ ａ ｎ ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｘ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｎ ｉ ｎ ｖ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ － － ｐ ｐ ｐ ｙ ｙ ｇ ｙ ｙ ｙ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｘ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ９ ４％． ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｕ ｉ ｅ ｔ ｙ ｙ ｇ ｐ ｑ ， ， Ｋ ｅ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｘ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｓ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ ｅ ｅ ｒ Ｌ ａ ｗ， Ｆ Ｐ ＧＡ ｏ －Ｂ ｙ ｇ ｐ ｙ Ｃ ｌ ａ ｓ ｓ Ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ Ｐ ３ ６ ８． １ Ｔ
血氧饱和度光电信处理电路设计
实验报告实验项目名称： 血氧饱和度光电信号处理电路设计一、实验目的1.了解血氧饱和度测试的意义和无创伤测试基本原理。
2.掌握血氧饱和度双路光电电路设计。
3.掌握信号滤波及放大电路二、实验环境 硬件：PC 机，基本配置CPU PII 以上，内存256M 以上； 软件：Proteus 、keil4三、实验原理1.血氧饱和度测定的意义血氧饱和度是衡量人体血液携带氧能力的重要参数。
由于氧通过呼吸进入细胞进而被血红蛋白所氧合是由多个环节组成，其中任何一个环节出现问题均可导致供氧障碍。
监测动脉血氧饱和度可以对肺的氧合和血红蛋白携带能力进行估计，在临床上具有重要的意义。
在临床实践中，估计动脉氧合能力有多种方法，最常用的是取动脉血，但这种方法需要动脉穿刺或者插管，且不能连续监测。
无创伤检测动脉血氧饱和度的方法，是一种采用脉搏血氧测量法的动脉血氧饱和度测量方法，它的特点是能够在无创伤条件下实现连续测量动脉血氧饱和度，使用方便，应用前景广泛。
2.脉搏血氧测量法基本建模原理脉搏血氧测量法的原理是基于光学定律-----朗伯特—比尔定律建立无创伤血氧饱和度测量的模型和基于光学脉搏容积描记法建立动脉组织的模型。
比尔定律认为：光通过物质时，它的强度会或多或少的减弱，这种现象叫做光的吸收。
实验证明：当单色光通过溶液时，透射光的强度与溶液的浓度、厚度、入射光的波长有关。
称为吸光度。
换言之，如果我们测出吸光度，而厚度、入射光的波长已知，则可以计算出溶液的浓度。
脉搏血氧测量正是利用了这一原理。
在脉搏血氧测量法中，假设忽略动脉血管中其它成份影响仅考虑氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb),则血氧饱和度SpO2的定义是：SpO2＝HbHbO HbO C C C 222HbO C 表示氧合血红蛋白含量；HB C 表示还原血红蛋白含量。
两种血红蛋白在红光谱区吸收差别很大，而在近红外光谱区，吸收差别较小，所以不同氧饱和度的血液光吸收程度主要与两种血红蛋白含量比例有关。
双波长频分式血氧饱和检测电路
双波长频分式血氧饱和度信号检测电路设计报告08级生物医学（二）班李海波3008202330双波长频分式血氧饱和度信号检测电路设计报告摘要：本设计报告针对双波长频分式血氧检测系统展开，重点分析了双波长频分式的测量原理与方法关键词：脉搏波双波长频分血氧饱和度一离体血氧检测原理1.1郎伯—比尔定律这个定律揭示出了物质对光吸收的物理规律:公式中表示入射光的强度a为物质的吸光系数，不同物质对同一波长光的吸光系数不同，同种物质对不同波长的光的吸收系数也不一样。
（血氧饱和度的检测就是根据氧和血红蛋白与非氧和血红蛋白对同一波长的光吸光系数不同的原理来测量的）。
氧和血红蛋白（Hb）与非氧和血红蛋白（HbR）的吸收曲线1.2理想情况下的血氧饱和度检测（离体情况下的测量）如下图所示假如在一个固定直径的血管中只有两种物质吸光即氧和血红蛋白与非氧和血红蛋。
我们用表示氧和血红蛋白Hb表示总的血红蛋表示非氧和血红蛋在处的吸光系数。
根据血氧饱和度的定义：= 1即氧和血红蛋白与总的血红蛋白浓度之比。
在定义吸收度的物理量即A==acl=[]l 2则有== 3上式中为波长在处的吸光系数为一个常量，可以通过光敏二极管测得，因此要想获得血氧饱和度的值，必须知道两个参数c：血红蛋白的密度和l:光路长度显然还必须得到其他条件。
此时假如再用一个波长为的光波重复以上过程就得到了另一个形如3式的公式== 4联立3式和4式得到一个一元（将cl看做一个量，并且3式与4式中的cl要不变即要求）二次方程可以解出如下5式中Q为总的血红蛋白对两个波长的吸光度之比即Q== 65式说明依赖于血红蛋白对两个不同波长吸光度的比值，这样就消除了c与l的影响了。
以上推导限于血管直径l不变，并且只有血红蛋白吸收光波，这两点在实际测量中是不现实的。
二：实际人体血氧饱和度测量2.1 人体脉搏波与PPG原理实际在测量人体血氧饱和度的时候，人体的血管直径是变化的，即受到脉搏波的影响。
血氧 检测电路
极值法的基本思想是把脉搏波信号的极大值点一次性提取出来,再 在极大值点中分离出脉搏波的时域特征点。 具体算法流程为: 步骤1 对于采样的脉搏信号假设为x ( n) ,找出其所有的极大值点; 步骤2 对极大值点进行去噪,消除噪声点,在极大值点中找出理论上 的最大值,即主波峰; 步骤3 根据主波峰的位置计算周期; 步骤4 去掉所有的最大值点(主波) ,再找出剩余极大值点中的最大 值和次大值,即潮波和重搏波。
硬 件 体 系 结 构
硬 件 体 系 结 构
改进系统通过I2C接口控制D/A模块与PWM模块搭配工作，来驱动血氧传感器。血氧传感器采 集的信号经过信号调理电路后，经A/D模块采集并送至系统通过S3C2440A控制中心!经过数据 分析和处理后,在触摸屏上显示,并将结果送至上位机进行保存。S3C2440A是基于ARM9核心的 处理器。具有丰富的外设接口和强大的处理和控制性能,其功耗低,处理速度最 高可到400MHZ， 具有片上I2C,SPI,LCD接口及UART接口,极大地方便了系统的设计和扩展。
脉搏波特征点的时域提取方法，即识别主升支起始点和终 点的位置，求取两个采样点幅值差。脉搏波信号具有变异 性、随机性，并受到强干扰等特点。由于脉搏波信号容易 受到各种各样的条件的干扰，并且在采样速度有限的情况 下，不能确定所采到得点一定包含脉搏波的最大值点和最 小值点。因此如果要想提高时域上采样的精度，对于硬件 的要求则会很高。 目前，人体脉搏波波形识别的方法有很多，如轮廓限制法、阈值 法、数字滤波法等。在实际应用中，依据脉搏波的特点，采用阈 值法，再加上部分自学习功能，根据不同人的脉搏波波形，调整 识别算法中的各个参数，在实际应用中可降低算法的复杂性，提 高算法的灵活度，并且在一定程度上提高检测的准确度。初步计 算出特征点之后，为了减小采样误差、抑制干扰信号理，采用自 学习阈值判别法，检查各个特征点是否超过阈值，若检出脉搏波 幅度、上升支时间在变化范围内，则是正常信号，予以保留；反 之认为是干扰信号，予以剔除。阈值法的结果误差较大,其原因在 于有些高血压患者的潮波波峰可能超过主波波峰,特别是在有干扰 的脉搏波信号上,达不到预期目的。
监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障是什么情况？
监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障是什么情况？多参数监护仪是一种为临床医学诊断提供重要病人信息的设备，它通过各种功能模块，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数。
监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障是什么情况？接下来，就带你了解一下吧！随着现代计量检定校准技术的不断发展，多参数监护仪的计量检定也已经成为医学计量的重要组成部分。
而其中作为多参数监护仪检定中重要组成部分的血氧饱和度的检定，因其在临床救护中监测血液氧合能力的不可替代性而格外受到临床医护人员的关注。
下面就结合日常检定工作简单介绍一下监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析。
氧是维系人类生命的基础，人体的新陈代谢就是一个生物氧化的过程，通过心脏的收缩和舒张使人体的血液脉动地流过肺部，新陈代谢过程中所需要的氧经呼吸运动由肺部进入人体血液，在这里与血液红细胞中的血红蛋白（Hb）结合成氧合血红蛋白（HbO2），再输送到人体个部分组织细胞中去，以维持组织细胞的新陈代谢。
血氧饱和度就是血液中被氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的浓度。
它是呼吸循环以及临床诊断上的重要生理参数，在许多生理及临床检测过程中需要周期性的采样和计算血氧饱和度，例如对于心脏病人的治疗过程中、麻醉手术及术后或氧疗过程中及时了解病人的血氧含量是十分重要的；临床上通过监测动脉血氧饱和度对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行评估。
正常的人体动脉血的血氧饱和度为98%，静脉血为75%。
还有一个概念是功能性氧饱和度，它是指HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。
血氧饱和度的测量方法通常可分为电化学法和光学法两类。
电化学法是通过对人体采血，再通过血气分析仪测量出血氧分压（PO2）从而计算出血氧饱和度，这其中需要动脉穿刺或插管，是一种有创测量方法，即痛苦又有创伤，而且不可以连续的进行监测，并且结果回报不及时。
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。
监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析
监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析作者：孙健来源：《中国新技术新产品》2013年第04期摘要：本文简单介绍了多参数监护仪计量检定中血氧饱和度的测量原理和经常遇到的一些故障分析关键词：监护仪；血氧饱和度；测量；原理；故障中图分类号：TH77 文献表识码：A多参数监护仪是一种为临床医学诊断提供重要病人信息的设备，它通过各种功能模块，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数。
随着现代计量检定校准技术的不断发展，多参数监护仪的计量检定也已经成为医学计量的重要组成部分。
而其中作为多参数监护仪检定中重要组成部分的血氧饱和度的检定，因其在临床救护中监测血液氧合能力的不可替代性而格外受到临床医护人员的关注。
下面就结合日常检定工作简单介绍一下监护仪血氧饱和度的测量原理及常见故障分析。
氧是维系人类生命的基础，人体的新陈代谢就是一个生物氧化的过程，通过心脏的收缩和舒张使人体的血液脉动地流过肺部，新陈代谢过程中所需要的氧经呼吸运动由肺部进入人体血液，在这里与血液红细胞中的血红蛋白（Hb）结合成氧合血红蛋白（HbO2），再输送到人体个部分组织细胞中去，以维持组织细胞的新陈代谢。
血氧饱和度就是血液中被氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的浓度。
它是呼吸循环以及临床诊断上的重要生理参数，在许多生理及临床检测过程中需要周期性的采样和计算血氧饱和度，例如对于心脏病人的治疗过程中、麻醉手术及术后或氧疗过程中及时了解病人的血氧含量是十分重要的；临床上通过监测动脉血氧饱和度对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行评估。
正常的人体动脉血的血氧饱和度为98%，静脉血为75%。
还有一个概念是功能性氧饱和度，它是指HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。
血氧饱和度的测量方法通常可分为电化学法和光学法两类。
电化学法是通过对人体采血，再通过血气分析仪测量出血氧分压（PO2）从而计算出血氧饱和度，这其中需要动脉穿刺或插管，是一种有创测量方法，即痛苦又有创伤，而且不可以连续的进行监测，并且结果回报不及时。
生物医学传感器设计实验报告——血氧
生物医学传感器设计实验报告——血氧生物医学传感器设计实验报告——血氧生物医学传感器设计设计课题一、传感器性能指标的检测一、实验原理1.金属热电偶传感器。
两种不同的金属组成回路时，若两个接触点温度不同，则回路中就有电流通过，称为温差电现象或塞贝克效应。
热电偶传感器就是利用这种效应制成的热敏传感器。
它具有测温范围宽、性能稳定、准确可靠等优点，应用广泛。
温度差现象：在塞贝克效应中，若保持两接触点的温度差，回路中就存在恒定的电势。
塞贝克电势可用下式表示：V=αT1-T2+βT12-T22+⋯式中：α、β均为热电偶常数；T1为第一接触点上的被测温度；T2为第二接触点上的参考温度（通常为0°C）。
常用材料的β较小，故在温差不大时，近似于线性关系。
2.热敏电阻：热敏电阻是一种对温度敏感的具有负电阻温度系数的温敏远见，由氧化锰、氧化镍、氧化钴等氧化物和陶瓷、半导体材料制成，其电阻率比金属大得多。
用于生物医学的热敏电阻的电阻率约为0.1~100Ώ.m，通常做成珠状、圆盘状、薄片状、杆状和环状的器件，具有尺寸小、灵敏度高和很好的长期稳定性等特点，应用很广。
3. 光电传感器：光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。
二、实验数据及分析1.热电偶传感器电势差随温度变化表电势差随温度变化图由图可知，随温度差提高，热电偶电势差线性提高。
2.热敏电阻传感器热敏电阻随温度变化表热敏电阻随温度变化图由图可知：热敏电阻阻值随温度上升而线性提高 3.光电传感器在实验中仅完成电路调试，未测试数据。
4.血氧探头设计课题五：血氧信号的检测一、背景概述1.血氧饱和度的定义：动脉血氧饱和度指在全部动脉血容量中，被血红蛋白结合的氧容量占全部可结合氧容量的百分比。
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总 结
项目背景和意义 检测原理和方法 硬件体系结构 软件体系结构 脉搏波识别和提取算法 系统误差分析与去干 扰措施
目 录
血氧饱和度是人 体新陈代谢的重 要体征指标之一 。 也是人 体呼 吸系 统 和循 环系 统疾 病 诊断 的 重 要 生 理 参数.许多临 床疾病会造成氧 供应的缺乏!将会 直接影响 细胞的正常新陈 代 谢 ，严重 的还 会威 胁人的 生命 !
Байду номын сангаас检 测 原 理
目前临床上通常采用双光束透射式血氧探头，探头一侧为两个发出不同波长光的发光二 极管，透过手指指尖、脚趾指尖或耳垂等部位，探头的另一侧则由光敏管接收透射过组 织的光。两种波长的透射光吸收比值就是动脉血氧饱和度的函数，通过确定血氧饱和度 和吸收比值与血氧饱和度的对应关系，计算脉搏血氧饱和度值
检 测 方 法
(1) 信号分离和滤波采用模拟电路实现，需要更多的模拟器件，使得系统的功耗 变大，同时模拟电路的实现使得系统功能变的固定，很难修改滤波器参数或 扩展功能；模拟电路受环境和温度的影响较大，使得系统稳定性不够好。 (2) 由于红光和红外光是通过 MCU 控制 LED 驱动电路而轮流发光，采用硬件分 离后，得到采样保持后的波形，再对该模拟信号进行低通滤波，得到红光和 红外光对应的 PPG 信号。随着采样率的不同，低通滤波后的信号的幅值会发 生变化，使得传到 ADC 的模拟信号出现失真。 (3) 出现运动或低灌注的情况，需要用到完整的噪声信号去分析噪声信号的特征。 由于前端模拟滤波的存在，最后采集到的信号的频率会在 5Hz 以下，而运动 干扰会出现各种不同的形式，可能会使得原始信号的部分特征丢失，不能完 整保留原始信号的特征，对后期的信号处理带来困难。
在临床监护病 人的 血 氧饱 和度 时 ， 多使 用固 定的有创 的血气分析法对病 人进行血氧检测， 容易造成干扰，而 且不能够提供连 续 实 时的 血氧饱 和 度 数据 ，难 以满 足日益提高的医疗 要求的需要!。 因 此 ,无创实时连续地 对病人进行血氧饱 和度检测变得日益 广泛而且重要
项 目 背 景
硬 件 结 构 体 系
改进设计调理电路去掉了信号分离电路和模拟滤波 电路，信号分离和滤波的功能全采用数字信号处理 的方式完成，使得系统功耗下降，同时数字滤波器 使得滤波器截至频率可以很方便的调节，数字电路 使得系统稳定性得到提升。
硬 件 体 系 结 构
第一种方案是基于单片机89C52的脉搏血氧检测系统,它的硬件 部分由模拟电路，数字电路两部分组成。第二种方案是基于Nl6251采集卡的脉搏血氧检测系统,它是基于Nl-6251采集卡对模 拟电路进行控制,并对信号进行采集和处理。其中,夹指传感器， 驱动调制电路，电流电压转换电路，信号放大滤波电路，锁相放 大电路构成模拟电路;数字电路是以单片机89C52为核心对模拟 电路获得的信号采用模数转换器MAX195进行采集,并将采集信 号通过串口芯片MAX232送计算机进行信号处理和存储“第一 种方案的软件部分是以单片机为核心,将采集的信号通过串口送 计算机处理及存储。第二种方案的软件部分是采用LabViEW设 计了时序控制模块。信号采集模块控制模拟电路,采集和处理信 号,最后定标系统,并实时计算出脉搏血氧饱和度。由于脉搏波信 号比较微弱很容易淹没在噪声中,为此在信号提取前端采用暗电 流比较小的夹指传感器抑制背景光的干扰,同时采用调制解调的 方法将信号调制到了光信号上,为了进一步提高信噪比,采用高共 模抑制比仪表放大器AD62O构成的电路对调制信号进行放大,同 时运用工频陷波器和带通滤波器对信号进行滤波,充分放大有用 信号和抑制噪声,并基于LabVIEW软件设计锁相放大模块对信号 进行处理,从而获得脉搏波信号。本文设计的锁相放大电路可以 对有用信号进行解调获得脉搏波信号,该锁相放大电路为实现便 携脉搏血氧饱和度奠定了基础
SpO2 为模拟仪的值。因次，通过大量 搏波滤波后的波峰减波谷值，直流分量为滤波前采样点的平均值。 SpO2 值和R值通过曲线拟合即可得到a，b，c的值。综上所述，我们用血氧模拟仪模拟血氧值
SpO2 aR2 bR c
所以，血氧模块在测得了模拟仪或者人手指的R值就可以 计算R值，最后得到拟合曲线 计算出了血氧。
由于吸光系数是常数，R值可由采集的脉搏波数据计算得到，因此，确定了入射的两束光的波长，就能计算得 到 SpO2的值。这是从原理上推到的计算血氧饱和度的公式。在实际计算中，不用以上的原理公式来计算血氧 饱和度，而是采用经验公式。大量的研究表明 SpO2的值与R成负相关，一般是用 SpO2 aR2 bR c 1 I AC 1 I DC ，AC为交流分量，DC为直流分量。交流分量的计算方法为对脉 来计算血氧饱和度，其中 R 2 I AC 2 I DC
c HbO so = C C 2 血氧饱和度的表示为 c HbO + c Hb ，其中 HbO2 和 Hb 分别为氧和血红蛋白浓度和还原血红蛋白浓度
2 2
在实际计算中，根据无创血氧测试原理，由Beer-Lamber定律推出的血氧的计算公式为
其中 l 1 和 l 2 分别为两束光的波长(一般采用红光和红外光)， HbO2 和 Hb 分别为氧和蛋白和还原蛋白对光的吸光系数。 ， 则：
硬 件 体 系 结 构
硬 件 体 系 结 构
改进系统通过I2C接口控制D/A模块与PWM模块搭配工作，来驱动血氧传感器。血氧传感器采 集的信号经过信号调理电路后，经A/D模块采集并送至系统通过S3C2440A控制中心!经过数据 分析和处理后,在触摸屏上显示,并将结果送至上位机进行保存。S3C2440A是基于ARM9核心的 处理器。具有丰富的外设接口和强大的处理和控制性能,其功耗低,处理速度最 高可到400MHZ， 具有片上I2C,SPI,LCD接口及UART接口,极大地方便了系统的设计和扩展。
脉搏波特征点的时域提取方法，即识别主升支起始点和终 点的位置，求取两个采样点幅值差。脉搏波信号具有变异 性、随机性，并受到强干扰等特点。由于脉搏波信号容易 受到各种各样的条件的干扰，并且在采样速度有限的情况 下，不能确定所采到得点一定包含脉搏波的最大值点和最 小值点。因此如果要想提高时域上采样的精度，对于硬件 的要求则会很高。 目前，人体脉搏波波形识别的方法有很多，如轮廓限制法、阈值 法、数字滤波法等。在实际应用中，依据脉搏波的特点，采用阈 值法，再加上部分自学习功能，根据不同人的脉搏波波形，调整 识别算法中的各个参数，在实际应用中可降低算法的复杂性，提 高算法的灵活度，并且在一定程度上提高检测的准确度。初步计 算出特征点之后，为了减小采样误差、抑制干扰信号理，采用自 学习阈值判别法，检查各个特征点是否超过阈值，若检出脉搏波 幅度、上升支时间在变化范围内，则是正常信号，予以保留；反 之认为是干扰信号，予以剔除。阈值法的结果误差较大,其原因在 于有些高血压患者的潮波波峰可能超过主波波峰,特别是在有干扰 的脉搏波信号上,达不到预期目的。