双波长时分血氧饱和度检测设计报告精仪学院医仪一班张蕾.doc

双波长时分血氧饱和度检测——设计报告 精仪学院医仪一班 张蕾 3008202318 一 设计目的及意义： 理论基础： 1、血氧饱和度概念：血氧饱和度（SaO2）是血液中被氧结合的氧和血红蛋白（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，是呼吸循环的重要生理参数。正常人体动脉血的血氧饱和度为98% ，静脉血为75%。 SaO2=C（HbO2）*100%/[C(HbO2)+C(Hb)] 2、血氧饱和度测量理论基础：郎伯-比尔定律：当一束平行单色光通过均匀的非散射样品时，样品对光的吸光度与样品的浓度及厚度成正比，A = ECl。 透光率(T)：T = I/I0 吸光度(A)：A = -lg T =-lg(I/I0)= ECl （A与C成正比关系） 3、脉搏波一个周期内，有第一峰、潮波、重潮波、房缩波四个阶段，如下图： 随脉搏波变化，血液容积发生变化，从而引起光吸收强度改变。脉搏中包括恒定的直流分量（DC）和周期性脉动的交流分量（AC），通常交流分量幅值只占直流分量的1%~2%,并且叠加在直流分量上。如下图 4、人体血液中的氧和血红蛋白和脱氧血红蛋白在波长为600nm-1000nm的连续光谱中（即红光和红外光区）的光吸收系数存在显著差异，因此可以利用人体血液中脱氧血红蛋白和氧和血红蛋白的光吸收系数的差别，并以郎伯-比尔定律为理论依据测量血氧饱和度。 测量方法是采用指套式光电传感器，测量时，只需将传感器套在人手指上，利用手指作为盛装血红蛋白的透明容器，使用波长660 nm的红光和940 nm的近红外光作为射入光源，测定通过组织床的光传导强度，计算其中的脉动量与直流量后，来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。 课题要求： 双波长时分方式血氧饱和度信号检测电路（脉搏波输出幅值为2.5～5V） 设计目的： 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的血氧饱和度测量电路，通过示波器显示人体血氧饱和度信息，应用于血氧浓度的临床检测 设计意义： 通过检测到的血氧饱和度、跳动的波形为临床提供部分诊断价值的信息，为临床检测人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号。对危急病人、睡眠呼吸暂停综合症患者、慢性阻碍性气管疾病病人、新生儿的监测都是极有用的监测医疗设备。 二、系统设计： 1、测量信号特征： 人体信号本身具有不稳定性、非线性、概率特性。脉搏波属于低频（正常人脉搏次数在30~~250次，对应频率0.5~~4.1Hz），且信息微弱，噪声强，信噪比低。信号微弱，其交流分量的幅值大致在几毫伏到几十毫伏之间。 2、测量设计思路： 随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测，计算其中的脉动量与直流量后，来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。 三、整体电路结构： 四、单元电路设计： 1、定时： 参选方案： 方案一：555定时器，产生一定频率的方波，利用高低电平控制LED的通断。 方案二：单片机定时，每隔特定时间，两个LED中一个发亮，实现交替。 方案三：晶振电路，利用晶振管产生一定频率方波，并用分频器降到设定频率控制LED交替发亮。 比较备选方案，根据各方案优缺点，选择高频率稳定性的晶振电路定时 优点 缺点 555定时器 电路结构简单，容易实现 采用的是阻容器件作为定时器件，其频率的稳定性不高，一般仅能用于报警器电路或频率稳定性要求不高的场合； 灵敏度差，控制范围窄 单片机 精度较高；编程简单；调试方便 需要编程，实际应用要求较高 晶振电路 具有较高频率稳定性；功耗低 不能任意改变频率 但由于晶振产生的频率一般都在MHz级别，所以还需要分频处理，电路如上左图。 晶振选用32768Hz，分频器选用CD4060，分别经过六次二分频和七次二分频，得到512Hz、256Hz的方波Q1、Q2，再由Q1Q2通过与门、非门得到控制两个LED的方波，如上右图。最后得到的控制LED的脉冲为512Hz。三号脉冲控制红光，四号脉冲控制红外光 A段为红光加环境光区 B段为环境光区 C段为红外光加环境光区 电路参数：Y=32768Hz，C1=C2=12.5pF， 与门芯片74LS08 ：2输入四正与门集成电路芯片非门74LS04 ：带有6个单输入非门，工作电压5V。 分频器CD4060：14级二分频的分频，由一振荡器和14机二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路。CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有计数器位均为主