專(zhuān)利名稱(chēng)：一種血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)血氧飽和度的測(cè)量均是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，即測(cè)量紅光和紅外光的 PPG (Photo Plethysmo Graphy，光電容積脈搏波)并從中提取各自的交流分量和直流分量， 而后用這些信號(hào)提取所謂的R值(血氧含量)，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算血氧飽和度，如李慶波等提出的發(fā)明專(zhuān)利《一種血氧飽和度檢測(cè)方法》(公開(kāi)號(hào)CN101433463A，
公開(kāi)日2009年 5月20日)等。為了提高血氧飽和度的測(cè)量精度，李旭等提出的發(fā)明專(zhuān)利《血氧飽和度測(cè)量方法和裝置》(公開(kāi)號(hào)CN101347334，
公開(kāi)日2009年1月21日)則采用PPG波形中特定部分的面積來(lái)進(jìn)行計(jì)算R。為了消除運(yùn)動(dòng)干擾，董秀珍等提出發(fā)明專(zhuān)利《消除運(yùn)動(dòng)干擾的血氧飽和度測(cè)量方法》(公開(kāi)號(hào)CN101632588A，
公開(kāi)日2010年1月27日)則首先利用兩波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化PPG信號(hào)之差作為理想信號(hào)構(gòu)建自適應(yīng)濾波器，對(duì)兩波長(zhǎng)PPG信號(hào)進(jìn)行濾波以消弱部分干擾，而后按照0 100%的血氧飽和度分別構(gòu)建參考信號(hào)系列，使用參考信號(hào)與原始信號(hào)的FFT(快速傅里葉變換)系數(shù)間的相關(guān)性作為動(dòng)脈血氧飽和度的識(shí)別方法計(jì)算出當(dāng)前動(dòng)脈血氧飽和度。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足至今為止的血氧飽和度測(cè)量均依據(jù)的是經(jīng)驗(yàn)公式，存在較大的原理誤差，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算量大以及結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法，該血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法解決了電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算量大以及計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題，詳見(jiàn)下文描述本發(fā)明提供了一種血氧飽和度測(cè)量裝置，所述血氧飽和度測(cè)量裝置包括微處理器、至少兩種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的方波，所述方波驅(qū)動(dòng)至少所述兩種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測(cè)手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，獲取血氧飽和度。所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。本發(fā)明提供了一種血氧飽和度測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的方波驅(qū)動(dòng)至少兩種發(fā)光二極管；
(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)被測(cè)手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 所述電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入所述微處理器；(4)所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對(duì)所述谷值和所述峰值進(jìn)行計(jì)算獲取Q值；(7)通過(guò)所述Q值計(jì)算血氧飽和度，獲取所述血氧飽和度。本發(fā)明提供的血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)占.
^ \\\ ·本發(fā)明依據(jù)朗伯-比爾定律，采用方波頻分調(diào)制和數(shù)字解調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法，具有測(cè)量精確、電路簡(jiǎn)單、無(wú)需調(diào)試、工藝性好以及成本低廉的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的計(jì)算吸光度的原理示意圖；圖2為本發(fā)明提供的一種血氧飽和度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的分離不同波長(zhǎng)光電容積脈搏波的示意圖；圖4為本發(fā)明提供的一種血氧飽和度測(cè)量方法的流程圖；圖5為本發(fā)明提供的一種血氧飽和度測(cè)量裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下1 微處理器；2 發(fā)光二極管；
3 光敏器件；4:電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器
5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器；PX. 1 1/0 口 ；
PX. 2 1/0 口 ；PX. η 1/0 口 ；
Rl 第一電阻；VCC 電源；
R2 第二電阻；R3 第三電阻；
R4:第四電阻;Cl 第一電容；
C2 第二電容；Dl 紅光發(fā)光二極管；
D2 紅外光發(fā)光二極管；Al 運(yùn)算放大器；
PY 口 1/0 口。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。由于動(dòng)脈的脈動(dòng)現(xiàn)象，使血管中血流量呈周期性變化，而血液是高度不透明液體， 因此脈搏搏動(dòng)的變化必然引起近紅外光譜吸光度的變化，如圖1所示?？紤]動(dòng)脈血管充盈度最低狀態(tài)，來(lái)自光源的入射光沒(méi)有被脈動(dòng)動(dòng)脈血液吸收，此時(shí)的出射光強(qiáng)Imax最強(qiáng)，可視為脈動(dòng)動(dòng)脈血液的入射光I ；而動(dòng)脈血管充盈度最高狀態(tài)對(duì)應(yīng)光電脈搏波的谷點(diǎn)，即脈動(dòng)動(dòng)脈血液作用最大的時(shí)刻，此時(shí)的出射光強(qiáng)Imin最弱，為脈動(dòng)動(dòng)脈血液的最小出射光強(qiáng)I。所以，通過(guò)記錄動(dòng)脈充盈至最大與動(dòng)脈收縮至最小時(shí)的吸光度值，就可以消除皮膚組織、皮下組織等一切具有恒定吸收特點(diǎn)的人體成分對(duì)于吸光度的影響。根據(jù)修正的朗伯-比爾定律，設(shè)I” I分別為入射光強(qiáng)和出射光強(qiáng)，α為分子消光系數(shù)，c為待測(cè)成分濃度，1為光在組織中的平均光路長(zhǎng)，G是由散射引起的光損失，則吸光度A可表示為
權(quán)利要求
1.一種血氧飽和度測(cè)量裝置，其特征在于，所述血氧飽和度測(cè)量裝置包括微處理器、 至少兩種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的方波，所述方波驅(qū)動(dòng)至少所述兩種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測(cè)手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，獲取血氧飽和度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種血氧飽和度測(cè)量裝置，其特征在于，所述微處理器采用 MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的一種血氧飽和度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的方波驅(qū)動(dòng)至少兩種發(fā)光二極管；(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)被測(cè)手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入所述微處理器；(4)所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對(duì)所述谷值和所述峰值進(jìn)行計(jì)算獲取Q值；(7)通過(guò)所述Q值計(jì)算血氧飽和度，獲取所述血氧飽和度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種血氧飽和度測(cè)量裝置和測(cè)量方法，測(cè)量裝置包括微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的方波，方波驅(qū)動(dòng)至少兩種發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測(cè)手指后被光敏器件接收，光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將預(yù)設(shè)幅值電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，獲取血氧飽和度；測(cè)量方法包括微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；根據(jù)光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；對(duì)谷值和峰值進(jìn)行計(jì)算獲取Q值；通過(guò)Q值計(jì)算血氧飽和度，獲取血氧飽和度。采用方波頻分調(diào)制和數(shù)字解調(diào)，具有測(cè)量精確、電路簡(jiǎn)單以及成本低廉的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK102319075SQ201110235810
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者李剛, 李哲, 林凌 申請(qǐng)人:天津大學(xué)