三波长血氧饱和度测量仪的研制

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1、三波长血氧饱和度测量仪的研制导师：周山宏高工答辩人：林政剑电子科技大学生命科学与技术学院本课题主要内容1课题背景、研究意义和血氧仪的发展2血氧饱和度测量的光学理论基础3低血氧仪系统的研制4干扰信号的处理方法分析5结论和展望1.课题背景及研究意义1.1血氧饱和度（SaO2）的概念SaO2＝(HbO2／∑Hb)×100％∑Hb=Hb+HbO2+COHb+MetHbSaO2＝（〔HbO2〕／〔HbO2〕+〔Hb〕）×100％检测动脉血中的氧含量，是判断人体呼吸系统和循环系统是否缺氧的重要指标。血氧监护在临床麻醉手术﹑新生儿和危重病人监护应用中为医

2、生提供了直接﹑快速﹑有效的临床依据，在脑外科﹑新血管外科及新生儿﹑早产儿监护等领域有着重要的意义。1.2脉搏血氧饱和度测量仪的发展1932年，Nicolai和Kramer两位科学家研制出接近现代使用的脉搏血氧饱和度测量仪。1935年，Matthes研制了第一个双波长的耳部血氧测量探头，可以实现脉搏血氧饱和度的测量，不过这种设备测量缓慢，需要频繁校准而且不能区分动脉和静脉血流。1942年，MilliKan使用一个加温的耳部探头的脉搏血氧饱和度测量仪，用在飞机上对飞行员测量。1949年，Wood设计的脉搏血氧饱和度测量仪将耳部的血液挤走以获得绝

3、对零点来改进测量精度，这种设备光源稳定性要求高，每次测量需要繁琐调整，因而没有得到广泛应用。1964年，Shaw设计了一种八波长的自身调整的耳部血氧计，优点是避免了繁琐的调整，从650nm到1050nm的八个光波，但该设备体积较大，结构复杂，容易损坏而且价格昂贵。1972年，日本人Aoyagi用红光和红外光穿过测量部位中脉动的动脉血管，可以直接计算出脉搏血氧饱和度,采用发光二极管减少了血氧探头的体积，投入到了商业应用中。1974年，日本的青柳卓雄等人发表了脉搏血氧计测试法原理，第一台脉搏血氧饱和度测量仪OLV5100问世。1982年，Nel

4、lcor研制出一种性能更好的脉搏血氧计N-100，并形成了一种标准模式，系利用发光二极管做为光源，硅管作为光传感器，微型计算机进行信息处理，从而使脉搏血氧饱和度测量仪进入了新时代。90年代以后，基于双波长的各种血氧计不断研制出来，脉搏血氧饱和度测量仪已经在临床实践上得到了广泛的应用，成为一种不可缺少的临床诊断设备。2.血氧饱和度测量光学理论基础2.1Lambert-Beer定律透光率T=It/I0吸光度A=-logT=bcLambert-Beer定律光脉搏容积波Hb和HbO2的吸光系数曲线2.2双波长测量法的理论分析（2-1）（2-2）（

5、2-3）（2-4）（2-5）（2-6）(2-7)(2-8)(2-9)（2-10）发射光波长660nm和940nm发射光波长735nm和890nm图2-9光平均穿透深度曲线图2-10相对路径变化曲线2.3低血氧仪测量原理用595nm、735nm、890nm三个波长的光来测量，相当于用两组双波长（每组波长中都需要有两种血红蛋白吸光系数近似相等的波长的光，公式（2-10）才能成立）光的测量值取了一次均值。对595nm和890nm两种波长的光，利用公式（2-10）得SaO2=k1R1+b1,同理对735nm和890nm可得SaO2=k2R2+b2最

6、后SaO2=[（k1R1+b1）+（k2R2+b2)]/2=AR1+BR2+C图2-11600－1000nm段HbO2吸光系数曲线图2-12600-1000nm段脉动与非脉动光强比值曲线图2-13450-600nm段HbO2吸光系数曲线图2-14450-600nm段脉动与非脉动光强比值曲线3.低血氧仪系统的研制3.1系统硬件设计图3-1硬件系统结构框图·血氧传感器的制作江苏稳润光电有限公司生产的JY-5143UYC，JY-3024HD，JY-3024IRC型号三种发光二极管和JY2017PDB型号的光敏二极管。三个发光二极管镶嵌在一块黑色小

7、泡膜板上，发光二极管管顶成正三角形，边长为5mm，光敏二极管嵌在另外一块黑色小泡膜板上，两块泡膜板略下凹成弧形，再用粘合剂把两块小泡膜板分别粘在手指夹套的两面上，光敏二极管光接收窗口正对准正三角形的中心，三个发光二极管略向正三角形的中心倾斜，保证发光二极管管顶能对准光敏二极管光接收窗口。·CPU、A/D转换器件和译码器的选择Atmel公司生产的AT89C52单片机性能良好，价格低廉。选用的A/D转换器件8位ADC0809是作为外部数据存储器来使用的。采用硬件译码器SN7447。单片机处理后的十进制BCD数0～9，通过单片机P1.0～P1.3

8、口送到译码器输入端A、B、C、D，输出端就可以输出字符的“段码”，且自带驱动，可直接连接数码管。·电源设计图3-5电源供电电路原理图·光电检测电路图3-6光电检测电路·带通滤波电