專利名稱：一種可用于低灌注和低血氧測量的脈搏血氧儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物信息檢測及醫(yī)療儀器領(lǐng)域，具體涉及一種可在低血流灌注和低血氧飽和度水平時實現(xiàn)脈率、血流灌注指數(shù)和血氧飽和度等參數(shù)準(zhǔn)確穩(wěn)定測量的脈搏式無創(chuàng)血氧飽和度測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
血氧飽和度(Sp02)是血液中氧合血紅蛋白占可結(jié)合氧的總血紅蛋白的百分t匕，表征了血液的氧含量，是判斷人體呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)功能的重要參數(shù)。在臨床上，監(jiān)測人體Sp02的變化對肺和心臟疾病的預(yù)防和治療具有重要作用；同時，在手術(shù)、麻醉和重癥監(jiān)護等方面，也需要監(jiān)測Sp02的變化。無創(chuàng)測量主要是利用光電容積描記(Photoplethysmography)技術(shù),獲得紅光和紅外光通過人體組織后透射或反射的光電容積圖信號(PPG)，利用氧合血紅蛋白(Hb02)和還原血紅蛋白(Hb)對紅光和紅外光的吸收度不一樣這一特性，通過Beer-Lambert定律計算得到Sp02。由于無創(chuàng)Sp02測量方法檢測方便安全，目前已成為檢測人體各種組織中Sp02較成熟的方法，在臨床上得到廣泛應(yīng)用。但是臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，目前的無創(chuàng)脈搏血氧儀在低血流灌注時的檢測能力很差，其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性大幅下降，甚至失去檢測能力。對于低血流灌注(如肌肉緊張、低溫環(huán)境等因素使血流減少導(dǎo)致的低灌注，呼吸困難和心肺疾病等引起的低灌注)，由于其光電容積圖信號(PPG)交流分量很小以至于被各種噪聲淹沒，其信噪比極低而使得傳統(tǒng)的通過檢測PPG信號峰峰值的方法來計算參數(shù)的方法失去檢測能力。同時，不同人群的手指透光性不同，可能出現(xiàn)上述的低灌注、低信噪比等情況，也可能出現(xiàn)個別的高灌注導(dǎo)致信號飽和的情況。對這些不同情況，系統(tǒng)的模擬電路部分采用固定的放大倍數(shù)便會或者喪失高灌注時的檢測能力，或者喪失低灌注時的檢測能力，不能滿足一款儀器在高灌注和低灌注同時準(zhǔn)確測量的要求而降低了儀器的性能。同時，現(xiàn)在血氧儀對Sp02的有效測量范圍也僅為70%至100%，雖然部分血氧儀在Sp02低于70%的低血氧水平時仍能夠測量，但此時的測量結(jié)果不保證其準(zhǔn)確性，因而也無實際意義。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種可用于低灌注和低血氧測量的脈搏血氧儀，它可以在低灌注、高灌注和低血氧飽和度情況下同時實現(xiàn)脈率、血流灌注指數(shù)和血氧飽和度準(zhǔn)確穩(wěn)定測量。本實用新型提供的一種脈搏血氧儀，其特征在于，它包括上位機、處理器、LED驅(qū)動電路、ι/v轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路、可變增益放大電路和探頭接口 ；所述處理器與所述上位機電信號連接，所述LED驅(qū)動電路一端與所述處理器電信號連接，所述LED驅(qū)動電路的另一端用于與所述探頭接口的輸入端連接，所述Ι/V轉(zhuǎn)換電路輸入端與所述探頭接口的輸出端連接，所述Ι/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端分為二路，其中一路直接與所述處理器電信號連接，另一路依次通過所述差分放大電路和所述可變增益放大電路與所述處理器電信號連接，所述差分放大電路的輸入端還與所述處理器電信號連接；所述可變增益放大電路的數(shù)字增益控制口與所述處理器電信號連接。本實用新型所提供的脈搏血氧儀對血氧飽和度的準(zhǔn)確可靠測量范圍由70% 100%擴展到了 35% 100% ;所設(shè)計的可變增益放大電路使得本系統(tǒng)在灌注水平低至
0.125%和灌注水平高至20%時仍能準(zhǔn)確測量；實現(xiàn)了脈率從30至250的準(zhǔn)確測量。上位機軟件同時可實現(xiàn)波形顯示、參數(shù)計算、數(shù)據(jù)保存、報警等功能。
圖1是本實用新型提供的脈搏血氧儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型提供的脈搏血氧儀的處理器處理流程圖；圖3是本實用新型提供的脈搏血氧儀的上位機軟件處理流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本實用新型提供的脈搏血氧儀，包括上位機1、處理器2、LED驅(qū)動電路3、I/V轉(zhuǎn)換電路4、差分放大電路5、可變增益放大電路6和探頭接口 7。處理器2與上位機I電信號連接，LED驅(qū)動電路3 —端與處理器2電信號連接，LED驅(qū)動電路3的另一端用于與探頭接口 7的輸入端連接，Ι/V轉(zhuǎn)換電路4輸入端與探頭接口 7的輸出端連接，探頭8通過線纜接入到探頭接口 7上，Ι/V轉(zhuǎn)換電路4的輸出端分為二路，其中一路直接與處理器2電信號連接，另一路依次通過差分放大電路5和可變增益放大電路6與處理器2電信號連接，差分放大電路5的輸入端還與處理器2電信號連接?？勺冊鲆娣糯箅娐?的數(shù)字增益控制口與處理器2電信號連接。工作時，探頭8通過線纜接入到探頭接口 7上，處理器2通過LED驅(qū)動電路3控制探頭8內(nèi)部發(fā)光二極管的發(fā)光，輪流開啟紅光、紅外光和暗光。Ι/V轉(zhuǎn)換電路4將探頭8提供的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，分別提供給處理器2和差分放大電路5。處理器2利用該電壓信號計算直流偏置量，并將該直流偏置量通過DAC轉(zhuǎn)換后作為直流反饋信號輸出到差分放大電路5，差分放大電路5用Ι/V轉(zhuǎn)換電路4提供的電壓信號減去該直流反饋信號后進行放大，該差分放大信號進入可變增益放大電路6進行再放大，隨后將信號送入處理器2進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。處理器2實時地采集可變增益放大電路6送入的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計算當(dāng)前信號的灌注水平，通過可變增益放大電路6的數(shù)字增益控制口實時地反饋調(diào)節(jié)可變增益放大電路6的增益值。處理器2同時將可變增益放大電路6送入的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后打包傳輸?shù)揭陨衔粰C1，上位機I對接收到的數(shù)據(jù)進行分析、預(yù)處理、實時波形顯示、實時參數(shù)計算、數(shù)據(jù)保存、報警等功能。下面詳細介紹處理器2的處理過程。如圖2所示，系統(tǒng)上電后處理器2完成系統(tǒng)的初始化，然后在定時器中斷到達后完成LED燈的切換，同時開啟處理器2內(nèi)的ADC開始對Ι/ν轉(zhuǎn)換電路4和可變增益放大電路6送入的信號進行采樣。處理器2內(nèi)的ADC采樣完成后，使用采樣得到的數(shù)據(jù)計算當(dāng)前的灌注水平并判斷是否需要切換可變增益放大電路6的增益值。如果不需要切換增益，則直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰CI ;如果需要切換增益，則判斷是否為低灌注(PI小于I %我們定為低灌注)，如果是低灌注則處理器2通過可變增益放大電路6的數(shù)字增益控制口調(diào)大可變增益放大電路6的增益值，否則調(diào)小增益值，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰CI。完成這些操作后再次進入定時器中斷進行同樣的循環(huán)操作。下面詳細介紹上位機I軟件的數(shù)據(jù)處理過程。如圖3所示，上位機I軟件對接收的數(shù)據(jù)進行自定義的數(shù)據(jù)幀格式的包頭識別，然后將紅光、紅外光和暗光的數(shù)據(jù)進行分離，并分別進行濾波處理，同時使用高通濾波后的數(shù)據(jù)分別繪制出三路光的波形。然后使用高通濾波后的數(shù)據(jù)計算血氧飽和度、脈率、血流灌注指數(shù)等參數(shù)，計算完成后根據(jù)用戶事先設(shè)定的各個參數(shù)的閾值進行報警，并將參數(shù)顯示在上位機I的軟件界面上，最后將紅光、紅外光和暗光的原始數(shù)據(jù)，紅光、紅外光和暗光經(jīng)過低通、陷波、高通濾波后的數(shù)據(jù)，以及計算得到的參數(shù)等數(shù)據(jù)以文件夾的形式保存起來供離線分析。在計算血氧飽和度時，事先使用標(biāo)準(zhǔn)的血氧飽和度模擬儀對35%至100%范圍內(nèi)的血氧飽和度進行測量校正，擬合出35%至100%范圍內(nèi)的血氧飽和度計算曲線，利用該曲線使得該系統(tǒng)對血氧飽和度的計算范圍擴展到了 35%至100%。本實用新型中，所述上位機可以是計算機，筆記本，PDA或者自定義的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備；所述處理器與所述上位機電信號連接進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸方式可以是任意無線通信協(xié)議，包括無線保真或者藍牙或者ZigBee或者其它無線通信；也可以是任意有線通信協(xié)議，包括RS232串口通信或者RS485或者USB傳輸或者其它有線通信。該脈搏血氧儀還包括給電路提供工作電壓的電源模塊；所述電源模塊可以是電池或USB通過上位機電源供電或通過直流穩(wěn)壓電源供電。以上所述為本實用新型的較佳實施例而已，但本實用新型不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本實用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實用新型保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種脈搏血氧儀，其特征在于，它包括上位機、處理器、LED驅(qū)動電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路、可變增益放大電路和探頭接口 ； 所述處理器與所述上位機電信號連接，所述LED驅(qū)動電路一端與所述處理器電信號連接，所述LED驅(qū)動電路的另一端用于與所述探頭接口的輸入端連接，所述I/V轉(zhuǎn)換電路輸入端與所述探頭接口的輸出端連接，所述I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端分為二路，其中一路直接與所述處理器電信號連接，另一路依次通過所述差分放大電路和所述可變增益放大電路與所述處理器電信號連接，所述差分放大電路的輸入端還與所述處理器電信號連接；所述可變增益放大電路的數(shù)字增益控制口與所述處理器電信號連接。
2.如權(quán)利要求1所述的脈搏血氧儀，其特征在于，所述上位機是計算機，筆記本，PDA或者自定義的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備。
3.權(quán)利要求1所述的脈搏血氧儀，其特征在于，所述處理器與所述上位機電信號采用無線通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞诫娦盘栠B接，傳輸方式包括無線保真或者藍牙或者ZigBee0
4.權(quán)利要求1所述的脈搏血氧儀，其特征在于，所述處理器與所述上位機采用有線通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞诫娦盘栠B接，傳輸方式包括RS232串口通信或者RS485串口通信或者USB傳輸。
5.如權(quán)利要求1所述的脈搏血氧儀，其特征在于，該脈搏血氧儀還包括給電路提供工作電壓的電源模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的脈搏血氧儀，其特征在于，所述電源模塊是電池或USB通過上位機電源供電或通過直流穩(wěn)壓電源供電。
專利摘要本實用新型屬于生物信息檢測及醫(yī)療儀器領(lǐng)域，為一種脈搏血氧儀，它包括上位機、處理器、LED驅(qū)動電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路、可變增益放大電路和探頭接口；處理器與上位機電信號連接，LED驅(qū)動電路一端與處理器電信號連接，LED驅(qū)動電路的另一端用于與探頭接口的輸入端連接，I/V轉(zhuǎn)換電路輸入端與探頭接口的輸出端連接，I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端分為二路，其中一路直接與處理器電信號連接，另一路依次通過差分放大電路和可變增益放大電路與處理器電信號連接，差分放大電路的輸入端還與處理器電信號連接；可變增益放大電路的數(shù)字增益控制口與處理器電信號連接。本實用新型提高了參數(shù)計算的準(zhǔn)確性，使用可變增益技術(shù)擴展了測量的灌注水平范圍，使得對低灌注信號的測量能力提升到了0.125％，對高灌注信號的測量能力提升到了20％，對血氧飽和度的檢測能力擴展到了35％至100％。
文檔編號A61B5/024GK202942101SQ20122063755
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者楊玉星, 謝慶國, 艾志光, 譚雙平 申請人:華中科技大學(xué)