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基于动态光谱的数字化脉搏血氧检测系统

李尚颖  
【摘要】: 脉搏血氧仪是一种可连续、无创、方便地检测动脉血氧饱和度的仪器。由于其在系统设计和信号处理方法上存在的缺陷,使它在测量的精度、重复性、稳定性等方面还存在需要探讨和完善的地方。本课题提出了基于动态光谱的脉搏血氧测量原理,并且在该原理的指导下,设计了一套数字化脉搏血氧检测系统。系统采用频分测量法和过采样技术,简化模拟电路部分的设计,提高了系统稳定性和重复性。系统采用数字滤波和数字解调的方法,用软件提取光电脉搏波信号。并在动态光谱原理基础上,对光电脉搏波信号进行时域频域转换,所得到基波分量用于血氧饱和度计算,获得了高精度的脉搏血氧饱和度测量值。 本课题的创新与主要工作体现在以下方面: (1)通过分析传统脉搏血氧测量原理引起的测量误差,首先在理论上推导出实现高精度脉搏血氧测量的方法——基于动态光谱方法的脉搏血氧测定法,这种方法在原理上可以消除由于测量条件及个体差异等多方面因素对测量精度的影响。 (2)针对传统的脉搏血氧饱和度检测系统中因模拟电路复杂而引起的系统稳定性和重复性差的问题,本文提出了数字化的设计思想,根据动态光谱测量原理采用现代微处理器、集成电路技术,研制了脉搏波信号的检测与采集系统,简化了硬件电路中的光源驱动电路和交直流分离电路。并利用过采样技术,使A/D采样分辨率得到提高,利用数字滤波来代替模拟滤波电路,从而简化了模拟电路部分中对信号放大滤波环节,本系统提高系统稳定性和可重复性,降低了由于模拟电路不稳定所造成的系统测量误差。在进行光电脉搏波的检测时采用了区别于分时照射被测组织的传统测量法,系统用不同频率的双路检测光同时照射被测组织,利用频分复用技术的思想和数字解调的方法将采样的数字信号解调为双路光信号。简化了复杂的双光束分离的硬件电路,同时也提高了信噪比。 (3)采用数字解调的方法对采样的数字信号解调为双路光信号,并用软件提取光电脉搏波。在动态光谱理论的基础上,对光电脉搏波信号进行时域频域转换,所得到基波分量用于血氧饱和度计算,获得了高精度的脉搏血氧饱和度测量值。 本系统在硬件方面设计了以ADμC841为核心的信号检测和采集系统,并结合了双波长频分法和过采样技术,在提高分辨率和信噪比的同时,大大简化了硬件电路。并利用数字滤波和数字解调的数据处理方法,完成双路信号分离。研究了容积脉搏波的软件提取和检出,并在通过傅立叶变换得到光电脉搏波的基波分量,用于血氧饱和度计算。


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