非侵入式脉搏血氧检测系统关键技术研究

【摘要】： 血氧饱和度是指血液中被氧结合的血红蛋白容量占全部可结合血红蛋白容量的百分比,是人体重要的生命体征参数之一,直接反映了机体组织供氧状况的好坏,在临床医学检测和医疗监护领域有重要的参考价值。随着微光机电系统技术、生物医学技术及数字信号处理技术的发展,集成化、微型化、数字化脉搏血氧检测系统成为研究的热点。 本论文在国家科技部国际合作重点项目(No: 2006DFA13510)和意大利Istituto di Fisiologia Clinica, Consiglio Nazionale delle Ricerche、Polo Sant’Anna Valdera, Scuola Superiore Sant’Anna的资助下,基于机体组织因血液脉动而造成透射光吸收系数变化的原理,进行非侵入式脉搏血氧检测系统关键技术的研究,具有重要的科学意义和广阔的应用前景。 论文探讨了基于LED光源和PIN光电探测器的脉搏血氧探头设计;采用MSP430系列超低功耗微控制器,研究了集成化、低功耗信号获取与处理系统;引入M2M通信技术,提出了非侵入式脉搏血氧与呼吸远程监测系统架构,实现了脉率、血氧饱和度和呼吸状态的远程监测。其主要研究内容是: ①以Beer-Lambert定律为基础,深入分析了非侵入式脉搏血氧检测的工作原理,并结合硬件时分复用的诸多优势,基于MSP430FG439超低功耗微控制器,研制了微型化、低功耗、低成本的脉搏血氧检测系统,能够实时检测血氧饱和度和脉率,实现了预定的研究目标; ②参照兼容Nellcor DS-100A脉搏血氧探头,利用中国电子科技集团第44研究所生产的LED光源和PIN光电探测器GT101,初步探索并分析了脉搏血氧探头设计的关键技术细节; ③研究了数字信号处理算法在脉搏血氧检测系统中的应用,主要包括LED光源恒亮自适应控制、IIR和FIR数字滤波器、运动伪差抑制、脉率和血氧饱和度提取算法等,以抑制系统噪声干扰,提高系统检测的稳定性和可靠性; ④将M2M通信技术引入到医疗监护领域,以Telit高性能GPRS数据通信模块GM862-GPS为核心,构建了便携、低功耗、性能可靠的非侵入式脉搏血氧与呼吸远程监测系统,并结合Vodafone Italia提供的通信数据传输服务进行了相应的系统性能验证,达到了预期的远程监护目标。