心率血氧检测技术论文

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众所周知,中医脉诊已有两千多年的历史,我国古1 光电式脉搏传感器的原理 人早巳把脉搏作为人体状态的一个信息窗口。但由于根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律, 物质在一定波长中医是靠手指获取脉搏信息，虽然脉诊具有简便、无处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射到创、无痛的特点易为患者接受，然而在长期的医疗实人体组织上时, 通过人体组织吸收、反射衰减后测量到践中也暴露出一些缺陷。首先,切脉单凭医生手指感觉的光强将在一定程度上反映被照射部位组织的结构特征。辨别脉象的特征，受到感觉、经验和表述的限制，并脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生，在人体指尖，组且难免存在许多主观臆断因素，影响了对脉象判断的 织中的动脉成分含量高, 而且指尖厚度相对其他人体组 规范化;其次，这种用手指切脉的技巧很难掌握;再则，织而言比较薄, 透过手指后检测到的光强相对较大,因感知的脉象无法记录和保存影响了对脉象机理的研究。此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。脉诊的这种定性化和主观性，大大影响了其精度与可在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指 行性，成为中医脉诊应用、发展和交流中的制约因素。将中医的切脉与现代电子技术结合可获取精确的脉搏信息，有助于对生理状况的诊断。 生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复等优点，本文讨论的就是基于光电式脉搏传感器的原理结构和具体实现。 收稿日期：2008-09-16 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 . 19 技术报告 Technology Report 推演出所需的信息，供医生准确地诊断疾病。 信号处理 2 光电式脉搏传感器结构 图2是光电式脉搏传感器结构示意图,它由红外发光二极管和红外光敏三极管构成。发光二极管发出的直接从传感器上采集到未经放大的原始信号,可以看见模糊的脉搏信号，但存在大量的干扰，很难分析出脉搏信号的好坏。传感器输出的信号要经过放大滤波处理。 红外光照射到血管上,部分光经血管反射被光敏三极管接收并转换成电信号送检测电路,测出血流状态。 3 信号获取的实现 脉搏信号具有如下具体特点:(1)强干扰下的微弱信号 由于脉搏信号幅度很小，大约是μV到mV的数量级范围。因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50Hz的工频干扰，有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等。 (2)频率低但能量相对集中的信号 人体的脉搏频率非常低，约为，一般情况下为1Hz左右，脉搏信号可看成一个准直流信号，也可看成是一个甚低频交变信号。根据脉搏功率谱能量分析，健康人脉搏能量绝大多数分布于1~5Hz，而病人脉搏在1Hz以下和较高频段(如5Hz以上或10Hz以上)仍有相当一部分的能量分布。(3)复杂且易变的随机信号 脉搏信号因人体生理、病理、心理的不同而不同，又受环境、时间、气候的影响，表现出同一个人在不同的时间、地点有不同的脉象，有时也会有不同的疾病表现出相同的脉象。由于脉搏信号的复杂性和变异性，一方面使得我们较难直接从观测结果中总结信号的特性和规律；另一方面，在有些情况下，有意义的信息恰恰蕴含在变异性之中。我们研究脉搏信息的主 要任务就是提取脉搏信号并加以处理，并由此分析、 . 20 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 信号处理装置具有信号放大、滤波等处理功能。系统的信号处理电路如图3 所示。整个电路工作于3V电源电压下,由三部分构成：① 传感器,接电源的上拉电阻R1，完成传感器供电和波动信号的放大输出。②放大级，由两级运放构成的放大器组成,同时放大器输入端的电容C1、C2 和接地电阻R2、R5 完成信号中直流分量的滤除。③ 整形级, 通过两级放大的波动信号电压已达到伏特数量级, 将该信号再通过一个同相滞回 比较器(深度正反馈运放) ,运放的反相输入端通过分压电阻RT 提供比较电压,直接将模拟的脉搏波动信号 整形为高低电平方波信号输出。 输出的信号以高信噪比和足够的幅度(1~5V)进入作为8031 单片机外围设备的AD574 转换器, 在MCS-51单片机的控制下,脉搏波信号以100次/s的采样率转换为数字量存储在8031单片机外部RAM62256中。在程序(EPROM2764)的管理下,对这些数据进行分析计算并在LED上显示出来,同时将所采集的数据通过串行口发送到以PC机为主的中央分析系统，做进一步分析,就可以得到脉搏信息中包含的各脉的量化特征,实现脉象信息自动、准确的分类。 4 结束语 无创伤监护技术将是未来医学工程发展的重要方向，而人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐 (下转第57页) 人口的老龄化对于医疗保健来说有非常显著的影化正在扩大家庭医疗市场中的潜在用户。2000年，接响，因为个人对医疗保健的需求会随着年龄的增加而受家庭医疗的病人中，约的病人年龄在65岁以上。 增加。当一个人逐渐变老时，与心脏有关的疾病、关以心血管市场作为例子，要说明的是，心脏病的节疾病以及癌的发生率都会增加，这就迫使人们注意 风险是随年龄的增加在增加的。当一个人逐渐变老时， 医疗保健。再者，稍老的人倾向于希望在家中接受治疗，他的动脉在逐渐变硬，血流通道变细，这会导致血压因为日常活动，诸如洗澡、吃饭、走路等等都会随着升高，心血管系统泵血和输送氧的最大能量会随年龄年龄的增加而变得困难。 的增加逐渐变弱。 下图显示美国2005和2006年慢性病与年龄段的心脏疾病可以用药物治疗，也可以通过手术处理。关系状况。 所以，一些从事心脏病治疗的药物公司和医疗器械公 结果，从老年人口增加中最受益的是在心血管、司很可能从这一逐渐走向老年化的趋势中得到好处。骨科和癌症领域工作的公司。此外，人口的快速老年 下图是国际上预期在2008年从老年人中获益的从事心血管业务的公司名单。 ■ 况 状行流病 ) 疾比的分择百(选龄年按病 压 症 病 疡 病 病 炎 脏血癌尿溃肾疾节心高类糖节关类各关的各性断慢诊生医信息源：国家健康访谈调查与弗若斯特公司 (上接第20页) 引起临床医生的很大兴趣，光电容积法(PPG)是当今参考文献 测量脉搏信号的一种有效途径，也可以通过这种方法[1] 刘继光, 范玮琦. 《人体脉搏信号的采集装置》 硕士学 测量血氧饱和度、氧分压、心搏出量等生理信号，为位论文 沈阳工业大学 2006. 3 临床诊断提供强有力的技术支持。 [2] 戴君伟,王博亮. 光电脉搏传感器的研制和噪声分析 [J] 传感器技术, 脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感器输[3] 焦洋,陈殿仁. 《指端脉搏信号测试系统研究》长春理 出的微弱信号提取问题，本文通过对脉搏信号特点的工大学 分析,利用光电式脉搏传感器采集脉搏信号,将微弱的[4] 王炳和. 脉搏系统建模与脉象信息分析的研究进展。生 信号经过处理。使之可以送入计算机作进一步分析,得物医学共程学杂志。2002，19(2) [5] 姜远海,霍纪文,尹立志. 《医用传感器》科学出版社 到准确丰富的脉象信息, 有很广泛的临床价值。 (170-174) ■ 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 . 57

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