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生物医学技术之血氧测量技术（4）-血氧饱和度测量电路原理
发表于 2007-3-22 20:05:10

通过对脉搏血氧测量原理的研究，人们已经发现只要测量出两种波长的透射光在一个完整的脉搏波中光强度的变化量就可以计算出血氧饱和度。现代的光电和微电子技术为这种测量原理的实现提供了可能。根据脉搏血氧测量原理可以设计出各种各样的血氧测量计，基本结构框架如下：

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血氧测量计的基本结构包括两部分：血氧传感器器和血氧电路。从理论上来看，血氧传感器的由简单的两部分组成：光发射和光接受部分组成。但是在临床上使用的血氧传感器除了包括这两个核心的器件外，还包括相应的机械部件、信号传输电缆、探头识别接口等。这些因素直接影响探头的可靠性、舒适性。探头能否在实际临床上被可靠的稳定的使用很大程度上取决于这些外围的部件。因此，在工程设计是，除了对传感器工作原理的分析外，对传感器其他部件的分析，寻求一个合适的解决方案是一项技术能否实现产品化的关键。

   信号处理电路对来自传感器的信号进行处理，信号经过放大、滤波，得到一定幅度的信号。这个信号送入到A/D转化电路，实现模拟到数字量的转化，被数字化之后的信号经过单片机按照血氧算法计算后得到血氧饱和度。

 

   在血氧测量原理我们提到，用两种特定的波长就可以实现脉搏血氧饱和度的测量。这两种光的波长是660nm和940nm。通过对人体生理波形的分析可以知道，人体的脉搏次数在30~250次/分钟，对应的频率是0.5~4.1HZ，。采样定理指出：对于一个具有有限频谱的连续信号进行采样，当采样频率大于信号频率的两倍是，有采样后得到的输出函数能无失真的恢复到原来的信号。在实际上，我们取采样频率为120HZ，可以保证信号的无失真。即使是120HZ，对单片机控制电路来讲，频率也是比较低的，因此对与红光和红外光的采样采用分时采样的方法，即对红光和红外光的采样在不同时刻，但是这两个信号的采样时刻非常的接近。此外，考虑到减少传感器电缆线的芯线数量，降低成本和增强电缆的可靠性，因此在设计红光和红外光的连接方式式采用的红光和红外光反向并联的方式。连接方式如下图：

传感器采用发光二极管LED作为光源,以光电二极管作为光检测器件。在前面的讨论中我们提到采用660nm和940nm波长的ＬＥＤ时可以减少测量误差。因此最终确定选用660nm和940nm波长的ＬＥＤ作为光源。

    光源采用脉冲驱动。采用脉冲驱动的好处是两路光源可以交替发亮，检测电路可以采用对两路光响应电平一致的光敏元件接收。

 
系统分类: 单片机
用户分类: 生物医学技术
标签: 生物医学技术 血氧饱和度 测量电路原理
来源: 原创
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生物医学技术之血氧测量技术（3）-血氧饱和度计算方法
发表于 2007-3-12 10:04:05

光是一种电磁波。自然是由不同波长（400～700nm）的电磁波按一定比例组成的混合光，通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光感觉时，则这两种光的颜色互为补色。处于同一直线关系的两种色光（如绿与紫、黄与蓝）互为补色。（www.ednchina.com/blog/cllzs原创）

当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜色。如果溶液吸收了其中一部分波长的光，则溶液就呈现透过溶液后剩余部分光的颜色。例如，我们看到KMnO4溶液在白光下呈紫红色，就是因为白光透过溶液时，绿色光大部分被吸收，而其它各色都能透过。在透过的光中除紫红色外都能两两互补成白色，所以KMnO4溶液呈现紫红色。

同理，CuSO4溶液能吸收黄色光，所以溶液呈蓝色。由此可见，有色溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。吸收越多，则补色的颜色越深。比较溶液颜色的深度，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。下表列出了溶液的颜色与吸收光颜色的关系。

溶液的颜色与吸收光颜色的关系

 

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当一束平行单色光（只有一种波长的光）照射有色溶液时，光的一部分被吸收，另一部分透过溶液

                          

光吸收示意图