血氧饱和度（SO2）是血液中被氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占血红蛋白（Hb）容量的比重，它是反映人体呼吸的一个的重要生理参数。本文首先对血氧饱和度仪的现实意义和作用进行了介绍，并说明了血氧饱和度仪的设计方法，即本设计是通过一种基于朗伯-比尔定律的光电测量法，借助一个指套式光电传感器来实现的；使用MSP430F147微处理器作为控制器，并设计一些硬件电路来提取脉搏信号，通过连续多次脉搏信号的峰峰值，本课题还运用了一些信号处理模块，通过这些模块的处理，使得采集到的信号更加准确，再按照一定的算法计算出血氧饱和度（SO2）；最后将这个数值显示到LCD上，能够更加直观的观察到血氧饱和度的测量结果。
关键词：血氧饱和度  MSP430F147  朗伯-比尔定律  脉搏 M000240
     Oxygen saturation (SO2) is a combination of oxygen in the blood is oxygenated hemoglobin (HbO2) capacity accounted for hemoglobin (Hb) the proportion of capacity, it is an important physiological parameters reflect the human breathing. The practical significance and role of the oximeter were introduced and explained oximeter design methods on this paper.That is by design based on the Lambert - Beer law of photoelectric measurements, with a finger-type photoelectric sensor to achieve.Using MSP430F147 microprocessor as a controller, and design some hardware circuit to extract the pulse signal.By repeatedly peak pulse signal, the subject also use some of the signal processing module, through the processing of these modules makes the collected signal more accurate , and then according to certain algorithms to calculate the oxygen saturation (SO2).Finally, this value is displayed on the LCD can be more intuitive observed oxygen saturation measurements.
Key Words: oxygen saturation; MSP430F147; Lambert - Beer law; pulse
1.引言 查看完整请+Q:351916072获取
1.1 血氧饱和度仪的介绍
血氧饱和度（SaO2）是血液中被氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占血红蛋白（Hb）容量的比重，即血液中氧的浓度，它是反映人体呼吸的一个的重要生理参数[1]。而功能性氧饱和度为氧合血红蛋白的浓度与氧合血红蛋白+血红蛋白的浓度之比，区别于氧合血红蛋白所占比重。因此，血氧饱和度(SaO2)能对肺器官的氧合和血红蛋白携带氧的能力进行估计。正常人体的动脉血的血氧饱和度为98% ~99%，静脉血为75%。而血氧饱和度仪就是检测这一项指标的一种电子仪器，重点应用于医疗行业。
1.2 研究血氧饱和度仪的目的和意义
氧是人体进行新陈代谢的一种重要的催化剂，它是人体进行一切生命活动的基础，人体的新陈代谢过程其实就是一种生物氧化的过程，生命活动的本质其实也就是机体细胞吸入氧气排除二氧化碳的过程，血氧饱和度就是反映这一指标的一个重要考量。一般都认为血氧饱和度(SaO2)的正常应大于等于94%，在94%以下则可以认为供氧不足。有的人将血氧饱和度(SaO2)低于90%定为低氧血症的标准，缺氧是人体内供应氧气一消耗氧气之间出现了不平衡，机体细胞的代谢处于缺氧状态，即人体内吸收的氧气量不够新陈代谢所需要的氧气量。缺氧的危害与缺氧程度、发生速度及持续时间有着密切的关联。如果严重的缺氧是麻醉死亡的一种常见原因，约占心脏骤停或严重脑细胞损害死亡的1/3到2/3。中国进行改革开放后，人们的生活水平不断提高，饮食习惯也发生了很大的变化，从而引起了中国心脑血管疾病的发病率的明显提高。然而怎样才能及时的检测出这一指标，让人们能随时的了解到自己的健康状况[2]，能及时的进行预防和治疗呢？现代社会电子仪器已经很普遍了，并且已经一用到人们生产生活的各个领域了，医疗电子也不例外，医疗器械特别是电子医疗器械会在人们以后的生活中扮演一个重要的角色[3]。而且单片机具有运算性强，准确性高，价格便宜的优势，所以更能进入设计者们的视线，运用MSP430F147单片机进行血氧饱和度仪的设计。
1.3 血氧饱和度仪的发展和国内外研究现状
血氧饱和度仪已经有很多年的历史了，基于朗伯-比尔法则的血氧饱和度的测量研究就可以追溯到十九世纪。朗伯-比尔法则系统的描述了光的传播和光密度的关系，并有了基本的计算方法。二十世纪三十年代，Nicolai和Kramer这两位科学家就已经研制出了接近于现今所使用的脉搏血氧饱和度仪。1935年，Matthes研制出了第一个双波长的而不血氧饱和度测量探头，这个设备可以实现脉搏血氧饱和度的检测，但是测量非常缓慢，需要多次的校对，并且需要大量的辅助设备，并不能很有效的区分动静脉血流[4]。这种设备刚开始时采用绿光和红光作为测试光源的，后来经过改进使用红光和红外光，也提高了设备的测量精度，最后这种用红光和红外光作为测量光源的方法也普遍作为现在血氧饱和度仪的传感器的采集光源。
1973年，日本人Tahuo Aoyagi对以往的脉搏血氧饱和度仪进行了改进，可以说是现代血氧饱和度仪的原型，他采用红光和红外光穿过测量部位中的动脉血管，直接利用光吸收曲线法进行计算，并且这种方法不用进行繁琐的校对[5]，也开创了无创血氧饱和度测量的先河。1974年，世界上第一台无创脉搏血氧饱和度仪问世；1982年Nellcor公司研发了一种性能更加好的脉搏血氧饱和度仪N-100，并形成了一种行业标准，即采用红光和红外光的发光二极管作为光源、硅管作为光的传感器[6]，微机进行信号的处理，并且这种传感器在之后的发展中变成了主流的产品。
目前国际上的血氧饱和度仪的测量标准和相关法规，只有一个欧洲标准“EN865，Pulse oximeters-particular requirements，1997”，和美国材料实验室协会（ASTM）制定的血氧饱和度的测量标准，而中国还没有关于这方面的一个国家标准，目前只有一些省级的质量技术监督局批示的地方计量技术标准，如JJG（京）31-2003《脉搏血氧饱和度仪校准规范》、JJG（川）93-2006《多参数监护仪检定规程》等[7]，这就使得了各个地方的标准不一样，不同的生产厂家的执行的标准也不一样，国家也没有规定要对哪种标准进行强制执行，消费者测量时的参考标准不一样，造成了使用的不便。
2.1传感器的光电测试法
血氧饱和度仪测量血氧饱和度的基本原理是朗伯-比尔法则。朗伯-比尔法则描述了一种单色光穿过某种均匀溶液后的透射光的强度与溶液中一些参数的关系： （2-1）           
公式2-1中，I为入射光的光强，I0为透射光的光强，C为液体中吸光物质的吸光系数，D为入射光射入的厚度[8]。但是这个公式也要符合一定的条件：1.入射光线必须为单色光，2.在入射过程中各种物质之间没有相互作用，3.投射的过程中只有吸收过程，没有散射、光化学反应等现象，这些都是为了保证测量结果的准确性。
2.2测试的部位选择
目前市场上的大多数医疗仪器都与是按照不同的功能去测量不同的部位，比如，血压计一般测量胳膊，体温计一般测量腋下。本次设计的血氧饱和度仪器是就是通过动脉的流动来测量的，所以选择测量部位为手指是比较方便和卫生的，而且现在市场上的血氧仪也大多数都是通过这种方式测量的。
2.3传感器的结构分析和选择
血氧探头传感器在结构上其实是有两部分组成的：血氧探头和测量模块[12]。经典的血氧探头传感器就是本文之前提到过的由Nellcor公司研发的脉搏血氧饱和度仪N-100经过改进得到的，是由两个发光二极管（一个红光和一个红外光）和一个光敏二极管组成的，如图2.1所示。两个发光二极管分别产生两种不同波长的光线，穿过手指头上的组织，经过投射，反射等一系列光的作用，光线投射到另一面的光敏二极管上，引起了光敏二极管的一些参 数的变化，然后把接受到的光信号转换成电信号，连接到测量模块上，测量模块接收到光敏二极管传过来的数据后，经过一系列的计算，得到最终的一个参数，就是血氧饱和度值。
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1.引言    1
1.1 血氧饱和度仪的介绍    1
1.2 研究血氧饱和度仪的目的和意义    1
1.3 血氧饱和度仪的发展和国内外研究现状    1
2. 血氧饱和度仪测试原理    3
2.1传感器的光电测试法    3
2.2测试的部位选择    3
2.3传感器的结构分析和选择    3
2.3.1 NELLCOR DURASENSOR(DS-100A)探头    4
2.3.2 Philips M1191A探头    4
2.3.3 MASIMO SET探头    4
2.3.4 DATEX-OMEDHA OXYTIP+探头    5
3.硬件系统的设计    6
3.1血氧模块的硬件系统整体概述    6
3.2对血氧模块各个部分的分析设计    6
3.2.1 主要芯片的介绍    6
3.2.2 LED光源驱动电路    11
3.2.3 电源电路    12
3.2.4 信号处理电路    12
3.2.5 液晶显示电路    13
4. 软件系统的设计    15
4.1 软件系统整体的设计    15
4.2 对各个部分的软件进行分析    15
4.2.1 系统的初始化    15
4.2.2 血氧饱和度值的计算    18
5. 系统调试    20
结语    21
参考文献    22
致谢    23   查看完整请+Q:351916072获取


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