便携式多参数监护仪的研制与开发——脉搏血氧测量仪

　　1　引　言

　　现在多参数监护仪已经在医院护理和急救系统中得到广泛的应用。随着传感器技术、计算机技术以及无线网络的快速发展,使得人体多参数监护仪向微型化、远程化的实现成为可能[1]。这种监护仪的监护对象不仅是病人,健康者也可能成为监护对象,通过对健康者的生理参数进行监护,使用者随时可以了解自身的身体状况并做出相应的调整,更有助于疾病的早期发现和及时治疗[1-3]。它还可以应用于一些特殊的场合,比如:对特殊环境下的工作人员进行身体状态监测;在战时,对士兵的人体状态监护等。

　　本文提出的便携式多参数监护仪,是将嵌入式平台和多个测量端构成一个无线局域网(如图1所示)。期望这种监护仪能够在户外急救中提供一个可行的解决方案。本文将其中一个通路(脉搏血氧测量)做重点介绍,其他通路类似。

　　本文密切结合实际应用,又着眼于有潜力的新技术,研究内容涉及无线射频、C8051F350/330单片机应用、动态监护、嵌入式软件开发等技术,是生物医学与电子技术的交叉学科。

　　2　脉搏血氧测量原理和方法

　　脉搏血氧饱和度测量原理是依据郎伯-比尔(Lam-bert-Beer)定律[4]:当一束单色光通过溶液介质时,吸光度与溶液的浓度和溶液层的厚度的乘积成正比。根据该定律及血红蛋白吸收特征曲线,通过数学方法可以推导出血氧饱和度的测量模型:

　　(1)使用红外光(660 nm)和近红外光(925 nm)作为测量光;

　　(2)测量部位为人体指尖;

　　(3)脉搏的计算式:PR=(60×采样率)/两波峰间点数。脉搏波峰的确定:在采集的脉搏数据段中,如果某点满足下面条件,则认为此点为波峰。此点及前后n个点,共2n+1个样本点,此点是2n+1个样本中的局部最大值。

　　(4)计算血氧饱和度的数学式: SaO2= a + b·ρ[4]。其中a,b为常系数,可以通过数学统计方法拟合标定。

　　式(1)中的IR和IIR是红光和近红外光的脉动增量光强度,反映经动脉血后透射光的信号强度。AC(660)和AC(925)分别是两路透射光信号的交流成分,DC(660)和DC(925)分别是两路透射光信号的直流成分。

　　925 nm近红外光吸光量的变化主要由氧合血红蛋白含量影响;而660 nm红光吸光量的变化主要由还原血红蛋白含量影响。根据上述分析,综合人体生理特征及测量的简便性,本文系统采用的测量方法是双波长测量法,即:将含动脉血管的部位指尖安置在两个发光管和一个光探测器之间,控制两个发光管交替发光,光探测器接收透射光信号,得到脉搏波。通过相关数字处理,首先确定脉搏波准确周期,其次从该复合信号中分解出交流和直流成分,最终通过式(1)求出血氧饱和度。