光电检测技术的人体多生理参数测量

　　心血管血流参数检测仪是院内院前急救(如急救中心、急救车)、医院床旁与家庭监护中必不可少的设备。随着电子技术日新月异的发展，各类监护仪在近 20 年得到了飞速的发展，但心血管参数的监护还只局限在心率和血氧饱和度两个参数上，远远不能满足临床需要。

　　目前已开发和使用的血流参数无创检测仪虽然可以检测血压，但仍采用袖带测量或桡动脉脉搏压力传感器，使用起来十分不便，不适合作临床长时间监护以及运动状态下的动态监护。利用指端光电容积描记法原理，将容积血流脉搏波传感器定位于指端，对检测部位要求不太严格，并可长时间监测。

　　人体脉搏波的波形、幅度和形态包含了反映心脏和血管状况的重要生理信息，因此从脉搏波信号中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到人们的重视。本课题使用现代光电检测技术实现对人体脉搏信号的连续、无创检测。实践证明，可以通过该系统测量多个脉搏参数，达到对人体心血管功能的监控。

　　1 脉搏血流参数测量系统硬件原理

　　本系统采用光电容积描记法(Photo plethysmogra-phy, PPG)原理测量人体脉搏波。光电容积描记法是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创伤检测方法。容积脉搏血流存在于外周血管中的微动脉、毛细血管和微静脉中，血液在心脏搏动下呈脉动性变化。

　　仪器的测量部位为人手指指段。发光二极管采用660nm、840nm、940nm 3 种红光或红外发光二极管。660nm、940nm 的发光二极管用于测量血氧饱和度，840nm 的发光二极管用于测量血流脉搏波信号。由于二极管直流供电会引起二极管发热，导致人体局部血管的热膨胀，同时考虑到二极管的交流供电使用寿命长，因此必须使用调制电路对二极管供电，这样可以消除背景光的干扰，减小误差，提高测量的准确性。TMS320LF2401A 中内置了 16 位 PWM，可以通过它对发光二极管供电。

　　本系统中采用一种新型的光电传感器。该元件将感光部件(光电二极管)和放大器集成在同一个芯片内部。这种集成化的设计方式有效地克服了后端运算放大器空载电流输出对光电二极管输出电流的影响。光电二极管的电流通过内部电流—电压转换放大器，芯片输出的电压信号范围为 0~+5V，并且输出电压和光强具有良好的线性关系。传感器设计采用反射式方法测量。

　　从光电传感器获得的信号先通过低通滤波器，去除载波信号。然后再通过隔直电路，以消除直流信号。再由高增益、高共模抑制比、低漂移放大器 AD620 放大，再经带宽为 0.1~21Hz 的带通滤波器处理后转换成0~3.5V 的电压波动信号，输入 DSP 的 A/D 中，TMS320LF2401A 中含有 5 通道 10 位 A/D。经计算后再将各种参数显示在 LED 上，供临床或手术使用。脉搏血流信号参数测量系统硬件流程如图 1 所示。