脉搏血氧饱和度测量系统的设计研究

　　一、引言

　　许多呼吸和循环系统疾病，或麻醉手术等常常造成想者氧气供给障碍，所以在临床上血氧浓度成为重要观测指标，且常常需要血氧浓度变化的连续监测。以往血氧浓度是通过血气分析仪测量，由于需要采血且测量周期较长，所以许多场合不能满足临床要求。我们利用当今先进的光电元器件，依据以Lambert一beer定律为基础的脉搏式SO₂测量原理设计了一个SO₂测量系统，简称血氧计。它比已往检测方法的优点在于能够实现体外无损伤连续测量及显示脉搏波形。由于采用了调制光及向步检波技术，并利用句法模式识别技术识别脉搏波，使得该系统有反应灵敏、速度快、稳定性好且使用方便等特点。

　　二、系统设计

　　脉搏式SO₂测定方法的特点是利用两路特定波长光穿过测试部位。由于非血组织的光吸收是固定不变的，而血液成份却随动脉的搏动在测试部位流入流出改变自身体积，从而引起光吸收的波动，SO2则与血液对两路光吸光度的变化之比有线性对应关系，可表示为:

　　因此，我们可以通过检测这种充血前后吸光度的变化求得SO₂.

　　依据上述测量原理，本系统主要由探头、时序电路、光电检测及预处理电路、A/D转换电路和计算机部分构成(如图1所示)。

　　1探头设计

　　根据H6O2和Hb的吸光曲线和基础性研究，结合可选元器件，本系统采用两路光，其波长为650nm和930nm。测量位置选择指尖处，探头采用弹性较好的软橡胶做成夹子形状轻夹住手指尖部，保证血液流动正常，两发光元件固定在同侧橡胶管壁上。在恒定光源下，光电管检测到的光强是随与发光管中心距的增加而呈指数规律减少，由于采用单一光敏元件同时检测两路光，所以两发光元件相距不能过远.实验表明，两发光元件中心距5—8mm较为合适，接收元件镶嵌于对侧橡胶管壁上。

　　2.光源电路设计

　　由于本系统选用体积较小的发光二级管作光源，因此透过测试部位光强较弱。实验表明，由心脏跳动所引起的指动脉血吸收光变化量占所接收的总光强的5%左右，它比外界干扰信号如常见的工频干扰还要小得多，为提高系统抗干扰能力，本系统采用了调制光技术。该部分电路包括方波发生器、时序电路及发光二极管(ci.En)驱动电路。

　　方波电路产生2kHz的方波并经时序电路分频产生两路频率为1kHz，占空比为1/4.时序交错的方波(如图2a,2b所示)，再经驱动电路放大轮流驱动LED发光，即将光波调制在特定的“载频”上，这样可以大大提高系统的抗干扰能力，增强后级电路的接收灵敏度。在保证必要发光强度的同时，还可以降低发光管的平均电流，提高发光管的使用寿命。此外，时序电路还同时产生供后级直流预置电路和同步检波电路使用的同步信号。