一种低成本的光电式血氧饱和度Q值测量电路的设计

　　脉搏血氧计的发展己有很长的历史。而目前社会上最流行的是采用光电式脉搏血氧法,此种血氧仪携带方便,操作简单,无创伤,在临床诊断和家庭使用中都非常受欢迎。本文要讨论的是光电式脉搏血氧测量法中的一个重要参数Q,采用反射式自制脉搏传感器,设计了一种低成本的Q值检测电路。电路操作简单,所得的Q值在所规定的标准文献之内,通过参照定标曲线[12],即可得到血氧饱和度的数值。

　　1　测量原理

　　目前社会上对血氧饱和度的测量普遍采用光电式脉搏血氧测定法,其原理是检测血液对光吸收量的变化,测量氧合血红蛋白(HbO2)占全部血红蛋白(Hb)的百分比,从而直接求得SpO2。

　　无损伤血氧饱和度测量是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理来进行测量的。基础研究氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率。当单色光垂直照射人体,动脉血液对光的吸收量将随透光区域动脉血管搏动而变化,而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两种特定波长的恒定光λ1、λ2照射手指时,运用Lambert-Bear定律并根据氧饱和度的定义可推出动脉血氧饱和度的计算式如下[1]:

　　实验条件下,选择红光波长660 nm,红外光波长940 nm,用自行设计的低成本硬件电路测得主要参数Q值,代入上述公式,即可求得血氧饱和度SpO2;或将Q值参照标准文献定标曲线[12]来推算出SpO2,两者所得结果在±0.069之间波动。

　　2　电路分析

　　本电路大致框图如图1所示,主要可以把分成脉冲控制电路,光电接收电路,信号采集电路,信号处理电路四个部分。

　　工作原理如下:脉冲控制部分由多谐振荡器、双单稳态、下降沿触发器组成,在0.8 s时间内交替驱动红外二极管和红光发光;两列光分别经手指反射后由光电检测电路转换为电信号,并进入采样保持电路;脉冲控制部分同时控制着两路光信号的交替采样,信号经过采样后分别经过高、低通滤波、放大和陷波电路后,得到0.2~20 Hz范围内的脉搏波;将信号输入到计算电路部分进行处理,包括峰值—谷值保持电路、指数运算电路等,最后用万用表测得所需的Q值。

　　2.1　驱动电路

　　驱动电路的基本设计思路是在一个心动周期大约0.8 s时间内,控制660 nm的红光和940 nm的红外两种波长光周期性发光,时序电路的频率选定为工频的数倍(本检测仪为100赫兹)占空比1:10。具体电路由一个时基电路555定时器构成的多谐振荡器;一个双单稳态触发器4098,根据需要采用上升沿触发;一个555构成的下降沿触发器;由高电平触发的电子开关4066做为控制部分。