指夹式脉搏血氧仪的监测原理

脉搏血氧仪原理

今天主要向大家介绍脉搏血氧仪，一个是介绍脉搏血氧仪的工作原理；另外，面临在精确测量时候的挑战，也包括器件选型，最后我们

会有几张图片介绍ADI的参考设计。

做过监护血氧仪、指甲式血氧仪都清楚，监护仪里面是带有血氧的模块，还有比较小的指甲式的，就是偏向于家用、个人用的，模式是

不一样的。什么是脉搏血氧仪？首先讲一下氧气，大家知道人需要氧气活着，氧气怎么样让人活下去？氧气在血液当中的红细胞，由红

细胞通过动脉供养给毛细血管。脉搏血氧仪测量的对于是血氧的饱和度，我们用SpO2，SpO2测量怎么出来？是代表实际含氧量与全氧

饱和度的比值。刚才有介绍氧气怎么样传递到人体各个器官、毛细血管，里面就是靠红细胞，红细胞其实很小，非常、非常小，我们这

里列了尺寸，是6-8微米的直径，厚度是2微米，每个细胞的寿命是100-120天，会回收再生。这些细胞是骨髓产生的，所以每个细胞

需要7天的时间才能产生，跟电子不是直接有关，但如果不了解的话讲一讲还是有点意思。成人的体内细胞产生是每秒钟400万个，我

们由荷尔蒙EPO刺激产生的，运动员会注射这些激素，红细胞越多携带氧气的能力越强，竞赛的过程当中对没有注射的来讲是不公平的，

所以在体育激素里面的故事会听到。每个成人有

16 传感器的测量位置与血压袖带处于同一动脉或同一条血管会引起错误的读数。 使用手册 Ver.1.1 17 患者血压过低，收缩压严重过低、严重贫血或体温过低会引起错误的读数 18 患者在心脏停止跳动后使用强心剂或患者在颤抖会引起错误的读数 19 光亮的指甲或涂有指甲油的指甲会引起错误的读数. ★ 说明书中指明的设备中关于可循环使用的附件或附件的组成部分包括电池在内需遵循当地法律法规。 指夹式脉搏血氧仪 本公司生产的指夹式脉搏血氧仪是一种无创伤、连续检测人体动脉血氧饱和度以及脉率的医学仪器，它便携，并能准确快速地测量血氧，使您知道自己目前是否缺氧。 产品特点 ? ? ? ? ? 产品采用双色OLED显示，界面可以显示六种不同的显示模式； 产品功耗低，所配两节AAA电池可持续使用40小时以上； 在电池电压过低可能影响正常使用时，有低电压警告指示； 在无信号产生时，产品会在8秒钟之后进入待机状态； 体积小、重量轻、携带方便。 概述： 血氧饱和度是血液中与氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比。即血液中血氧的浓度，反映了含氧血红蛋白在血液中的饱和度。它是呼吸循环系统一个非常重要的生理参数。许多呼吸系统的疾病

毕业设计(论文)

数字式脉搏血氧仪设计

系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师

自动化工程系 生物医学工程

50616 常衍春 贺忠海

2010 年 6 月 10 日

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第I页

摘 要

脉搏血氧仪是一种可连续、无创、方便地检测动脉血氧饱和度的仪器。由于其在系统设计和信号处理方法上存在的缺陷,使它在测量的精度、重复性、稳定性等方面还存在需要探讨和完善的地方。本课题提出了基于动态光谱的脉搏血氧测量原理，并且在该原理的指导下，设计了一套数字化脉搏血氧检测系统。系统采用纯数字芯片设计，提高了系统稳定性和重复性。系统采用数字滤波和数字解调的方法，用软件提取光电脉搏波信号。并在动态光谱原理基础上，根据推导出的算法，获得了高精度的脉搏血氧饱和度测量值。

本课题的创新与主要工作体现在以下方面：

（1）通过分析传统脉搏血氧测量原理引起的测量误差，在理论上推导出实现高精度脉搏血氧测量的方法——基于动态光谱方法的脉搏血氧测定法，这种方法在原理上可以消除由于测量条件及个体差异等多方面因素对测量精度的影响。

（2）针对传统的脉搏血氧饱和度检测系统中因模拟电路复杂而引起的系

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数字式脉搏血氧仪设计

系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师

自动化工程系 生物医学工程

50616 常衍春 贺忠海

2010 年 6 月 10 日

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第I页

摘 要

脉搏血氧仪是一种可连续、无创、方便地检测动脉血氧饱和度的仪器。由于其在系统设计和信号处理方法上存在的缺陷,使它在测量的精度、重复性、稳定性等方面还存在需要探讨和完善的地方。本课题提出了基于动态光谱的脉搏血氧测量原理，并且在该原理的指导下，设计了一套数字化脉搏血氧检测系统。系统采用纯数字芯片设计，提高了系统稳定性和重复性。系统采用数字滤波和数字解调的方法，用软件提取光电脉搏波信号。并在动态光谱原理基础上，根据推导出的算法，获得了高精度的脉搏血氧饱和度测量值。

本课题的创新与主要工作体现在以下方面：

（1）通过分析传统脉搏血氧测量原理引起的测量误差，在理论上推导出实现高精度脉搏血氧测量的方法——基于动态光谱方法的脉搏血氧测定法，这种方法在原理上可以消除由于测量条件及个体差异等多方面因素对测量精度的影响。

（2）针对传统的脉搏血氧饱和度检测系统中因模拟电路复杂而引起的系

毕业设计(论文)

数字式脉搏血氧仪设计

系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师

自动化工程系 生物医学工程

50616 常衍春 贺忠海

2010 年 6 月 10 日

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第I页

摘 要

脉搏血氧仪是一种可连续、无创、方便地检测动脉血氧饱和度的仪器。由于其在系统设计和信号处理方法上存在的缺陷,使它在测量的精度、重复性、稳定性等方面还存在需要探讨和完善的地方。本课题提出了基于动态光谱的脉搏血氧测量原理，并且在该原理的指导下，设计了一套数字化脉搏血氧检测系统。系统采用纯数字芯片设计，提高了系统稳定性和重复性。系统采用数字滤波和数字解调的方法，用软件提取光电脉搏波信号。并在动态光谱原理基础上，根据推导出的算法，获得了高精度的脉搏血氧饱和度测量值。

本课题的创新与主要工作体现在以下方面：

（1）通过分析传统脉搏血氧测量原理引起的测量误差，在理论上推导出实现高精度脉搏血氧测量的方法——基于动态光谱方法的脉搏血氧测定法，这种方法在原理上可以消除由于测量条件及个体差异等多方面因素对测量精度的影响。

（2）针对传统的脉搏血氧饱和度检测系统中因模拟电路复杂而引起的系

脉搏测试仪 工作原理

本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的基本测量功能。脉搏测量仪硬件框图如下图2.1 所示：

光电传感器 低通放大器 比较器和振荡器 外部中断信号

数码显示电路 单片机 AT89C51 外部晶振

图 2.1 脉搏测量仪的工作原理

当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到液晶显示。

光电传感器的原理

根据朗伯一比尔(Lamber—Beer)定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减

后，测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征[7]。

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感

YJ-02型医学电子教学仪器综合试验箱

第一部分 综合实验箱简介 ........................................... 2 第二部分 实验项目 .................................................... 4

实验一 温度测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验二 心血管参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验三 肺功能参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验四 握力测试 ........................................................... 错误！未定义书签。 实验五 血压测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验六 心电测试 .....

YJ-02型医学电子教学仪器综合试验箱

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实验一 温度测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验二 心血管参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验三 肺功能参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验四 握力测试 ........................................................... 错误！未定义书签。 实验五 血压测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验六 心电测试 .....

文献综述

一、目的和意义

便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。未来，还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。多年来，心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。目前，检测心率的仪器虽然很多，但是体积大，功耗大，不易于携带。有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价格低、操作简单，能被普通家庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。因此，设计一种成本低廉，可随身携带，可长时间记录，显示和存储心率值，可与微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。基于此，本文探究研发了一种体积小，操作简单，适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。 二、国内外现状

心电监护（ECG Telemonitor）的历史，可以追溯到上世纪初。1903年，“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线，记录了世界上第一份完整人体心电图，这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。其后数十年间，伴随冠

YJ-02型医学电子教学仪器综合试验箱

第一部分 综合实验箱简介 ........................................... 2 第二部分 实验项目 .................................................... 4

实验一 温度测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验二 心血管参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验三 肺功能参数测试 ........................................ 错误！未定义书签。 实验四 握力测试 ........................................................... 错误！未定义书签。 实验五 血压测试 .......................................................... 错误！未定义书签。 实验六 心电测试 ...