专利名称：一种血氧饱和度测量装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及一种血氧饱和度测量装置和测量方法。
背景技术：
现有技术中对血氧饱和度的测量均是依据经验公式，即测量红光和红外光的 PPG (Photo Plethysmo Graphy，光电容积脉搏波)并从中提取各自的交流分量和直流分量， 而后用这些信号提取所谓的R值(血氧含量)，然后根据经验公式计算血氧饱和度，如李庆波等提出的发明专利《一种血氧饱和度检测方法》(公开号CN101433463A，
公开日2009年 5月20日)等。为了提高血氧饱和度的测量精度，李旭等提出的发明专利《血氧饱和度测量方法和装置》(公开号CN101347334，
公开日2009年1月21日)则采用PPG波形中特定部分的面积来进行计算R。为了消除运动干扰，董秀珍等提出发明专利《消除运动干扰的血氧饱和度测量方法》(公开号CN101632588A，
公开日2010年1月27日)则首先利用两波长标准化PPG信号之差作为理想信号构建自适应滤波器，对两波长PPG信号进行滤波以消弱部分干扰，而后按照0 100%的血氧饱和度分别构建参考信号系列，使用参考信号与原始信号的FFT(快速傅里叶变换)系数间的相关性作为动脉血氧饱和度的识别方法计算出当前动脉血氧饱和度。发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中至少存在以下缺点和不足至今为止的血氧饱和度测量均依据的是经验公式，存在较大的原理误差，电路结构复杂，计算量大以及结果不够准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种血氧饱和度测量装置和测量方法，该血氧饱和度测量装置和测量方法解决了电路结构复杂、计算量大以及计算结果不够准确的问题，详见下文描述本发明提供了一种血氧饱和度测量装置，所述血氧饱和度测量装置包括微处理器、至少两种发光二极管、光敏器件、电流/电压转换放大器和模数转换器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的方波，所述方波驱动至少所述两种发光二极管，所述发光二极管发出的光经被测手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件转换成电压信号，所述电压信号经所述电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号，所述模数转换器将所述预设幅值电压信号转换成数字信号，所述微处理器对所述数字信号进行处理，获取血氧饱和度。所述微处理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。本发明提供了一种血氧饱和度测量方法，所述方法包括以下步骤(1)微处理器采用不同频率且成2倍比率关系的方波驱动至少两种发光二极管；
(2)所述发光二极管发出的光经过被测手指后由光敏器件接收转换成电压信号， 所述电压信号经过电流/电压转换放大器放大成预设幅值电压信号；(3)所述预设幅值电压信号经模数转换器转换成数字信号送入所述微处理器；(4)所述微处理器对所述数字信号进行分离处理得到光电容积脉搏波并消除背景光的干扰；(5)根据所述光电容积脉搏波获取谷值和峰值；(6)对所述谷值和所述峰值进行计算获取Q值；(7)通过所述Q值计算血氧饱和度，获取所述血氧饱和度。本发明提供的血氧饱和度测量装置和测量方法与现有技术相比具有如下的优占.
^ \\\ ·本发明依据朗伯-比尔定律，采用方波频分调制和数字解调技术设计血氧饱和度测量装置和测量方法，具有测量精确、电路简单、无需调试、工艺性好以及成本低廉的特点。
图1为本发明提供的计算吸光度的原理示意图；图2为本发明提供的一种血氧饱和度测量装置的结构示意图；图3为本发明提供的分离不同波长光电容积脉搏波的示意图；图4为本发明提供的一种血氧饱和度测量方法的流程图；图5为本发明提供的一种血氧饱和度测量装置的另一结构示意图。附图中各标号所代表的部件列表如下1 微处理器；2 发光二极管；
3 光敏器件；4:电流/电压转换放大器
5 模数转换器；PX. 1 1/0 口 ；
PX. 2 1/0 口 ；PX. η 1/0 口 ；
Rl 第一电阻；VCC 电源；
R2 第二电阻；R3 第三电阻；
R4:第四电阻;Cl 第一电容；
C2 第二电容；Dl 红光发光二极管；
D2 红外光发光二极管；Al 运算放大器；
PY 口 1/0 口。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。由于动脉的脉动现象，使血管中血流量呈周期性变化，而血液是高度不透明液体， 因此脉搏搏动的变化必然引起近红外光谱吸光度的变化，如图1所示。考虑动脉血管充盈度最低状态，来自光源的入射光没有被脉动动脉血液吸收，此时的出射光强Imax最强，可视为脉动动脉血液的入射光I ；而动脉血管充盈度最高状态对应光电脉搏波的谷点，即脉动动脉血液作用最大的时刻，此时的出射光强Imin最弱，为脉动动脉血液的最小出射光强I。所以，通过记录动脉充盈至最大与动脉收缩至最小时的吸光度值，就可以消除皮肤组织、皮下组织等一切具有恒定吸收特点的人体成分对于吸光度的影响。根据修正的朗伯-比尔定律，设I” I分别为入射光强和出射光强，α为分子消光系数，c为待测成分浓度，1为光在组织中的平均光路长，G是由散射引起的光损失，则吸光度A可表示为
权利要求
1.一种血氧饱和度测量装置，其特征在于，所述血氧饱和度测量装置包括微处理器、 至少两种发光二极管、光敏器件、电流/电压转换放大器和模数转换器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的方波，所述方波驱动至少所述两种发光二极管，所述发光二极管发出的光经被测手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件转换成电压信号，所述电压信号经所述电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号，所述模数转换器将所述预设幅值电压信号转换成数字信号，所述微处理器对所述数字信号进行处理，获取血氧饱和度。
2.根据权利要求1所述的一种血氧饱和度测量装置，其特征在于，所述微处理器采用 MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。
3.一种用于权利要求1所述的一种血氧饱和度测量装置的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)微处理器采用不同频率且成2倍比率关系的方波驱动至少两种发光二极管；(2)所述发光二极管发出的光经过被测手指后由光敏器件接收转换成电压信号，所述电压信号经过电流/电压转换放大器放大成预设幅值电压信号；(3)所述预设幅值电压信号经模数转换器转换成数字信号送入所述微处理器；(4)所述微处理器对所述数字信号进行分离处理得到光电容积脉搏波并消除背景光的干扰；(5)根据所述光电容积脉搏波获取谷值和峰值；(6)对所述谷值和所述峰值进行计算获取Q值；(7)通过所述Q值计算血氧饱和度，获取所述血氧饱和度。
全文摘要
本发明公开了一种血氧饱和度测量装置和测量方法，测量装置包括微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的方波，方波驱动至少两种发光二极管，发光二极管发出的光经被测手指后被光敏器件接收，光敏器件转换成电压信号，电压信号经电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号，模数转换器将预设幅值电压信号转换成数字信号，微处理器对数字信号进行处理，获取血氧饱和度；测量方法包括微处理器对数字信号进行分离处理得到光电容积脉搏波并消除背景光的干扰；根据光电容积脉搏波获取谷值和峰值；对谷值和峰值进行计算获取Q值；通过Q值计算血氧饱和度，获取血氧饱和度。采用方波频分调制和数字解调，具有测量精确、电路简单以及成本低廉的特点。
文档编号A61B5/1455GK102319075SQ201110235810
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者李刚, 李哲, 林凌 申请人:天津大学