专利名称：一种脉搏血氧测量系统及其方法
技术领域：
本发明涉及医疗电子，具体涉及一种脉搏血氧测量系统及其方法。
背景技术：
脉搏血氧测量是采用基于660、940纳米波长的红外光谱的方法，现有技术中，利用一个光电传感器连接在被监护人体末梢(如手指、额头等)，通过连接线与测量装置连接；测量装置一般是包含辅助电路的计算机，辅助电路中不含有微处理器，都是通过计算机统一控制和计算。具体测量是在测量中利用夹在、缠绕或紧密贴在人体末梢的光电传感器 (包含660、940纳米光源及光电探测器)、光驱动及光电放大电路等模拟信号处理电路、数字转换及微处理器等数字电路，通过软件方法解调，并恢复原始的脉搏波信号，再借助于数字信号处理方法，获得特征值，通过相关参数的计算，并依据与血气分析标准所建立的经验比对系数，而获得脉搏血氧值的确定，同时根据波形的节律特征来计算脉率值，最终获得脉搏氧饱和度值和脉率值，并根据设定的报警限进行报警处理，同时获得脉搏波形，上述功能一般是通过一个完整的脉搏氧测量模块来完成的，上述测量数据，通过串口、USB 口等，借助于协议向一个具备显示功能的处理器上传数据，或者直接送往显示系统，进行波形和数据的显示，从而构成一个具备脉搏血氧监测的系统。现有技术中，由于光谱吸收是直流信号， 在系统设计中一般是采用脉冲调制的方法来实现红外光谱信号的检测，通常是利用一个传感器来完成的单一通道脉搏氧饱和度和脉率的测量，这个传感器一般是由660、940纳米的发光管和一个光电探测器组成，在信号检测中，再通过解调来恢复原始的脉搏波。另一方面，在实际的应用中，还需要在一个具备脉搏血氧监测功能的系统中再增加一个脉搏血氧监测功能(波形和数据)，从而构成具备同步双血氧监测功能的应用系统， 目前的通常做法就是在这个系统中再增加一个脉搏氧测量模块和传感器，就完全能够满足这个应用要求。在上述构造的双血氧测量系统中是采用完全独立的两个脉搏氧模块和传感器来实现的，对于准确性性没有任何影响，构成的系统也是可行的，缺点如下第一成本增加一倍，第二是体积增加一倍，第三是功耗增加一倍，另外两个测量模块子系统，没有任何关联， 不能起到相互印证而提高测量的可信度，也不是真正意义的同步监测，尤其发生在两个测量模块子系统相差极大的情况下。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种脉搏血氧测量系统及其方法，能只使用一套测量子系统进行双血氧同步测试。本发明上述第一个技术问题这样解决构建一种脉搏血氧测量系统，包括脉搏血氧传感器，所述传感器是复数N个，该系统还包括上位机测量模块，用于接收、处理和显示N路脉搏血氧测量信号；信号传输线路，用于传输或多路复用传输N路脉搏血氧测量信号；
下位机测量模块，通过所述信号传输线路与上位机测量机通讯连接，包括微处理器及其电连接的模数转换模块、光源驱动模块、通讯接口和切换开关；所述切换开关还电连接N个所述传感器、光电放大模块和所述光源驱动模块，在所述微处理器控制下选择N个所述传感器中的一个与所述光电放大模块和光源驱动模块连通；所述光电放大模块输出端电连接模数转换模块。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，所述通讯连接是有线连接、无线连接或电路板布线连接。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，所述信号传输线路还包括电源线，所述信号传输线路通过通讯和电源接口与所述下位测量机连接；所述通讯接口内置在所述通讯和电源接口中。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，N = 2、3或4等，优选2或3，N太大很难保证每路信号测量精度和信号处理的实时性。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，所述传感器是光电传感器。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，所述上位机测量模块是中央处理系统，或 PC机。按照本发明提供的脉搏血氧测量系统，所述切换开关是二个与N个所述传感器都电连接的N选一开关，所述二个N选一开关都选择N个所述传感器中的单个分别连通所述光电放大模块和光源驱动模块。本发明上述另一个技术问题这样解决构建一种脉搏血氧测量方法，利用复数N 个脉搏血氧传感器，包括以下步骤A下位机测量模块分时驱动和检测N个所述传感器，同时进行信号模数转换并向上发送对应N路脉搏血氧测量信号；B传输所述N路脉搏血氧测量信号；C上位机测量模块接收所述N路脉搏血氧测量信号并对每一路脉搏血氧测量信号进行处理、计算和显示。按照本发明提供的脉搏血氧测量方法，所述步骤A还包括在所述模数转换之前的信号放大。按照本发明提供的脉搏血氧测量方法，所述传输是多路复用传输，所述发送包括调制过程，所述接收包括解调。按照本发明提供的脉搏血氧测量方法，所述多路复用包括但不限制于是时分复用。按照本发明提供的脉搏血氧测量方法，所述步骤A中分时驱动的频率是100 400Hz，其优选实施例(一)N = 2时,所述步骤A中分时驱动的频率是200Hz，所述分时是等分分时，每个传感器获得5毫秒的采样与数据处理时间；(二)N = 3时,所述步骤A中分时驱动的频率是300Hz,所述分时是等分分时,每个传感器获得3. 33毫秒的采样与数据处理时间。按照本发明提供的脉搏血氧测量方法，所述对每一路脉搏血氧测量信号进行处理、计算和显示是同时同步进行或多任务并行处理。
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随着N的增加，每个传感器的所分配采样与数据处理时间就越短，必须在采样与数据处理时间内完成数据处理与特征计算，上述的并行处理的计算将受到限制，不能无限地增大，因此最佳的选择N是等于2或3。本发明提供的脉搏血氧测量系统及其方法，采用硬件分时驱动和软件同步的多传感器信息的波形处理与参数计算引擎，与现有技术相比具有以下优势I、同一监测系统和对象，是具有严格意义的同步对照测量；2、除传感器及连接电缆外，无须多套装置，成本低； 3、与单路测量可以保持兼容。
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。图I是本发明具体实施例中下位机测量模块的电原理框图；图2是图I中核心部分的电路原理结构示意图；图3是本发明具体实施例中下位机测量模块与上位机测量模块之间传输数据信号时序不意图；图4是本发明具体实施例中上位机测量模块内置控制程序流程示意图；图5是图4所示程序的前置信号分离处理流程示意图。
具体实施例方式首先，说明本发明具体实施例的关键I、追加一个下位机测量模块，其中调制驱动模块和信号检测部分与二个传感器完全独立，并通过切换开关实现与其中一个传感器连接，完成两个传感器的分时交替驱动及信号检测；只须选择合适分时驱动的频率200Hz，则既能保证每路信号测量效果，又能保证多路信号同步测量；2、上位机测量模块采用软件控制及数据处理方法实现双路血氧的信号分离与数据处理，最终获得双路血氧的实时监测；而现有操作系统多采用多任务并行方式，因此很容易实现；如果需要，还可以继续增加一路信号分离与数据处理和下位机测量模块中的对应传感器，实现三路血氧的同步实时监测。第二，结合本发明具体实施例具体实现详细说明本发明(一 )下位机测量模块如图I所示，该下位机测量模块包括微处理器15及其电连接的模数转换模块14、 光源驱动模块17、通讯与电源接口 16和切换开关12 ;所述切换开关12选择连接与其一信号端电连接的二个脉搏血氧传感器11中的一个，所述切换开关另一信号端电连接光电放大模块13和所述光源驱动模块17，所述切换开关12控制端电连接所述微处理器15 ;所述光电放大模块13输出端经模数转换模块14电连接微处理器15。其中二个传感器11包括第一传感器和第二传感器。通讯与电源接口 16包括通讯接口和电源接口。如图2所示，切换开关12由二块芯片Kl和芯片K2组成，而电连接接口 Jl和电连接接口 J2分别对应连接第一传感器和第二传感器，其工作原理是在来自微处理器15的控制信号A、B、C的控制下，由集成放大器Ul、U2、U3和U4构成的信号检测通路通过芯片Kl选择连接第一传感器和第二传感器中的一个，同时由晶体管Ql、Q2、Q3、Q4和Q5以及集成放大器U5构成的红光、红外光源的恒流驱动选择连接第一传感器和第二传感器中同样的一个，实现针对第一传感器和第二传感器的分时、独立的驱动与信号检测，从而获得两路信号与参数的实时监测。本发明具体实施例中第一传感器和第二传感器的分时驱动与信号检测，具体信号时序如图3所示，采用等分分时方式，其周期是5毫秒。(二)信号传输与分时驱动与信号检测对应，二路信号采用时分复用由下位机测量模块向上发送给上位机测量模块。(三)上位机测量模块上位机测量模块采用计算机，与下位机测量模块电缆连接，内置控制程序，具体如图4所示，包括以下步骤401)初始化及系统自检，具体包括CPU自检、IO端口、串口、中断、外部AD等进行初始化；402)执行并判断状态及脉搏血氧传感器自检？具体包括传感器器是否连接、是否正常、几个传感器？，下位机供电等是否正常进行识别和判断。正常则进入下一步，否则进入步骤；403)设置信号探测、光源驱动调整及脉搏血氧传感器设置并判断？具体包括顺序设置传感器、根据传感器信号检测、调整光源驱动以实现闭环反馈式信号检测与光驱动的锁定。正常则进入下一步，否则停留在步骤403;404)双通道信号监测、特征识别引擎的运行；405)双通道血氧、脉率、信号状态的综合与判别，返回步骤402)。还包括步骤406)根据步骤405)结果不断刷新输出双通道波形、血氧值及脉率等参数或状态。上述控制程序在传统单通道脉搏血氧测量系统程序基础上改进，只在步骤404)、 405)和406)进行单/双通道替换。这种替换须包括前置测量信号分离处理，具体如图5所示，包括以下步骤501)检测并接收双通道信号；502)判断第一通道？是选择进入步骤503);否则选择进入步骤504)；503)分离出第一通道信号再进行后续处理。或者504)分离出第二通道信号再进行后续处理。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
权利要求
1.一种脉搏血氧测量系统，包括脉搏血氧传感器(11)，其特征在于，所述传感器是复数N个,该系统还包括上位机测量模块，用于接收、处理和显示N路脉搏血氧测量信号；信号传输线路，用于传输或多路复用传输N路脉搏血氧测量信号；下位机测量模块，通过所述信号传输线路与上位机测量机通讯连接，包括微处理器 (15)及其电连接的模数转换模块(14)、光源驱动模块(17)、通讯接口和切换开关(12);所述切换开关还电连接N个所述传感器、光电放大模块(13)和所述光源驱动模块，在所述微处理器控制下选择N个所述传感器中的一个与所述光电放大模块(13)和光源驱动模块连通；所述光电放大模块输出端电连接模数转换模块。
2.根据权利要求I所述脉搏血氧测量装置，其特征在于，所述通讯连接是有线连接、无线连接或电路板布线连接。
3.根据权利要求I所述脉搏血氧测量装置，其特征在于，所述信号传输线路还包括电源线，所述信号传输线路通过通讯和电源接口(16)与所述下位测量机连接；所述通讯接口内置在所述通讯和电源接口(16)中。
4.根据权利要求I所述脉搏血氧测量装置，其特征在于，所述传感器(11)是光电传感器，N = 2或3。
5.根据权利要求I所述脉搏血氧测量装置，其特征在于，所述切换开关(12)是二个与 N个所述传感器都电连接的N选一开关(ΚΙ、K2)，所述二个N选一开关都选择N个所述传感器中的同一个分别连通所述光电放大模块和光源驱动模块。
6.一种脉搏血氧测量方法，其特征在于，利用复数N个脉搏血氧传感器，包括以下步骤A下位机测量模块分时驱动和检测N个所述传感器(11)，同时进行信号模数转换并向上发送对应N路脉搏血氧测量信号；B传输所述N路脉搏血氧测量信号；C上位机测量模块接收所述N路脉搏血氧测量信号并对每一路脉搏血氧测量信号进行处理、计算和显示。
7.根据权利要求6所述脉搏血氧测量方法，其特征在于，所述步骤A还包括在所述模数转换之前的信号放大。
8.根据权利要求6所述脉搏血氧测量方法，其特征在于，所述传输是多路复用传输，所述发送包括调制过程，所述接收包括解调。
9.根据权利要求8所述脉搏血氧测量方法，其特征在于，所述多路复用是时分复用。
10.根据权利要求6所述脉搏血氧测量方法，其特征在于，所述步骤A中分时驱动的频率是100 400Hz O
全文摘要
本发明涉及一种脉搏血氧测量系统及其方法，其中系统包括N个脉搏血氧传感器(11)、上位机测量模块、信号传输线路和下位机测量模块，该下位机测量模块包括微处理器(15)及其电连接的模数转换模块(14)、光源驱动模块(17)、通讯接口和切换开关(12)；切换开关还电连接N个所述传感器、光电放大模块(13)和光源驱动模块，在微处理器控制下选择N个所述传感器中的一个与光电放大模块(13)和光源驱动模块连通；光电放大模块输出端电连接模数转换模块；方法包括下位机测量模块分时驱动和检测N个脉搏血氧传感器，并发送N路测量信号和特征参数值到上位机测量模块，再对每一路信号进行处理、计算、显示和存储等。
文档编号A61B5/0205GK102579021SQ20121003155
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者叶继伦 申请人:叶继伦