一种便携式脉氧监测系统的制作方法

文档序号：17332396发布日期：2019-04-05 22:10阅读：306来源：国知局

本发明涉及脉氧监测技术领域，具体为一种便携式脉氧监测系统。

背景技术：

脉搏血氧饱和度监通过检测皮肤组织对不同光谱的吸收程度,测定动脉血中氧饱和度的变化。因该技术具有无创性和便捷性等优点,被临床广泛推广使用。脉搏血氧饱和度监测能让医护人员及时了解患儿病情变化,降低气管插管时低氧血症发生率及其持续时间,早期预测呼吸衰竭,减少有创性动脉血血气分析的使用,降低患儿痛苦。

目前脉博血氧饱和度监测仪多为病房使用，随着越来越多家庭病床开展趋势，家用需求量也明显增加，许多出院病人也需要继续血氧饱和度观察，来协助病人或家属客观判断是否就医需要，如早产儿，心肺疾病患者等。科技日益发展，人类社会已进入史无前例的信息时代，几乎人人都有手机通讯设备，为了脉氧使用更便利普及，为广大人群带去更易普及的生命体征自我监测便利，帮助病情变化尽早识别。鉴于此，我们提出一种便携式脉氧监测系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式脉氧监测系统，以解决上述背景技术中提出的随着越来越多家庭病床开展趋势，家用需求量也明显增加，许多出院病人也需要继续血氧饱和度观察，但目前脉博血氧饱和度监测仪多为病房使用，并未普及到家庭内的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式脉氧监测系统，包括用于接收数据的移动终端、用于检测脉氧数据的检测装置以及用于连接所述移动终端和所述检测装置的连接装置，所述移动终端的外表嵌设有用于数据传输的usb接口，所述连接装置包括用于连接所述移动终端的导联线，所述连接装置还包括用于连接所述检测装置的脉氧连接线，所述导联线的底部设置有导联线转化器，所述导联线转化器的底部安装有与所述脉氧连接线配套使用的转化器联接头。

作为优选，所述检测装置包括脉氧探头带，所述脉氧探头带的外表面分别安装有第一探头和第二探头，所述脉氧探头带的顶部设置有绑带。

作为优选，所述检测装置包括脉氧探头夹，所述脉氧探头夹包括上指板夹和下指板夹，所述上指板夹的内壁安装有第三探头，所述下指板夹的内壁安装有第四探头，所述上指板夹和所述下指板夹之间安装有转轴，所述上指板夹和所述下指板夹靠近所述转轴一侧设置有弹簧，所述脉氧探头夹的另一端设置有魔术贴。

作为优选，所述第一探头和所述第二探头均为led发光二极管。

作为优选，所述第三探头和所述第四探头均为led发光二极管。

作为优选，所述检测装置内还设置有血氧饱和度检测模块、脉搏波信号处理模块、原始信号频谱处理模块、滤波去频率响应模块、噪声滤除处理模块以及数据输出模块；

所述血氧饱和度检测模块用于对血氧饱和度进行检测；

所述脉搏波信号处理模块用于对脉搏波进行分析和处理；

所述原始信号频谱处理模块用于对脉搏波的原始信号的频谱进行处理；

所述滤波去频率响应模块用于建立滤波系统；

所述噪声滤除处理模块用于对脉搏波的原始信号进行滤波处理；

所述数据输出模块用于对血氧饱和度检测数据进行传输。

作为优选，所述血氧饱和度检测模块包括led发光电路、光电检测电路、放大电路、带通滤波电路、50hz陷波电路以及数据处理模块；

所述led发光电路用于调节led发光二极管闪烁；

所述光电检测电路用于对光电流进行检测；

所述放大电路用于调整电压放大倍数，防止出现失真现象；

所述带通滤波电路用于调节系统的频响范围在0.1-40hz；

所述50hz陷波电路用于抑制工频信的干扰；

所述数据处理模块用于对检测到的脉搏波的信号进行处理。

作为优选，所述移动终端内置有app模块，所述app模块包括数据输入模块、显示模块、显示回放模块、显示截取模块以及警报模块；

所述数据输入模块用于将处理后的脉搏波信号传输到app模块内；

所述显示模块用于对脉搏波信号进行图像显示；

所述显示回放模块用于对脉搏波信号的图像信息进行回放观看；

所述显示截取模块用于对脉搏波信号的图像信息进行截取观看；

所述警报模块内设有不同病人的脉氧监测模式，不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警。

作为优选，一种便携式脉氧监测系统，操作步骤如下：

s1：通过血氧饱和度检测模块对血氧饱和度进行检测；

s2：通过脉搏波信号处理模块对脉搏波进行分析和处理；

s3：通过原始信号频谱处理模块对脉搏波的原始信号的频谱进行处理；

s4：通过滤波去频率响应模块建立滤波系统；

s5：通过噪声滤除处理模块对脉搏波的原始信号进行滤波处理；

s6：通过数据输出模块对血氧饱和度检测数据进行传输；

s7：通过移动终端进入app模块内，而血氧饱和度检测数据通过数据输入模块传输到app模块内；

s8：通过app模块内的显示模块对脉搏波信号进行图像显示；

s9：通过app模块内的显示回放模块对脉搏波信号的图像信息进行回放观看；

s10：通过app模块内的显示截取模块对脉搏波信号的图像信息进行截取观看；

s11：通过app模块内的警报模块设有不同病人的脉氧监测模式，而不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该便携式脉氧监测系统，将脉氧连接线接入到转化器联接头处，能够实现数据传输，并将检测的脉氧数据通过导联线传输至移动终端处，实现与移动设备连接，整体设备操作简单，占用空间小，质量轻，便于携带，避开场所的局限性，更将使用范围扩大到医疗意外的场所。

2、该便携式脉氧监测系统，通过血氧饱和度检测模块对血氧饱和度进行检测，并通过数据输出模块对血氧饱和度检测数据进行传输，实现血氧饱和度的检测和数据传输。

3、该便携式脉氧监测系统，通过设置app模块，实现系统与手机相连操作，简单方便，实用性非常强，易于广大群众接受和推广，同时，多种病人的脉氧监测模式可供选择，不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警，能及时获得机体异常信号，不延误病情。

附图说明

图1为本发明的实施例1整体结构图；

图2为本发明的实施例2整体结构图；

图3为本发明的检测装置模块图；

图4为本发明的血氧饱和度检测模块图；

图5为本发明的app模块图；

图6为本发明的led发光电路图；

图7为本发明的光电检测电路图；

图8为本发明的放大电路图；

图9为本发明的带通滤波电路图；

图10为本发明的50hz陷波电路；

图11为本发明的msp430fg461x电路图；

图12为本发明的原始一维脉搏波信号采样图；

图13为本发明的原始信号的频谱图；

图14为本发明的滤波去频率响应图；

图15为本发明的滤波信号的频谱图。

图中：1、移动终端；11、usb接口；2、脉氧探头带；21、第一探头；22、第二探头；23、绑带；3、脉氧探头夹；31、上指板夹；32、下指板夹；33、第三探头；34、第四探头；35、转轴；36、弹簧；37、魔术贴；4、连接装置；41、导联线；42、导联线转化器；43、转化器联接头；44、脉氧连接线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例1

一种便携式脉氧监测系统，如图1所示，包括用于接收数据的移动终端1、用于检测脉氧数据的检测装置以及用于连接移动终端1和检测装置的连接装置4，移动终端1的外表嵌设有用于数据传输的usb接口11，连接装置4包括用于连接移动终端1的导联线41，连接装置4还包括用于连接检测装置的脉氧连接线44，导联线41的底部设置有导联线转化器42，导联线转化器42的底部安装有与脉氧连接线44配套使用的转化器联接头43，检测装置包括脉氧探头带2，脉氧探头带2的外表面分别安装有第一探头21和第二探头22，脉氧探头带2的顶部设置有绑带23，第一探头21和第二探头22均为led发光二极管。

本实施例中，转化器联接头43和脉氧连接线44插接配合，能够将脉氧连接线44接入到转化器联接头43内，实现转化器联接头43和脉氧连接线44的数据传输。

进一步的，脉氧探头带2采用弹性布材质制成，使得脉氧探头带2本身具有一定的弹性，便于将脉氧探头带2佩戴在手腕处。

具体的，第一探头21发射波长为660nm的可见红光，第二探头22发射波长为940nm的红外线。

本实施例的便携式脉氧监测系统在使用时，将脉氧探头带2环形缠绕在患者的手腕处，并通过绑带23绑紧手腕，使得脉氧探头带2的第一探头21和第二探头22贴合在动脉处，光束通过人体组织到达光电检测器，在通过人体组织时，红血球中的血色素会吸收部分光线，吸收量因血氧饱和度的不同而不同，从而对脉氧数据进行检测，将脉氧连接线44接入到转化器联接头43处，能够实现数据传输，并将检测的脉氧数据通过导联线41传输至移动终端1处，实现与移动设备1连接，整体设备操作简单，占用空间小，质量轻，便于携带，避开场所的局限性，更将使用范围扩大到医疗意外的场所。

实施例2

作为本发明的第二种实施例，与实施例1对，区别在于检测装置的结构不同，如图2所示，检测装置包括脉氧探头夹3，脉氧探头夹3包括上指板夹31和下指板夹32，上指板夹31的内壁安装有第三探头33，下指板夹32的内壁安装有第四探头34，上指板夹31和下指板夹32之间安装有转轴35，上指板夹31和下指板夹32靠近转轴35一侧设置有弹簧36，脉氧探头夹3的另一端设置有魔术贴37，第三探头33和第四探头34均为led发光二极管。

本实施例中，弹簧36为回位弹簧，且弹簧36的一端和上指板夹31紧密粘接，弹簧36的另一端和下指板夹32紧密粘接，便于通过弹簧36的弹性实现上指板夹31和下指板夹32对手指的加持。

具体的，第三探头33发射波长为660nm的可见红光，第四探头34发射波长为940nm的红外线。

本实施例的便携式脉氧监测系统在使用时，将手指插入到上指板夹31和下指板夹32之间，通过弹簧36自身的弹性能够将上指板夹31和下指板夹32加持在手指两端，并将第三探头33和第四探头34贴合在手指上，光束通过人体组织到达光电检测器，在通过人体组织时，红血球中的血色素会吸收部分光线，吸收量因血氧饱和度的不同而不同，从而对脉氧数据进行检测，将脉氧连接线44接入到转化器联接头43处，能够实现数据传输，并将脉氧连接线44接入到转化器联接头43处，能够实现数据传输，并将检测的脉氧数据通过导联线41传输至移动终端1处，实现与移动设备1连接，整体设备操作简单，占用空间小，质量轻，便于携带，避开场所的局限性，更将使用范围扩大到医疗意外的场所。

实施例3

作为本发明的第三种实施例，为了便于对脉氧进行检测，本发明人员在检测装置内设置多种模块，作为一种优选实施例，如图3所示，检测装置内还设置有血氧饱和度检测模块、脉搏波信号处理模块、原始信号频谱处理模块、滤波去频率响应模块、噪声滤除处理模块以及数据输出模块，血氧饱和度检测模块用于对血氧饱和度进行检测，脉搏波信号处理模块用于对脉搏波进行分析和处理，原始信号频谱处理模块用于对脉搏波的原始信号的频谱进行处理，滤波去频率响应模块用于建立滤波系统，噪声滤除处理模块用于对脉搏波的原始信号进行滤波处理，数据输出模块用于对血氧饱和度检测数据进行传输。

本实施例中，血氧饱和度检测模块的实际血氧标定计算公式为：spo2＝-45.060*r*r+30.354*r+94.845，其中r为可以通过红光和红外光光强的对数值。

进一步的，脉搏波信号处理模块的信号采样程序如下：

％信号采样

n＝256；fs＝fr；

data＝data(1:n)；

n＝1:n；

t＝n/fs；

plot(t,data)；

首先，将原始一维脉搏波信号做256点的采样，以便其方便fft计算，采样频率和原信号的频率一样均为30hz，结果如图12所示。

具体的，原始信号频谱处理模块的频谱采样程序如下：

y＝fft(data,n)；％对信号进行快速fourier变换

mag＝abs(y)；％求得fourier变换后的振幅

f＝n*fs/n；％频率序列

figure,plot(f,mag)；％绘出随频率变化的振幅

xlabel('频率/hz')；

ylabel('振幅')；title('n＝256')；gridon；

由于脉搏信号的频率大约在42bps-180bps之间，也就是0.7hz-3.0hz，在这个频率区间之外的可以认定为噪声，结构如图13所示。

此外，滤波去频率响应模块程序设定如下：

％设计巴特沃兹带通滤波

fp＝[0.73.5]；fs＝[0.55]；

rp＝3；rs＝18；

fs＝30；

wp＝fp*2*pi/fs；ws＝fs*2*pi/fs；

[n,wn]＝buttord(wp/pi,ws/pi,rp,rs)；

[b,a]＝butter(n,wp/pi)；

[h,w]＝freqz(b,a,256,fs)；

％h＝20*log10(abs(h))；

figure；

plot(w,abs(h))；grid；

ylabel('bandpassdf')；

xlabel('hz')；

滤波去频率响应如图14所示。

除此之外，噪声滤除处理模块程序设定如下：

％滤波器滤波

ndata＝filter(b,a,data)；

ndataabs＝abs(fft(ndata,256))；

figure；plot(f,ndataabs)；

figure；plot(ndata)；

将原始信号用所设计的滤波器进行滤波，只需要知道滤波器分子分母系数，就可以用filter函数直接进行滤波，结果如图15所示。

本实施例的便携式脉氧监测系统在进行检测时，通过血氧饱和度检测模块对血氧饱和度进行检测，通过脉搏波信号处理模块对脉搏波进行分析和处理，通过原始信号频谱处理模块对脉搏波的原始信号的频谱进行处理，通过滤波去频率响应模块建立滤波系统，通过噪声滤除处理模块对脉搏波的原始信号进行滤波处理，通过数据输出模块对血氧饱和度检测数据进行传输。

实施例4

作为本发明的第四种实施例，为了便于对血氧饱和度进行检测，本发明人员设置血氧饱和度检测模块，作为一种优选实施例，如图4所示，血氧饱和度检测模块包括led发光电路、光电检测电路、放大电路、带通滤波电路、50hz陷波电路以及数据处理模块，led发光电路用于调节led发光二极管闪烁，光电检测电路用于对光电流进行检测，放大电路用于调整电压放大倍数，防止出现失真现象，带通滤波电路用于调节系统的频响范围在0.1-40hz，50hz陷波电路用于抑制工频信的干扰，数据处理模块用于对检测到的脉搏波的信号进行处理。

本实施例中，led发光电路基于cd4096芯片设计，如图6所示，使用时，cl充电期间cd4096芯片21的1脚维持高电平，经两级反相后10脚输出高电平，于是二极管vd1导通，延时电容c2充电，充电时间较短，11脚很快变为高电平，此高电平反相后，由10脚输出低电平，使vd2导通，9脚为低电平，迫使led发光二极管关闭，当cl充满电，1脚变为低电平时，经两级反相后10脚输出低电平，于是二极管vd1截止，充满电的c2开始放电，由于cmos门电路的输入电阻极高，所以c2只能向r2放电，c2放完电，使10脚变为低电平，反相后10脚为高电平，于是vd2截止，vd2截止后，由r3、r4、c3与两级非门构成的正反馈多谐振荡器起振，经驱动管vt(9014)放大后带动led发光二极管工作，如果要改变定时时间，可以调整电容c2和电阻r2的数值。

进一步的，光电检测电路如图7所示，根据pn结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射pn结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射pn结时，结内将产生附加的大量电子空穴对(称之为光生载流子)，使流过pn结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面p型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子，一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向n区，形成部分光电流；波长较长的红光，将透过p型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达n区和p区，形成光电流；波长更长的红外光，将透过p型层和耗尽层，直接被n区吸收。在n区内因光照产生的光生载流子(空穴)一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向p区，形成光电流。因此，光照射时，流过pn结的光电流应是三部分光电流之和。

此外，放大电路采用op07放大电路作为血氧测量放大电路，如图8所示，电阻r9用来调节放大倍数，为了防止失真，取放大倍数为10倍左右，电阻r9阻值约为10kω。电源输入端接0.01μf接地，用于屏蔽来自电源的干扰。前级用高精度运算放大器opa4277作为输入跟随，用于提高输入阻抗、获取更多的心电信号。

除此之外，带通滤波电路如图9所示，由于人体脉搏信号是准周期信号，频率范围为0.1hz-50hz，主要频率分量一般在0.1hz-40hz之间，系统的频响范围取0.1—40hz即可，故放大电路中的高低截止频率按此频率设计。先由高精度运放icl7650组成的前置放大器将脉搏波信号放大30倍，再经过截止频率为40hz的二阶低通滤波器(如图)后，脉搏波信号含有伏特级的直流信号和毫伏级的交流信号。

图9中，截止频率f1/2πrc0＝，取c＝0.1uf，则rfc0＝1/2π，将c＝0.1uf，f0＝40hz代入f1/2πrc0＝，得r＝40k欧。电压放大倍数au＝1+rf/r1，等效品质因数q＝1/(3-au)。

值得说明的是，50hz陷波电路如图10所示，由于传感器的检测信号十分微弱，比外界某些干扰信号可能还要小得多，本系统中工频干扰是一个主要的噪声源，加在光敏管正极的直流负电压中所含50hz交流成分直接通过光电检测电路进入系统中，放大后与脉搏信号幅度相当，甚至可能湮没脉搏信号，必须在a/d转换的前端，抑制工频信的干扰。为此采用带通滤波器和相加器组成的有源带阻滤波器滤除50hz电信号的干扰。

如图10所示，陷波频率f0＝50hz，取c＝0.22uf，则r＝1/2fc＝14.5k0π，为使陷波效果较好，等效品质因数q取10。2(2)luaq＝au＝1+rf/r1，因而取r＝19k欧，r＝20k欧。

进一步的，数据处理模块基于msp430fg461x设计，如图11所示，数据处理模块包括集成运算放大器、adc及dac，dac与片上参考电路形成驱动led的恒流源，其中一个运算放大器用作传感器光电二极管的i/v转换器，通过使用dac输出及mcu执行的软件算法来调节led亮度，由此实现自动增益控制，adc将放大后并经过滤波的输出信号进行数字化处理，而mcu中的软件则计算出平均值，该比值与存储的标准数据比较后得到精确的血氧饱和度值，计算出的血氧百分比值显示在lcd上，a/d转换值也含有心率信息，软件在5s左右可以计算出心率平均值，该值也同时显示在lcd上。

本实施例的便携式脉氧监测系统在进行血氧饱和度检测时，通过led发光电路调节led发光二极管闪烁；通过光电检测电路对光电流进行检测；通过放大电路调整电压放大倍数，防止出现失真现象；通过带通滤波电路调节系统的频响范围在0.1-40hz；通过50hz陷波电路抑制工频信的干扰；通过数据处理模块对检测到的脉搏波的信号进行处理。

实施例5

作为本发明的第五种实施例，为了便于对血氧饱和度在app模块上显示，本发明人员在移动终端1内设置app模块，作为一种优选实施例，如图5所示，移动终端1内置有app模块，app模块包括数据输入模块、显示模块、显示回放模块、显示截取模块以及警报模块，数据输入模块用于将处理后的脉搏波信号传输到app模块内，显示模块用于对脉搏波信号进行图像显示，显示回放模块用于对脉搏波信号的图像信息进行回放观看，显示截取模块用于对脉搏波信号的图像信息进行截取观看，警报模块内设有不同病人的脉氧监测模式，不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警。

本实施例中，显示回放模块和显示截取模块基于python设计，显示回放模块步骤如下：

(1)、保存的心率数据txt数据读入一个临时变量中，进行整理，整理后追加到一个数组中rawy_win[]

(2)、对rawy_win[]进行操作，实现rawy_win[]中的数据移动

(3)、绘图，实现动态效果。

将保存的心率数据txt数据读入一个临时变量中，进行整理，整理后追加到一个数组中rawy_win[]，程序如下设定：

withopen('plusedatald0517.txt','r')asf:

whiletrue:

line＝f.readline()#逐行读取

以「s」为前缀的，表示脉搏数据(脉象图的数值化表示)，因此，我们需要判断，判断是「s」为前缀的数据后，将line数据转换为整数类型，存入sensor3，程序如下设定：

iflines:

#print(lines)

#print(re.findall(r'\d+',line))#cutofftheleading's'

sensor1＝re.findall(r'\d+',line)#convertthestringtousablemuber

sensor2＝sensor1[0]

sensor3＝int(sensor2)#convertthestringtousableint

对rawy_win[]进行操作先删除第一个数据，然后将读入的sensor3追加到末尾，就实现了数组的动态变化，程序设定如下：

delrawy_win[0]

rawy_win.append(sensor3)

本实施例的便携式脉氧监测系统的app模块使用时，通过数据输入模块将处理后的脉搏波信号传输到app模块内，通过显示模块对脉搏波信号进行图像显示，通过显示回放模块对脉搏波信号的图像信息进行回放观看，通过显示截取模块对脉搏波信号的图像信息进行截取观看，通过警报模块内设有不同病人的脉氧监测模式，不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警，该系统与手机相连操作，简单方便，实用性非常强，易于广大群众接受和推广，同时，多种病人的脉氧监测模式可供选择，不同模式有不同的报警范围，一旦数值异常便会报警，能及时获得机体异常信号，不延误病情。

该便携式脉氧监测系统在使用时的操作步骤如下：