反射式血氧饱和度检测仪研制

摘要

脉搏与血氧是监护设备常常监测的对象。目前，主流的脉搏与血氧饱和度检测设备的研制基于透射式检测方法，但透射式血氧仪检测范围受到很大限制，不能对前额、胎儿血氧等进行检测。因此反射式血氧仪的研制逐渐成为研究的主流，便携式、低功耗以及低成本的反射式血氧仪有非常广阔的应用前景。 本论文研究的基于MSP430F5529的反射式血氧检测仪，硬件系统包括电源模块、信号采集子系统和信号处理子系统。其中，电源模块的设计采用REG113和LP38693稳定可靠地给系统供电；信号采集子系统采用反射式血氧传感器DCM03采集指尖脉搏信号，双波长发光管以固定频率交替向手指发光，光电接收管采集手指反射过来的光信号并转换为电流信号，然后采用集成模拟前端 AFE4400将采集到的光电流信号经过放大、滤波和 A/D转换等处理，得到离散化的脉搏波数字信号；信号处理子系统以MSP430F5529为平台，通过SPI接口实现AFE4400和MSP430F5529之间的通信。系统的软件设计主要包括脉搏波数字信号处理以及脉搏波特征提取。其中，脉搏波数字信号处理部分，本文设计10点滑动平均滤波器和通带为0.5Hz的IIR高通滤波器组合实现对原始血氧数字信号准确去噪；脉搏波特征提取部分，通过对比传统的阈值判断周期的方法，设计利用局部特征实时判别脉搏周期的方法，避免受到噪声干扰脉搏波发生基线漂移而导致误判的可能。最后，通过计算两路容积脉搏波信号（PPG）的平均功率比R，用康泰公司的血氧仪作为标准仪器对90%~100%范围内的血氧值进行一次线性拟合和二次非线性拟合的定标工作。 由实验数据分析知，二次非线性拟合的方式准确度更高，系统测量的最大相对误差以及平均相对误差均在5%以内，故本文采用二次拟合的定标方法。样机经过实际检验，基本实现了基于反射式的脉搏血氧饱和度检测的功能，达到了预期的设计目标。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文研究意义

§1.4 论文研究目标和内容

§1.5 论文结构及章节安排

第二章 脉搏与血氧饱和度测量的理论基础

§2.1脉搏信号和血氧饱和度简介

§2.2 脉搏和血氧饱和度测量相关理论

§2.3 脉搏和血氧饱和度测量模型及方法

§2.4 本章小结

第三章 系统的硬件设计

§3.1 功能需求分析

§3.2 总体设计思路

§3.3 DCM03传感器

§3.4 AFE4400模拟前端

§3.5 信号采集电路设计

§3.6 本章小结

第四章 系统的软件设计

§4.1 系统软件设计简介

§4.2 光电容积脉搏波信号预处理

§4.3 脉搏波的特征提取

§4.4 本章小结

第五章 系统标定以及误差分析

§5.1 血氧值和脉率值的计算

§5.2 血氧饱和度的标定

§5.3 误差分析

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果