一种基于单片机的血氧检测方法技术

本发明专利技术涉及医疗电子技术领域，具体地公开了一种基于单片机的血氧检测方法，检测方法包括以下步骤：步骤1、血氧信号采集：由单片机输出PWM信号，通过驱动电路对单片机所输出的PWM信号进行放大处理，并将该信号传输至血氧探头处控制血氧探头进行血氧信号采集工作获得血氧光电流信号；步骤2、血氧信号预处理：对步骤1采取到的血氧光电流信号通过电流/电压转换电路转换成待处理电压信号；步骤3、电压滤波处理；步骤4、血氧信号处理。本发明专利技术实现了脉搏波信号中各频率噪声信号的全面快速滤除，且具有良好的稳定性、准确性、灵敏性。

A Method of Blood Oxygen Detection Based on Single Chip Microcomputer

The invention relates to the field of medical electronic technology, and specifically discloses a blood oxygen detection method based on single chip computer. The detection method includes the following steps: step 1, blood oxygen signal acquisition: PWM signal is output by single chip computer, PWM signal output by single chip computer is amplified and processed by driving circuit, and the signal is transmitted to the blood oxygen probe to control the blood oxygen probe for blood oxygen signal acquisition. Step 2: Preprocessing of the oxygen-oxygen signal: converting the oxygen-oxygen current signal in step 1 into the voltage signal to be processed through the current/voltage conversion circuit; Step 3, voltage filtering; Step 4, oxygen-blood signal processing. The invention realizes the comprehensive and fast filtering of noise signals of various frequencies in pulse wave signals, and has good stability, accuracy and sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的血氧检测方法
本专利技术涉及医疗电子
，特别是涉及一种基于单片机的血氧检测方法。
技术介绍
据统计，截至2017年底，我国各类心血管疾病患者的人数多达2.8亿人，且心血管疾病的致死率高达40％，在我国居民死亡率统计中，心血管疾病连续十年高居前三。因血液中氧气含量低造成的全身心、脑、肾等重要器官缺氧，进而引发各类心血管疾病，严重危害人的健康。所以，无论是在日常生活中或是临床治疗中，针对血液中氧气含量的检测显得尤为重要。目前，血氧信号中的血氧饱和度主要利用血氧仪来进行无创光学检测。国内有许多医疗器械公司和厂家从事血氧仪的研究，其产品设计原理几乎都是分光光度法，使用方法多为将手指套入透射式传感器进行检测。国内血氧仪存在不足的地方在于由血氧探头结构及使用环境造成的干扰，从而引起结果出现偶尔误差，其原因具体体现在以下几点：1、背景光比较强烈，周围光线过强；2、使用者测试部位(手指)晃动而引入干扰造成信号失真3、由年龄、肤色、性别、个人体质原因引起的检测误差较大。人体各器官组织新陈代谢所需的氧，是由血液中可与氧结合的血红蛋白携带传输至身体各处，血红蛋白与氧的结合效率，直接影响到氧的传输能力，该传输能力可用血氧饱和度衡量，血氧饱和度值正常，则能够保证人身体中氧的传输效率。血氧饱和度表示氧合血红蛋白占血红蛋白的百分比，在人体组织中，氧的运输主要靠氧合血红蛋白完成。氧合血红蛋白运输氧的能力即可反映为血氧饱和度数值，血氧饱和度值的高低表示人体新城代谢的好坏，血氧饱和度值过低，易造成供氧困难，大脑等耗氧器官功能衰退。而血氧饱和度值过高，表示体内氧环境过高，造成血粘度高，使人体系统出现紊乱。所以针对血氧饱和度的检测显得尤为重要。以往，针对血氧饱和度的测量方法多为有创测量，但有创测量无法连续进行，且创口处易感染，因此研究一种基于单片机为核心控制的无创血氧饱和度测量仪，实现无创、连续测量血氧饱和度的方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种基于单片机的血氧检测方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于单片机的血氧检测方法，检测方法包括以下步骤：步骤1、血氧信号采集：由单片机输出PWM信号，通过驱动电路对单片机所输出的PWM信号进行放大处理，并将该信号传输至血氧探头处控制血氧探头进行血氧信号采集工作获得血氧光电流信号；步骤2、血氧信号预处理：对步骤1采取到的血氧光电流信号通过电流/电压转换电路转换成待处理电压信号；步骤3、电压滤波处理：步骤2获得的待处理电压信号经过截止频率0.1Hz的高通滤波器，过滤直流分量，保留交流分量，让高于0.1Hz的信号通过，低于0.1Hz的无用信号被屏蔽；随后经过截至频率为20～40Hz的二阶低通滤波器，滤除高于20Hz的无用信号，最终获得0.1～20～40Hz范围内的有效电压信号；步骤4、血氧信号处理：利用AD转换器，将滤波电路输出信号直接进行A/D采样；对采样到的脉搏血氧信号进行光束分离、脉搏波检测获得波形图，通过分析波形图的周期及幅度、峰值，完成数字分析，经由单片机通过串口将数值输出至LCD或PC端显示。依据朗伯比尔定律计算得到。人体血液组织中主要有还原血红蛋白(Hb)及氧合血红蛋白(HbO2)等4种蛋白，血氧饱和度可用Sp02这个物理量来表示，其值的变化反映出人体新陈代谢的变化情况，血氧饱和度的计算公式如下：Sp02＝HbO2/HbO2+Hb×100％当前主要依靠分光光学法检测血氧饱和度，分光光学法以朗伯比尔定律为基础，主要是依据不同物质对不同波长的光吸收率不同，经由计算分许可知不同物质的含量。在人体血液组织中的还原血红蛋白及氧合血红蛋白对光的吸收系数都有各自的特点，当选取波长为660nm的红光发光时，氧合血红蛋白及还原血红蛋白对光的吸收系数差异最大，当发光二极管发射波长为940nm的红外光时，二者对光吸收系数差异最小，将入射光与出射光之间的差异表示为电流信号，通过吸收差异对比及分析脉搏血氧波形图，进而得出氧合血红蛋白及血红蛋白的总量与百分比。Hb主要吸收红光，HbO2主要吸收红外光。脉搏血氧波形图主要由直流分量及交流分量组成，骨骼、皮肤、黑色素等无用成分对光的吸收量为直流成分DC，而动脉血对光的吸收反映为交流分量AC，为有用分量，HbO2和Hb在动脉血中的吸收随脉冲作用的周期性变化而变化并成为血氧饱和度信号中的交流分量AC，血氧饱和度有效值主要为交流分量的值，AC与DC分量由光电接收管接收，血氧信号从血氧探头输出后，经滤波除杂及电流/电压转换后，可用示波器测得其脉搏血氧波形图，无用的直流分量DC与有用交流分量AC可通过程序设计从脉搏血氧波形图中提取获得，可以根据血氧脉冲波形的峰值、幅值和周期来计算氧合血红蛋白、还原血红蛋白对两路光的吸收率，并由此计算除脉搏血氧饱和度，其公式如下：SpO2＝A-BR+CR2式中，A、B、C为定标常数，可以由定标实验得到。R＝(VREDAC/VREDDC)/(VIREDAC/VIREDDC)为两个波长的光吸收比率，其中，VREDAC为红光的交流分量；VREDDC为红光的直流分量；VIREDAC为红外光的交流分量；VIREDDC为红外光的直流分量。进一步，所述步骤1中单片机输出PWM信号的过程如下：在调制方波上，选取一定定时器/计数器的周期，利用定时器/计数器控制中断时长，在一个信号周期内，让高电平、低电平转换，达到控制PWM占空比输出，完成一个周期内，高低电平按一定周期的相互转换。进一步，步骤1中所述驱动电路主要由4个三极管构成H桥电路组成，4个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q4，Q1、Q2与单片机连接利用单片机输出的PWM信号作为驱动电路的选通开关，Q1导通时，血氧探头的红灯亮，Q2导通时，血氧探头的红外灯亮；Q3、Q4作为起到控制电流作用，其中Q3控制导通的线路串联若干个分压电阻，Q4控制导通的线路串联若干个分压电阻，所述4个三极管处于饱和状态时：三极管导通，要求Vc>Vb且Ve>Vb，即基极接低电平；当三极管处于截止状态时：集电极与发射极断开，要求Vc<Vb且Ve<Vb，即基极接高电平。进一步，步骤1中所述血氧探头包括U型光电晶体管，在所述光电晶体管上设置有两对发射透射光的发射光源和光敏接收器，所述两对发射光源和光敏接收器距离相等且对称设置，两对发射光源分别为发射红光的红灯以及发射红外光的红外灯；红光或红外光穿透动脉静脉后由下方的光敏接收器接收光信号，并转换为与光信号对应的电流信号输出。。本专利技术的血氧探头经过合理的设计，具体是利用塑料手套及滤光片完成，课题所有塑料手套为普通乳胶手套及普通超薄光学滤光片，滤光片特性为黑色可通红外光(800nm-1600nm)，大部分肉眼可见光(400nm-680nm)通过率仅为10％，能很好的隔绝外界光源干扰。传统血氧探头宽大，手指在其中易因活动而引入噪声干扰，课题截取塑料手套指端一截包裹住血氧探头，避免手指活动造成信号失真或引入干扰信号，利用滤光片封闭探头开口，防止外界光源干扰。进一步，步骤2中所述电流/电压转换电路包括一运算放大器，所述运算放大器的正相输入端接步骤1所采集到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单片机的血氧检测方法，其特征在于：检测方法包括以下步骤：步骤1、血氧信号采集：由单片机输出PWM信号，通过驱动电路对单片机所输出的PWM信号进行放大处理，并将该信号传输至血氧探头处控制血氧探头进行血氧信号采集工作获得血氧光电流信号；步骤2、血氧信号预处理：对步骤1采取到的血氧光电流信号通过电流/电压转换电路转换成待处理电压信号；步骤3、电压滤波处理：步骤2获得的待处理电压信号经过截止频率0.1Hz的高通滤波器，过滤直流分量，保留交流分量，让高于0.1Hz的信号通过，低于0.1Hz的无用信号被屏蔽；随后经过截至频率为20～40Hz的二阶低通滤波器，滤除高于20Hz的无用信号，最终获得0.1～20～40Hz范围内的有效电压信号；步骤4、血氧信号处理：利用AD转换器，将滤波电路输出信号直接进行A/D采样；对采样到的脉搏血氧信号进行光束分离、脉搏波检测获得波形图，通过分析波形图的周期及幅度、峰值，完成数字分析，经由单片机通过串口将数值输出至LCD或PC端显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的血氧检测方法，其特征在于：检测方法包括以下步骤：步骤1、血氧信号采集：由单片机输出PWM信号，通过驱动电路对单片机所输出的PWM信号进行放大处理，并将该信号传输至血氧探头处控制血氧探头进行血氧信号采集工作获得血氧光电流信号；步骤2、血氧信号预处理：对步骤1采取到的血氧光电流信号通过电流/电压转换电路转换成待处理电压信号；步骤3、电压滤波处理：步骤2获得的待处理电压信号经过截止频率0.1Hz的高通滤波器，过滤直流分量，保留交流分量，让高于0.1Hz的信号通过，低于0.1Hz的无用信号被屏蔽；随后经过截至频率为20～40Hz的二阶低通滤波器，滤除高于20Hz的无用信号，最终获得0.1～20～40Hz范围内的有效电压信号；步骤4、血氧信号处理：利用AD转换器，将滤波电路输出信号直接进行A/D采样；对采样到的脉搏血氧信号进行光束分离、脉搏波检测获得波形图，通过分析波形图的周期及幅度、峰值，完成数字分析，经由单片机通过串口将数值输出至LCD或PC端显示。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的血氧检测方法，其特征在于：所述步骤1中单片机输出PWM信号的过程如下：在调制方波上，选取一定定时器/计数器的周期，利用定时器/计数器控制中断时长，在一个信号周期内，让高电平、低电平转换，达到控制PWM占空比输出，完成一个周期内，高低电平按一定周期的相互转换。3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的血氧检测方法，其特征在于：步骤1中所述驱动电路主要由4个三极管构成H桥电路组成，4个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q4，Q1、Q2与单片机连接利用单片机输出的PWM信号作为驱动电路的选通开关，Q1导...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓玲，徐文峰，徐紫宸，周野，刘润，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50