测量脉搏和血氧饱和度的电路系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统，涉及模拟集成电路设计领域，该电路系统包括：前置差分放大电路、抑制基漂电路、低通滤波电路、高通滤波电路、二级交流放大电路及电源管理模块。本发明专利技术采用反射式血氧传感器探头进行脉搏血氧信号的采集，把采集到的生理信号送入研究的电路系统进行处理。利用UMC‑18‑CMOS 1P6M的工艺设计运放，然后搭建放大、滤波电路，以实现对所采集到的脉搏血氧信号的放大滤波，最后得到脉搏波的直流量和交流量。同时减少了信号损失、占用空间，增加了可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟集成电路设计领域，特别涉及一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统。
技术介绍
21世纪，物联网技术、微电子技术和现代传感技术得到长足的进步和广泛应用，引起医学监护设备向着微型化、集成化及智能化方向发展，开始实现随时随地为个人提供健康服务。近年来，由于经济发展、人口老龄化和各种心血管疾病突发上升的因素，病人的监护需求量越来越大，因此相对应医疗设备的需求也越来越广泛。而这其中比较重要的生理信号就是氧和脉搏。氧是维持人体生命活动的关键物质，血氧饱和度是指血液中血氧的浓度，许多呼吸系统的疾病就是由于血氧饱和度过低引起的；脉搏波中含有人体丰富的生理信息和病理信息。目前，市场上确定人体血液中的血氧饱和度最成熟的技术是采用透射式检测方法。但是透射式的方法有许多局限的地方，比如只能用于测量手指、耳廓和脚趾这些场合，许多情况下要测量脑血氧、肌血氧或者胎儿血氧，这时反射式测血氧方法就应用而生。现阶段反射式测量技术还不成熟，而且关于生物医学专用集成电路的研究还未蓬勃发展起来，只是一些高校和研究所在研究，比如：中科院半导体所目前在研究心电和血氧的生物医学专用电路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统，该模块能得到较为正确的脉搏波直流分量和交流分量，具有低功耗，减少了信号损失、占用空间，增加了可靠性和稳定性等优点。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：测量脉搏和血氧饱和度的电路系统包括：前置差分放大电路、抑制基漂电路、低通滤波电路、高通滤波电路、二级交流放大电路及电源管理模块。本专利技术采用反射式血氧传感器探头进行脉搏血氧信号的采集，把采集到的生理信号送入研究的电路系统进行处理。利用UMC-18-CMOS1P6M的工艺设计运放，然后搭建放大、滤波电路，以实现对所采集到的脉搏血氧信号的放大滤波，最后得到脉搏波的直流量和交流量。传感器模块包括：探头驱动电路、反射式传感器探头及跨阻抗放大电路。所述反射式传感器探头在所述驱动电路的控制下发射红光和红外光两种不同波长的光，光通过皮肤组织后，反射回携带血氧脉搏信号信息的光信号，所述光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并传输至所述脉搏血氧电路系统。低通滤波电路和高通滤波电路都是采用的二阶巴特沃斯电路。二阶巴特沃斯低通、高通滤波电路能有效的滤除高、低频干扰及噪声，同时对脉搏信号的衰减较少，增强了电路系统稳定性。电源管理模块通过bandgap实现。本专利技术利用bandgap电路输出1.2V左右的稳定电压，搭建电路产生本电路系统内部所需要的直流电压：VCC＝1.8V，Vb＝2.0V，ENA＝2.0V。采用以上技术方案的有益效果是：1、采用反射式检测方式，更易于将检测标签贴于人体组织表面，实现无创、实时的血氧脉搏检测，避免了有创式测量检测方法给患者带来的伤害，给患者提供更好的医疗体验；2、将模拟IC设计技术与生理信号的处理相结合，这样能够减少信号损失，降低噪声及降低功耗，增强检测系统的稳定性、可靠性，最有意义的是极大的减少了占用空间，那么在实际应用中就可更加便利的移动或者携带，这样对于家庭护理或者医院都有极大的影响；3、为其他生理信号的处理提供了可靠依据，对于生物集成专用电路系统的发展起到一定的推动作用。综上所述，该血氧脉搏电路模块具有低功耗、信号损失小和较稳定等优点，可实现血氧脉搏信号的无创、实时的检测。本专利技术提出的血氧脉搏电路模块可应用于医疗监护领域中的术后跟踪观察、新生儿监护、社区医疗及家庭保健。由于本专利技术提供的血氧脉搏电路系统具有抗干扰能力强、可无创、实时监测，因而对推动社区医疗、远程医疗，解决我国医疗资源紧张的现状具有重要意义。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。图1为脉搏血氧传感器的内部结构框图；图2为所设计电路模块的内部结构图；图3为前置差动放大电路图；图4为抑制基漂电路图；图5为低通滤波电路；图6为高通滤波电路；图7为二级放大电路。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统的优选实施方式。图1至图7出示本专利技术一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统的具体实施方式：测量血氧饱和度的理论依据都是以朗伯-比尔定律为基础，利用一定频率的光通过人体组织，经信号提取、分析、处理后计算得到血氧饱和度的值与脉搏波。朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：当特定波长的光穿过一定厚度的溶液时，光强的衰减程度与溶液的组成成分(主要是溶液浓度和液层厚度)有密切的关系。反射式血氧饱和度传感器的发光二极管和光敏检测器位于被检测部位的同一侧，测量的是组织反射回来的光。光在生物组织中的传播规律可用传播理论的粒子描述来说明，依据光的扩散传输理论，光子的传播行为可用组织光学特性特性参数来描述，同时将时间分辨光谱技术中用于确定吸收系数μa时得出的结论加以应用。根据扩散传输理论得到在组织或混浊介质位置r处和时间t的通用光子扩散方程：1c∂∂tφ(r,t)-▿[D▿φ(r,t)]+μaφ(r,t)=S(r,t)---(1)]]>式中φ(r，t)为(r，t)点处的光密度，S(r，t)为光源量，μa为吸收系数，c为光速，D为光子扩散系数；对光子迁移来说，扩散系数D＝1/3[(1-g)μs+μa]，式中μs为散射系数，μa为吸收系数，g为散射角余弦的平均值，(1-g)μ项称为等效各向同性散射系数。根据光子扩散方程及时间分辨光谱技术，按照实际边界条件解出一在光脉冲激励后的光子流量分布公式，反射式的光强公式为：R(ρ,t)=(4πDc)-3/2Z0t-5/2exp(-μact)exp(-ρ2+Z024Dct)---(2)]]>式中，ρ是柱坐标中光源与检测器之间的距离；Z0等于[(1-g)μs]-1。对上式求ln并对t求导可得下式：∂∂tlnR(ρ,t)=52t-μac+ρ2+Z024Dct2---(3)]]>当经过时间足够长时，(2-3)左边都接近-μac，即：用W表示光强的变化率，则可得到通用的光强变化公式：W＝-μac(4)根据朗伯-比尔定律，利用光通过一段已知路径L后的衰减情况，定量描述吸光物质浓度C及吸收系数μaμa=-1LlnII0=ϵC---(5)]]>式中，ε是吸光系数；C为吸光物质浓度；I和I0分别为入射光和检测到的光强；μa为吸收系数，即光子在单位路径内被吸收的概率。在近红外光区，由水、细胞色素等物质引起的吸收与脱氧血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)相比要小的多。因此选择红光与红外光双光束探测人体组织时，仅考虑脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的影响，则由(2-4)可得两个波长下的吸收系数为：μaR=ϵHbRCHb+ϵHbO2RCHbO2---(6)]]>μaIR=ϵHbIRCHb+ϵHbO2IRCHbO2---(7)]]>结合(2-4)、(2-6)、(2-7)、(2-8)根据双光束法可得：WRWIR=ϵHbRCHb+ϵHbO2RCH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统，其特征在于：所述测量脉搏和血氧饱和度的电路系统包括前置差分放大电路、抑制基漂电路、低通滤波电路、高通滤波电路、二级交流放大电路及电源管理模块，采用反射式血氧传感器探头进行脉搏血氧信号的采集，把采集到的生理信号送入研究的电路系统进行处理，利用UMC‑18‑CMOS 1P6M的工艺设计运放，然后搭建放大、滤波电路，以实现对所采集到的脉搏血氧信号的放大滤波，最后得到脉搏波的直流量和交流量。

【技术特征摘要】
1.一种测量脉搏和血氧饱和度的电路系统，其特征在于：所述测量脉搏和血氧饱和度的电路系统包括前置差分放大电路、抑制基漂电路、低通滤波电路、高通滤波电路、二级交流放大电路及电源管理模块，采用反射式血氧传感器探头进行脉搏血氧信号的采集，把采集到的生理信号送入研究的电路系统进行处理，利用UMC-18-CMOS1P6M的工艺设计运放，然后搭建放大、滤波电路，以实现对所采集到的脉搏血氧信号的放大滤波，最后得到脉搏波的直流量和交流量。2.根据权利要求1所述的热粘合隐形袜，其特征在于：所述所述传感器模块包括：探头驱动电路、反射式传感器探头及跨阻抗放大电路，反射式传感器探头在所述驱动电路的控制下发射红光和红外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力颖，任洪宇，王焱，胡雄伟，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12