一种测量血氧饱和度的方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种测量血氧饱和度的方法，其包括以下步骤：（１）对经过模数转换后的被测数字信号进行滤直流预处理；（２）抗混叠滤波器滤波和信号抽取；（３）快速傅立叶ＦＦＴ变换，剔除运动干扰信号；（４）计算血氧饱和度。其中，在剔除运动干扰信号后以及计算血氧饱和度前可进一步包括，消除２倍频幅度高过１倍频的步骤。本发明专利技术的方法中在计算血氧饱和度之前可进一步包括用低通滤波器，消除偏移。本发明专利技术也公开了使用上述方法测量血氧饱和度的装置。采用本发明专利技术方法和装置测量血氧饱和度，快捷有效，并加以抽取技术，大大减小了内存的使用和运算量。利用频域上的波形识别，有效地滤除了运动状态的干扰，提高了仪器测量的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量人体血氧饱和度的方法和装置，尤其涉及一种 无创伤、采用光谱分析技术、在频域测量血氧饱和度的方法和装置。
技术介绍
10 血氧饱和度是指人体动脉血液中氧合血红蛋白分子数占血红蛋白分子总数的百分比，是反映人体氧供应状况的重要生理参数，是一项重要 的临床指标。目前主要采用无创技术进行血氧饱和度的测量和监控，克 服了原来抽取血样、增加病人痛苦和感染率高的有创方法。无创测量血 氧饱和度的基本原理是采用光谱分析方法，将两种发出不同光谱的光电15管放置在被检测部位的同一側， 一种为发红光， 一种为发红外光，在被 测部位的另 一侧放置光电接收装置，然后根据得到的两种光电流的交流 分量比计算血氧饱和度。但是，在获得的这两种光电流分量时，经常会 含有噪音信号，例如电磁噪声、背景光噪声和运动噪声等。这些噪音信号使血氧饱和度的测量不准确。目前针对不同的噪声影响，有不同的噪 20音消除方法，例如采用光屏蔽或改变光照表面吸光系数的方法消除背景 光噪音，采用电磁屏蔽消除电磁干扰，以及改善探头的机械抗运动性能 消除被测者与探头之间的运动干扰，特别是对于运动噪声，目前只有类 似上述机械式的方法对噪音进行消除，而没有从仪器本身的电路信号处 理来改善抗运动噪音的能力。2
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提出了一种血氧饱和度测量方法和 装置，不仅有效地消除了运动噪音的干扰，提高了仪器的测量精确度， 而且结构简单，加上信号抽取技术，大大减小了内存的使用和运算量， 30增加了测量速度。根据本专利技术测量血氧饱和度的方法，包括以下步骤a)由光电接收装置接收被测位置的两个不同波长的信号，该信号被 放大后，经A/D模数转换单元转化为数字信号；b) 上述信号再经过滤直流的预处理，得到交流信号；c) 对所述交流信号进行抗混叠滤波器滤波和信号抽取，其中抗混叠 滤波器的截止频率选取不能影响人体的正常信号；d )对抽取后的信号进行快速傅立叶FFT变换，在频域上判断是否有 5运动状态的信号，如果出现运动状态的频谱，剔除运动干扰信号，得到两 个对应不同波长的月永率；e)根据上述两个剔除运动干扰后的脉率，计算血氧饱和度。 进一步，根据本专利技术测量血氧饱和度的方法，在剔除运动干扰信号 后以及计算血氧饱和度前可包括，消除2倍频幅度高过1倍频的步骤。 io其中，消除2倍频幅度过高的步骤具体包括A) 设定初始化脉率ratel,赋给其大于350的数值，优选为 350-1000jB) 将每次得到的人体脉率，存入rate变量，然后和ratel作比较， 如果rate等于ratel 二倍附近的数值，则判定此次脉率4全测出现2倍频15 过高的错误，抛弃结果rate值，并用上次结果ratel赋给rate,作为本 次结果输出。如果没有发生以上情况，则直接输出本次计算结果rate。C) 将rate赋给ratel，作为下次脉率的参考值。根据本专利技术的另 一方面，本申请提供一种测量血氧饱和度的装置， 包括中央控制处理单元、多波长光驱动单元、光发射装置、光电接收装 20置、信号放大器、A/D模数转换单元以及显示装置，其特征在于，中央控制处理单元用于发出对多波长光驱动单元的控制信号，使该 单元发出驱动信号；多波长光驱动单元用于驱动光发射装置发出两个不同波长的光信号；25 光电接收装置接收获得的被检测信号，该被检测信号经过信号放大器(5 )被放大；A/D模数转换单元用于将放大后的模拟信号转化为数字信号，进而在 中央控制处理单元中进行信号处理和计算；显示装置用于显示最终得到的血氧饱和度；30 其中，中央控制处理单元中进行的信号处理和计算包括a) 将上述数字信号进行滤直流预处理，得到数字交流信号；b) 对所述数字交流信号进行抗混叠滤波器滤波和信号抽取，其中抗混叠滤波器的截止频率选取不能影响人体的正常信号；c )对抽取后的信号进行快速傅立叶FFT变换，在频域上判断是否有运动状态的信号，如果出现运动状态的频谱，剔除运动干扰信号，得到两个对应上述不同波长的脉率； 5 d)根据剔除运动千扰后的脉率，计算血氧饱和度。进一步，中央控制处理单元中进行的信号处理和计算还包括，在剔除运动干扰信号后以及计算血氧饱和度前的步骤，进行消除2倍频幅度高过l倍频的信号处理。此外，中央控制处理单元在计算血氧饱和度前，还可进一步包括截 io止频率为0. 5Hz的硬件高通滤波器，滤除低频干扰。附图说明图l是本专利技术血氧饱和度测量装置的构造示意图； 图2是本专利技术测量血氧饱和度测量过程的流程15图3 (a)是一普通信号在时域和频域表示的示意图； 图3 (b)是信号抽取后在时域和频域表示的示意图； 图4为本专利技术对信号进行抗混叠滤波和样本抽取处理时信号在时域 和频域上变化的示意图5 (a)为在无运动干扰时人体脉搏信号的频谱；20图5 (b)为在有运动干扰时人体脉搏信号的频谱；图6 (a)为Ird频谱，其显示出人体脉搏的正常频语；图6 (b)中为Iir频谱，其显示出2倍频峰值超过了 1倍频峰值。具体实施例方式25 下面结合附图具体描述本专利技术的优选实施例。如图1所示，为本专利技术血氧饱和度测量装置的构造示意图。本专利技术装置包括中央控制处理单元1、多波长光驱动单元2、光发射装置3、光电接收装置4、信号放大 器5、 A/D模数转换单元6以及显示装置7，其中，中央控制处理单元l 发出对多波长光驱动单元2的控制信号，使该单元发出驱动信号，驱动 30光发生装置3发出光信号，在本实施例中，使用两个光发射装置，其中 一个发出红光，波长为660nm，另一个发出红外光，波长为820-940nm， 这两束光照射被检测部位，在检测部位的另一侧具有光电接收装置4,光电接收装置获得的电信号经过信号放大器5被放大后，经A/D模数转换 单元6将模拟信号转化为数字信号，进而在中央控制处理单元1中处理 计算，最终得到的血氧饱和度在显示装置7上显示。下面结合图2-图5详细描述中央处理单元中进行的信号处理过程。 5 如图2所示，为本专利技术测量血氧饱和度测量过程的流程图。从A/D模数 转换单元6出来的信号在中央控制处理单元1主要经过以下几个步骤的 处理(l)滤直流的预处理；(2)抗混叠滤波器滤波和信号抽取；(3) 快速傅立叶FFT变换，剔除运动干扰信号；(4)计算血氧饱和度。其中， 判断脉率是否为上次脉率2倍左右，与下次测量结果进行比较，是为了 io消除2倍频过高的问题，加上用低通滤波器消除偏移的步骤，都是对本 专利技术的进一步改进。以下是对以上每个步骤进行的详细说明。(1 )滤直流的预处理 从A/D模数转换单元6出来的信号是五路串行的背景光信号、红光 15综合信号、红外光综合信号、红光滤波后信号和红外光滤波后信号。这 些信号进入中央控制处理单元1后，首先进行预处理，即对上述信号滤 直流处理，得到两路串行的红光交流信号和红外光交流信号，它们分别 以Ird和Iir表示。(2)构造抗混叠滤波器，对Ird、 Iir信号进行滤波并抽取 20 此步骤是为了在抽取样本时在频域上不产生混叠。由于人体信号的频谱分量主要集中在低频部分，如果直接对信号进行抽取，就会产生混 叠。如图3 (a)所示，图3 (a)是一普通信号在时域和频域表示的示意 图；图3 (b)是信号抽取后在时域和频域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量血氧饱和度的方法，包括以下步骤ａ）由光电接收装置接收被测位置的两个不同波长的信号，该信号被放大后，经Ａ／Ｄ模数转换单元转化为数字信号；ｂ）上述信号再经过滤直流的预处理，得到交流信号；ｃ）对所述交流信号进行抗混 叠滤波器滤波和信号抽取，其中抗混叠滤波器的截止频率选取不能影响人体的正常信号；ｄ）对抽取后的信号进行快速傅立叶ＦＦＴ变换，在频域上判断是否有运动状态的信号，如果出现运动状态的频谱，剔除运动干扰信号，得到两个对应不同波长的脉率；　 　ｅ）根据上述两个剔除运动干扰后的脉率，计算血氧饱和度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志文，刘忠英，王群，李龠，
申请(专利权)人：北京麦邦光电仪器有限公司，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]