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蓝牙通讯的智能脉搏血氧检测方案

 2015-06-15

 

血氧仪主要测量指标分别为脉率、血氧饱和度、灌注指数(PI)。血氧饱和度(oxygen saturation简写为SpO2)是临床医疗上重要的基础数据之一。血氧饱和度是指在全部血容量中被结合O2容量占全部可结合的O2容量的百分比。脉搏就是指浅表动脉的搏动。正常人的脉搏和心跳是一致的。心率是心脏跳动的频率。一般人在每分钟60--90次之间。但是人在运动和紧张等情况下,会出现心跳加快的情况。脉率是每分钟的脉搏数. 正常情况下脉率和心率是一致的。当房颤或频发期前收缩时脉率较心率少。
    最初的一台血氧饱和度仪由Millikan在20世纪40年代开发。它监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例。典型的血氧饱和仪带有两个发光二极管。这两个发光二极管面向病人的待测部位 - 通常是指尖或耳垂。一只二极管释放波长为660纳米的光束,另一只释放905,910或者940纳米。含氧的血红蛋白对这两种波长的吸收率与不含氧的差别很大。利用这个性质,可以计算出两种血红蛋白的比例。测试的过程通常不需要从病人身上抽血。通常的血氧仪也可以显示病人的脉搏。按照Beer-Lambert定律,比值R/IR与动脉血氧饱和度(SaO2)的函数关系应为线性关系,但由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统,不完全符合经典的Beer-Lambert定律,因而导致了表达红光和红外光吸光度相对变化测量值(R/IR值),与动脉血氧饱和度(SaO2)之间关系的数学模型建立困难。只能通过实验的方法来确定R/IR与SaO2的对应关系,即定标曲线。大多数脉搏血氧仪生产厂家都以实验方法获取经验定标曲线以完成产品出厂前的预定标。

测量原理如下图描述:

 

 通过依次驱动一个红光LED(660nm)和一个红外光LED(910nm),蓝色线条表示血红蛋白不带氧分子的时候接收管对还原血红蛋白感应曲线,从曲线图中可以看下还原血红蛋白对660nm红光的吸收比较强,而对910nm红外光的吸收长度比较弱。红色线条表示血红蛋白并带有氧分子的血红细胞时接收管对氧合血红蛋白感应曲线,从图中可以看出对660nm红光的吸收比较弱,对910nm红外光的吸收比较强。在血氧测量时,还原血红蛋白和有氧合血红蛋白,通过检测两种对不同波长的光吸收的区别,所测出来的数据差就是测量血氧饱和度最基本的数据。在血氧测试中660nm和910nm最常见的两个波长,实际上要做到更高的精度,除了两个波长以外还要增加,甚至高达8个波长,最主要的原因是人体血红蛋白除了还原血红蛋白和氧合血红蛋白之外,还有其他的血红蛋白,我们经常见的是碳氧血红蛋白,更多的波长有利于你做的精度更好。

       本方案采用红光和红外光两个波长进行检测,测量原理如上描述,系统采用锂电池供电,原型板也可以通过外部电源供电,采用台湾芯唐低功耗的Cortex-M0 MCU NANO100系列,实现低功耗和高运算性能,为血氧算法提供保障,外部可扩展USB接口进行数据交换,最大的亮点是外接Microchip 蓝牙模块BM77,结合手机端APP实现与手机的无线互联,实现监测数据的检测,记录以及通过云服务提供医疗建议,厂家也可以通过手机端对产品的参数进行配置以及实现程序更新功能。

【展示板照片】

展示板照片(正面)

【方案方块图】

方案方块图

【系统功能】

① 检测脉率和血氧饱和度。
② USB接口提供数据通讯功能。
③ LCD显示测量指标。
④ 蓝牙接口实现与手机通讯。

【方案特性】

① 采用32bit低功耗Cortex-M0处理器
② 采用Microchip MCP73831 锂电池充电管理IC。
③ 采用Microchip MCP2200 USB桥片实现USB通讯(可选)。
④ Microchip BM77蓝牙模块通讯,支持BT3.0和BLE。
⑤ 通过手机APP显示并保存测量数据并上传到云端做健康分析。