基于近红外光谱法无创脉搏血氧饱和度检测

论文摘要

血氧饱和度是衡量人体氧气供给是否充足的重要生理参数,临床上常常需要检测人体的血氧饱和度,尤其在手术过程中,能否可靠检测病人是否缺氧,关系到病人的生命安全。因此血氧饱和度的连续、实时、准确可靠监测具有重要意义。目前,基于Lambert-beer定律的近红外双波长法可实现血氧饱和度无创、连续、实时监测,具有较好的临床应用价值,成为了研究的热点。但是该方法存在抗干扰能力差、信噪比不高、受个体差异影响大等缺陷,制约了血氧饱和度检测精度的提高。本论文基于近红外光谱检测原理,设计了一种无创脉搏血氧饱和度检测系统,可对人体血氧饱和度进行实时、可靠、准确监测,能够为医生临床诊断提供有效信息,获得易于临床解释的血氧饱和度值。该检测系统由硬件电路和软件设计两部分构成。硬件电路以仪表放大器AD620和单片机89C52为核心,对脉搏波信号进行采集。软件部分主要基于LabVIEW图形化虚拟仪器开发平台,对采集信号进行处理,并计算脉搏血氧饱和度。主要完成工作如下：1.硬件部分（1）设计并制作了血氧饱和度检测探头,能够较好地抑制背景光和暗电流等噪声。运用时序控制发光管LED,通过LED驱动电路实现脉搏波信号的光调制。（2）由仪表放大器AD620、放大器TL084、片选芯片CD4053构成模拟电路,实现脉搏波信号的放大滤波和分离解调,极大地提高了信噪比。（3）以单片机89C52为核心,实现光调制的时序控制,采用MAX195进行A／D转换,并通过串口送入计算机。2.软件部分（1）设计了串口通讯和单片机控制程序,将采集的脉搏波信号传输到计算机进行处理。（2）基于LabVIEW软件平台,设计了数字锁相放大,实现信号的解调,以及数据存储和处理。（3）采用基于小波变换的自适应滤波法,消除脉搏血氧饱和度测量中的运动伪差,有效地抑制了测量中不可避免的呼吸、运动等所造成的干扰。3.精度与误差分析根据Q值,利用标准血氧检测仪测得的血氧饱和度对本系统测量值进行拟合、定标,并在线测量受试者的脉搏血氧饱和度值,测试结果可以满足临床上血氧检测要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 脉搏血氧饱和度检测背景和意义
• 1.2 近红外光谱检测技术发展现状及存在问题
• 1.3 论文主要工作及结构安排
• 第二章 脉搏血氧饱和度检测原理
• 2.1 血氧饱和度基本概念
• 2.2 脉搏血氧饱和度检测的光学理论基础
• 2.2.1 基本Lambert-beer定律
• 2.2.2 修正Lambert-beer定律
• 2.3 生物组织模型及其光吸收特性
• 2.4 脉搏血氧饱和度检测原理
• 第三章 脉搏血氧饱和度检测系统硬件设计与实现
• 3.1 系统设计思路与方案
• 3.2 信号采集
• 3.2.1 夹指传感器
• 3.2.2 光调制时序信号驱动调制电路
• 3.3 信号放大、滤波与解调
• 3.3.1 电流-电压转换及前置放大电路
• 3.3.2 滤波电路
• 3.3.3 锁相放大基本原理
• 3.3.4 锁相放大电路
• 3.4 数字电路设计
• 3.4.1 单片机控制电路
• 3.4.2 模数转换电路
• 3.4.3 串口传输电路
• 3.5 系统电路板制作
• 3.6 本章小结
• 第四章 脉搏血氧饱和度检测系统软件设计与实现
• 4.1 单片机程序设计
• 4.2 LabVIEW程序设计
• 4.2.1 基于LabVIEW软件整体设计
• 4.2.2 基于LabVIEW的串口传输模块
• 4.2.3 基于LabVIEW的时序控制模块
• 4.2.4 基于LabVIEW的信号采集模块
• 4.2.5 基于LabVIEW的数字锁相模块
• 4.2.6 数据处理及存储模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 脉搏血氧饱和度测量中运动伪差的消除
• 5.1 脉搏血氧测量中运动伪差的来源及消除的基本方法
• 5.2 算法基本理论
• 5.2.1 小波变换
• 5.2.2 自适应滤波算法
• 5.3 基于小波变换的自适应滤波法消除运动伪差
• 5.3.1 实验数据采集
• 5.3.2 运动伪差去除方法
• 5.3.3 结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 脉搏血氧饱和度测量与误差分析
• 6.1 系统定标方法及结果
• 6.2 系统误差分析
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况