一种人体动脉血氧饱和度无创检测方法研究

论文摘要

本文介绍了一种实现人体动脉血氧饱和度无创检测的方法。自行设计出一种动脉血氧饱和度无创检测电路,提高运动状态下检测的精确度,抑制人体散射作用影响。通过研究人体组织吸光物质成分及其近红外吸收光谱,综述了氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光的吸光量随脉搏波动而变化,而其它人体组织成分吸光量基本保持不变。本文提出将修正朗伯比尔方程中的光子传播平均路径长度和散射介质常数损耗因子引入血氧饱和度计算公式的推导过程,并且与计算公式配合选择对人体散射作用影响较小的730nm和940nm近红外二极管作为检测光源,利用综合手段降低人体散射作用引起的检测误差。根据光电容积脉搏波描记法的检测原理设计出一种人体动脉血氧饱和度无创检测电路。其特点是使用基于频域的方法抑制杂散光和工频干扰。利用DSP时序信号控制光源驱动电路和信号分离电路,实现信号同步发送和分离接收。设计压控电压源二阶高通滤波电路和低通滤波电路,分别提取血氧交流信号和血氧直流信号。并依据生理信号特点设计信号放大、反相电路,提高了血氧饱和度计算的精度。研究利用自适应滤波器消除了与有用信号频域重叠的运动伪迹干扰噪声,提高了运动状态下血氧饱和度检测数据的精确度。本文提出了使用血氧交流延时信号作为自适应滤波器输入参考噪声信号的方法,有利于简化硬件设计结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 血氧饱和度的概念
• 1.2 课题来源及研究背景
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 发展历程及国内外研究现状
• 1.5 本论文研究内容
• 第2章 人体动脉血氧饱和度测量原理
• 2.1 光电容积脉搏波及其特征
• 2.1.1 光电容积脉搏波描记法
• 2.1.2 光电容积脉搏波特征
• 2.2 朗伯-比尔定律
• 2.2.1 基本朗伯-比尔定律
• 2.2.2 强散介质中朗伯-比尔定律的修正
• 2.3 血氧饱和度检测计算公式
• 2.4 检测光波长及测试部位选择
• 2.4.1 检测光源的选择
• 2.4.2 检测部位的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 人体动脉血氧饱和度无创检测电路设计及其原理
• 3.1 血氧信号探测、转换部分
• 3.1.1 血氧信号探测电路
• 3.1.2 光电转换电路
• 3.1.3 I/V 转换、放大电路
• 3.2 干扰抑制与血氧信号分离部分
• 3.2.1 杂散光干扰抑制电路
• 3.2.2 血氧复合信号分离电路
• 3.3 血氧交流信号提取、处理部分
• 3.3.1 血氧交流信号提取电路
• 3.3.2 血氧交流信号放大电路
• 3.4 血氧直流信号提取、处理部分
• 3.4.1 血氧直流信号提取电路
• 3.4.2 血氧直流信号反相电路
• 3.5 电源电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 提高运动状态血氧饱和度检测精度的方法
• 4.1 自适应噪声抵消原理
• 4.2 常用自适应噪声抑制方法简介及噪声抑制方案选择
• 4.2.1 常用自适应滤波器结构及其原理
• 4.2.2 最陡下降算法噪声抑制原理及对本研究的适用性分析
• 4.2.3 最小均方算法噪声抑制原理及对本研究的适用性分析
• 4.3 基于LMS 算法的本血氧饱和度自适应滤波器改进设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 血氧饱和度自适应滤波器仿真实验
• 5.1 实验方案提出
• 5.2 实验分析及结论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 有待进一步解决的问题
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录1 人体动脉血氧饱和度无创检测仪整机电路图
• 附录2 基于LMS 算法自适应滤波器MATLAB 仿真程序
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果