无创脉搏式血氧饱和度检测仪的设计及研究

论文摘要

随着我国人口老龄化趋势的日益严重以及老龄化导致的慢性病发病率的升高，传统的医疗监护手段因其功能不足和费用高昂等弊端，将无法满足越来越重视保健养生的人民大众的需要。我国的新医保体系更加重视全民覆盖，因此在有限的财力物力基础上为人民提供合理和公平的医疗服务，已成为国家医疗事业战略发展的巨大需求。世界保健业的发展已步入以个体化医疗为特色的新阶段，而传统的以发病后治疗为主的医疗方式也将朝着预防和保健养生为主的方向发展。应此需求，生物医学工程学科的不断发展也促使加快研发低成本、小型化、集成化的智能化的医疗仪器，建立多层次面向个人、家庭、小区和医院的医疗体系，帮助缓解当前医疗保健系统的压力，从而进一步提升我国健康产业技术水平，最终实现医疗保健的全民覆盖。本研究正是基于设计低成本医疗仪器的考虑，利用TI公司具有超低功耗特性的MSP430系列单片机，设计了无创式的脉搏式血氧饱和度检测系统。本研究是中科院低成本健康项目资助的课题——基于人体传感器网络的低成本运动健康系统的一部分。本研究完成了整体技术方案的设计，系统硬件各模块的具体电路设计，仿真与测试，以及片上系统的采集数据的处理，并通过串口发送至PC机系统后，用Visual C++编写的界面对采集的数据进行数字滤波，计算出了血氧饱和度以及脉率，并显示了其数值。发送至PC机系统的数据也可以保存为文档形式做更深入的研究。本研究的工作及成果对于促进医疗保健行业的发展将起到十分积极的推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 血氧饱和度的生理学基础
• 1.2 本研究内容的背景及意义
• 1.3 血氧饱和度检测仪的国内外研究概况
• 1.3.1 血氧饱和度检测仪国外研究概述
• 1.3.2 血氧饱和度检测仪的国内研究概述
• 1.3.3 血氧饱和度检测技术的前景展望
• 1.4 本研究的主要内容与组织架构
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 本研究的组织架构
• 1.5 本章小结
• 第二章 脉搏式血氧饱和度检测的理论基础
• 2.1 脉搏波的基础知识
• 2.1.1 脉搏波的产生与传播
• 2.1.2 脉搏波的特征
• 2.1.3 脉搏波研究的临床意义
• 2.2 光电测量法的基本原理
• 2.2.1 朗伯比尔定律
• 2.2.2 血氧饱和度的光电测量法原理
• 2.2.3 血氧饱和度的脉搏式测量原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 测量技术与总体设计
• 3.1 系统总体设计简述
• 3.2 测量技术方案
• 3.2.1 测量部位的选择
• 3.2.2 测量波长的选择
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件部分设计
• 4.1 系统硬件设计概述
• 4.2 系统硬件各模块设计
• 4.2.1 探头驱动电路
• 4.2.2 光电转换电路
• 4.2.3 直流隔离电路
• 4.2.4 前置放大电路
• 4.2.5 低通滤波电路
• 4.2.6 工频陷波器
• 4.2.7 自动增益控制
• 4.2.8 电平抬升电路
• 4.2.9 电源管理模块
• 4.2.10 串行通信模块
• 4.3 防干扰与接地
• 4.3.1 地线干扰机理
• 4.3.2 地线干扰对策
• 4.3.3 地线设计原则
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件部分设计
• 5.1 系统软件部分设计概述
• 5.2 片上系统设计
• 5.2.1 MSP430 系列单片机简介
• 5.2.2 时序脉冲控制
• 5.2.3 时钟脉冲的产生
• 5.2.4 A/D 采集模块
• 5.2.5 串口初始化设置
• 5.3 PC机系统设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统的实现及测试
• 6.1 血氧饱和度的经验曲线
• 6.2 血氧饱和度的标定方法
• 6.3 血氧饱和度的算法研究
• 6.3.1 脉搏血氧信号的计算
• 6.3.2 脉搏血氧信号的提取
• 6.3.3 脉搏波干扰信号的消除
• 6.4 测量实验与分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件