ADI病人監(jiān)護(hù)儀中的典型模塊

脈搏血氧儀解決方案

脈搏血氧儀系統(tǒng)原理和典型架構(gòu)

脈搏血氧儀以非介入方式測(cè)量血液中的含氧量，它以完全飽和水平的百分比來(lái)衡量，用單一數(shù)值來(lái)表示，即所謂血氧飽和百分比，常常稱之為SpO2。該測(cè)量基于血液中血紅蛋白的光吸收特性。在可見(jiàn)光譜和近紅外光譜內(nèi)，含氧血紅蛋白(HbO2)與脫氧血紅蛋白(Hb)具有不同的吸收曲線。Hb吸收的紅光頻率的光線較多，紅外光(IR)頻率的光線較少。HbO2則相反，吸收的紅光頻率的光線較少，紅外光(IR)頻率的光線較多。紅光和紅外光LED盡可能相互靠近，通過(guò)人體中的單一組織位置透射光線。紅光和紅外光LED采用時(shí)間復(fù)用處理來(lái)透射光線，因此不會(huì)相互干擾。環(huán)境光線經(jīng)過(guò)估算后，從紅光和紅外光信號(hào)中減去。一個(gè)能夠響應(yīng)紅光和紅外光的光電二極管接收光線，然后由一個(gè)跨導(dǎo)放大器產(chǎn)生與所接收光線強(qiáng)度成比例的電壓。光電二極管接收的紅光與紅外光的比值用于計(jì)算血液中的氧氣百分比。

根據(jù)血液流動(dòng)的脈沖特性，還會(huì)在測(cè)量周期中確定并顯示脈搏率和強(qiáng)度。

脈搏血氧儀包括發(fā)射路徑、接收路徑、顯示和背光、數(shù)據(jù)接口以及音頻報(bào)警。發(fā)射路徑包括紅光LED、紅外光LED和用于驅(qū)動(dòng)LED的DAC。接收路徑包括光電二極管傳感器、信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器。

脈搏血氧儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮和主要挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)脈搏血氧儀系統(tǒng)時(shí)，需要解決多個(gè)難題，如低血流灌注、運(yùn)動(dòng)和皮膚濕度、雜散光干擾、碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白干擾等。

低血流灌注(小信號(hào)水平)。光電二極管測(cè)量需要寬動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲增益的信號(hào)調(diào)理，以便捕捉脈搏事件。發(fā)射和接收路徑需要具有高分辨率DAC的高質(zhì)量、低噪聲LED驅(qū)動(dòng)電路和具有高分辨率ADC的高精度模擬前端電路。

運(yùn)動(dòng)和皮膚濕度。運(yùn)動(dòng)會(huì)引起偽像，這可以通過(guò)軟件算法來(lái)解決，或者利用ADXL345等加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)并解決。

雜散光干擾。使用光電二極管來(lái)響應(yīng)紅光和紅外光，它很容易受環(huán)境光干擾。因此，用于過(guò)濾出紅光和紅外光目標(biāo)信號(hào)的算法非常重要，這意味著信號(hào)處理更加復(fù)雜。這種情況下，需要使用具有更高信號(hào)處理能力的DSP。

碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。一氧化碳(CO)很容易與血紅蛋白結(jié)合，使血液變得更像紅色HbO2，導(dǎo)致測(cè)得的SpO2值虛高。血紅素基中的鐵處于異常狀態(tài)，無(wú)法攜帶氧（Fe3而不是Fe2），導(dǎo)致血紅蛋白減少，SpO2讀數(shù)虛低。使用更多波長(zhǎng)可以提高精度，但這需要更高性能的數(shù)字處理DSP。處理時(shí)間至關(guān)重要。

脈搏血氧儀功能框圖

ADI公司為脈搏血氧儀設(shè)計(jì)提供種類齊全的高性能線性、混合信號(hào)、MEMS和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。我們的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、RF收發(fā)器和電源管理產(chǎn)品以領(lǐng)先的設(shè)計(jì)工具、應(yīng)用支持和系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)作為后盾。