脈搏血氧儀解決方案

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量血液中的含氧量，它以完全飽和水平的百分比來衡量，用單一數(shù)值來表示，即所謂血氧飽和百分比，常常稱之為SpO2。該測量基于血液中血紅蛋白的光吸收特性。在可見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，通過人體中的單一組織位置透射光線。紅光和紅外光LED采用時間復(fù)用處理來透射光線，因此不會相互干擾。環(huán)境光線經(jīng)過估算后，從紅光和紅外光信號中減去。一個能夠響應(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算血液中的氧氣百分比。

根據(jù)血液流動的脈沖特性，還會在測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)接口以及音頻報警。發(fā)射路徑包括紅光LED、紅外光LED和用于驅(qū)動LED的DAC。接收路徑包括光電二極管傳感器、信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器。

脈搏血氧儀系統(tǒng)設(shè)計考慮和主要挑戰(zhàn)

設(shè)計脈搏血氧儀系統(tǒng)時，需要解決多個難題，如低血流灌注、運動和皮膚濕度、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(小信號水平)。光電二極管測量需要寬動態(tài)范圍和低噪聲增益的信號調(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)動電路和具有高分辨率ADC的高精度模擬前端電路。

運動和皮膚濕度。運動會引起偽像，這可以通過軟件算法來解決，或者利用ADXL345等加速度計來檢測并解決。

雜散光干擾。使用光電二極管來響應(yīng)紅光和紅外光，它很容易受環(huán)境光干擾。因此，用于過濾出紅光和紅外光目標(biāo)信號的算法非常重要，這意味著信號處理更加復(fù)雜。這種情況下，需要使用具有更高信號處理能力的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)致測得的SpO2值虛高。血紅素基中的鐵處于異常狀態(tài)，無法攜帶氧（Fe3而不是Fe2），導(dǎo)致血紅蛋白減少，SpO2讀數(shù)虛低。使用更多波長可以提高精度，但這需要更高性能的數(shù)字處理DSP。處理時間至關(guān)重要。

脈搏血氧儀功能框圖

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