本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

人體新陳代謝所需要的氧，是通過與血液中的血紅蛋白(Hb)結(jié)合成氧合血紅蛋白(HbO2)后被運輸?shù)讲煌M織細胞中去。血氧飽和度(SaO2)則表示了血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白(HbO2)占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)的百分比，即血液中血氧的濃度。因此監(jiān)測SaO2對了解呼吸系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)狀況以及預(yù)防組織缺氧等有重要作用。

目前，已有的血氧監(jiān)測裝置都是依據(jù)Lambert-beer原理和光電技術(shù)，首先通過光電技術(shù)得到紅光以及紅外光下的光電容積脈搏波(photoplethysmography,PPG)，之后基于Lambert-beer原理比較計算兩個PPG信號得到血氧飽和度值。該裝置技術(shù)較成熟，已在手術(shù)，臨床監(jiān)護中得到廣泛的應(yīng)用。然而這些監(jiān)測都需要受試者保持安靜狀態(tài)，運動是影響信號監(jiān)測的最主要原因。

經(jīng)過現(xiàn)有的技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，中國申請?zhí)枮椋?00510121269.6，名稱為：能消除運動干擾的血氧測量方法及其裝置，該技術(shù)提供了一個能實現(xiàn)消除運動干擾的血氧測量裝置。該裝置包括：血氧探頭組件，信號放大處理組件，A/D轉(zhuǎn)換，單片機數(shù)據(jù)處理組件，邏輯控制模塊和電源電路，其中探頭組件包含：紅光，紅外光源，驅(qū)動電路和受光管；信號放大處理組件包含：差分放大電路和信號處理電路；邏輯控制及功能模塊包含：安全功能和通信功能，單片機數(shù)據(jù)處理模塊組件包含了運動干擾模塊，運動干擾模塊包括：脈搏波參數(shù)計算，微分處理模塊，中值濾波模塊和面積積分遞歸模塊。該運功干擾模塊的輸出端分別連接A/D轉(zhuǎn)換和邏輯控制以及功能模塊。但是該技術(shù)不包含監(jiān)測受試者運動狀態(tài)的裝置，在不知道受試者實際運動信號的情況下依靠大量計算去除運動噪聲，因此裝置的運算量過大，而且只對部分特征明顯的信號有效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，基于運動監(jiān)測傳感器的輸出信號消除運動噪聲，實現(xiàn)運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測，具有監(jiān)測準確且體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，包括：PPG信號生成模塊、運動信號生成模塊、信號處理模塊、通信模塊和人機交互模塊，其中：PPG信號生成模塊與信號處理模塊相連傳輸紅光和紅外光下的PPG信號，運動信號生成模塊與信號處理模塊相連傳輸人體組織在空間三個相互垂直方向上的加速度大小，通信模塊與信號處理模塊相連傳輸血氧信號和心率信息，人機交互模塊與信號處理模塊相連傳輸控制信號和顯示結(jié)果信息。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的PPG信號生成模塊包括：一個紅外二極管、一個近紅外二極管和一個光電二極管，紅外二極管與近紅外二極管反向并聯(lián)，紅外二極管和近紅外二極管都與信號處理模塊相連，光電二極管與信號處理模塊相連。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的運動信號生成模塊是加速度傳感器。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的信號處理模塊包括：微處理器、光電驅(qū)動電路、放大濾波電路、電源電路和存儲器件，光電驅(qū)動電路與PPG信號生成模塊相連傳輸控制發(fā)光的電流信號，光電驅(qū)動電路與微處理器相連傳輸驅(qū)動信號，放大濾波電路與PPG信號生成模塊相連傳輸PPG信號，微處理器與放大濾波電路相連傳輸放大濾波信號，微處理器與運動信號生成模塊相連傳輸三個方向的加速度信號，微處理器與存儲器件相連傳輸血氧信號和心率信息，微處理器與電源電路相連傳輸電源信息，微處理器與通信模塊相連傳輸血氧信號和心率信息，微處理器與人機交互模塊相連傳輸控制信號和顯示結(jié)果信息。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的微處理器上設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的通信模塊包括：有線通信子模塊和無線通信子模塊，有線通信子模塊和無線通信子模塊都與信號處理模塊相連傳輸血氧和心率信息。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的有線通信子模塊包括：光電隔離器件和RS232串口，光電隔離器件和信號處理模塊相連傳輸血氧和心率信息，光電隔離器件和RS232串口相連傳輸血氧和心率信息。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的無線通信子模塊是基于ZIGBEE協(xié)議的無線射頻發(fā)射模塊，其與信號處理模塊相連無線傳輸血氧和心率信號。

上述運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置，其中，所述的人機交互模塊包括：按鍵和點陣液晶，按鍵與信號處理模塊相連傳輸控制信息，點陣液晶與信號處理模塊相連顯示血氧和心率結(jié)果。

本發(fā)明的工作過程是：微處理器控制光電驅(qū)動電路導通生成反相放大的電流；紅外二極管和近紅外二極管在反相電流的作用下交替發(fā)光；光電二極管接收穿透組織的光線，將電流傳遞給放大濾波電路；放大濾波電路將預(yù)處理后的PPG模擬信號傳給微處理器；微處理器接收PPG模擬信號將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行PPG數(shù)字信號處理；微處理器接收運動信號生成模塊的加速度信號，并進行加速度信號處理；微處理器基于加速度信號恢復(fù)被運動噪聲淹沒的PPG信號，并計算血氧和心率結(jié)果；微處理器將處理結(jié)果發(fā)送給有線通信子模塊，并通過RS232串口發(fā)送給上位機；微處理器將處理結(jié)果發(fā)送給無線通信子模塊進而傳輸給其它接收系統(tǒng)；微處理器將結(jié)果發(fā)送給顯示模塊，通過點陣液晶顯示實時血氧和心率。按鍵與微處理器相連供使用者選擇系統(tǒng)工作模式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：能有效抑制運動噪聲，實現(xiàn)非特殊運動狀態(tài)下的血氧信號實時監(jiān)測：利用加速度傳感器芯片生成運動信號，量化了原本未知的運動噪聲，從而有效控制PPG模擬信號的采集以及PPG數(shù)字信號的降噪處理，從而實現(xiàn)運動狀態(tài)下血氧信息監(jiān)測；除此之外，本發(fā)明基于ZIGBEE協(xié)議的無線傳輸可實現(xiàn)監(jiān)測血氧，心率信息的高速，低功耗的雙向傳輸。因此本發(fā)明不僅可提高血氧監(jiān)測的準確度，同樣適用于運動狀態(tài)下血氧信號的監(jiān)測，擴大該類裝置的使用范圍，而且還具有體積小，質(zhì)量輕等特點，實現(xiàn)了實時動態(tài)監(jiān)測血氧變換。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的組成示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明運動狀態(tài)下的血氧飽和度監(jiān)測裝置包括：PPG信號生成模塊、運動信號生成模塊、信號處理模塊、通信模塊和人機交互模塊，其中：PPG信號生成模塊與信號處理模塊相連傳輸紅光和紅外光下的PPG信號，運動信號生成模塊通過SPI口與信號處理模塊相連傳輸人體組織在空間三個相互垂直方向上的加速度大小，通信模塊與信號處理模塊相連傳輸血氧信息和心率信息，人機交互模塊與信號處理模塊相連傳輸控制信息以及監(jiān)測結(jié)果。

所述的PPG信號生成模塊包括：840nm發(fā)光二極管、960nm發(fā)光二極管和光電二極管，其中：840nm發(fā)光二極管和960nm發(fā)光二極管反向并聯(lián)，840nm發(fā)光二極管與信號處理模塊相連，960nm發(fā)光二極管與信號處理模塊相連，840nm發(fā)光二極管與960nm發(fā)光二極管交替發(fā)光，光電二極管與信號處理模塊相連傳輸包含血氧信息的電流信號。

所述的運動信號生成模塊是加速度傳感器，本實施例采用的加速度傳感器的型號為MMA7260QT，其與信號處理模塊相連傳輸X,Y,Z三個軸方向的運動加速度信息。

所述的信號處理模塊包括：微處理器、光電驅(qū)動電路、放大濾波電路、電源電路和存儲卡，其中：光電驅(qū)動電路與PPG信號生成模塊相連傳輸控制發(fā)光的電流信號，光電驅(qū)動電路與微處理器相連傳輸驅(qū)動信號，放大濾波電路與PPG信號生成模塊相連傳輸PPG信號，微處理器與放大濾波電路相連，微處理器與運動信號生成模塊相連傳輸三個方向的加速度信號，微處理器與存儲卡相連傳輸血氧信號和心率信息，微處理器與電源電路相連傳輸電源信息，微處理器與通信模塊相連傳輸血氧信號和心率信息，微處理器與人機交互模塊相連傳輸控制信號和顯示結(jié)果信息。

本實施例中所述的微處理器是美國TI公司的超低功耗微處理器MSP430FG439，其內(nèi)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該芯片除了體積小，功耗低之外，芯片內(nèi)含有豐富的外部資源，本實施例使用其中的兩個運算放大器OA，12位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC，兩個定時器TIMER，基于該微處理器的片內(nèi)資源不僅簡化電路設(shè)計，縮小電路體積，而且避免外部電磁干擾，提高系統(tǒng)性能。

所述的通信模塊包括：有線通信子模塊和無線通信子模塊，其中：有線通信子模塊和無線通信子模塊都與信號處理模塊相連傳輸血氧和心率信息。

所述的有線通信子模塊包括：光電隔離器件和RS232串口，其中：光電隔離器件和信號處理模塊相連傳輸血氧和心率信息，光電隔離器件和RS232串口相連傳輸血氧和心率信息。

所述的無線通信子模塊是基于ZIGBEE協(xié)議的無線射頻發(fā)射模塊，其與信號處理模塊相連無線傳輸血氧和心率信號，本實施例選用美國TI公司的低功耗芯片CC2500。

所述的人機交互模塊包括：按鍵和128*64的點陣液晶，其中：按鍵與信號處理模塊相連傳輸控制信息，點陣液晶與信號處理模塊相連顯示血氧和心率結(jié)果。

本實施例的工作過程是：

1、開機自檢：系統(tǒng)上電后，自動完成對微處理器的初始化，加速度芯片的初始化，以及其他模塊正常工作的檢查，確保系統(tǒng)正常工作。

2、PPG信號的產(chǎn)生：在微處理器的控制下，PPG信號生成模塊生成PPG信號，運動信號生成模塊生成傳輸人體組織在空間三個相互垂直方向上的加速度大小。

3、PPG信號的放大濾波：在運動狀況下，有效信號可能被過大的運動信號淹沒或漂移嚴重以至于溢出量程等情況，本實施例用監(jiān)測的運動信號矯正原始信號放大，使PPG信號有效放大，運動信號被抑制，放大后的信號經(jīng)過濾波去除其它頻率成分。

4、PPG信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換：通過微處理器內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號用于后續(xù)數(shù)字信號處理。

5、分離噪聲：PPG信號在經(jīng)過矯正放大，濾波后依然含有部分時域頻域特性重疊的噪聲信號，本實施例通過自適應(yīng)濾波的方法，基于PPG和加速度信號進一步分離出噪聲，得到理想的PPG信號。

6、數(shù)據(jù)存儲：系統(tǒng)將PPG信號保存至內(nèi)置的存儲卡上。

7、生理參數(shù)顯示和傳輸：基于加速度和PPG信號，系統(tǒng)可得到關(guān)于監(jiān)護者的步態(tài)，心率和血氧飽和度等參數(shù)，通過點陣液晶顯示監(jiān)測結(jié)果，并通過通信模塊進行傳輸。

本實施例的優(yōu)點是：MMA7260QT加速度傳感器芯片可將空間運動表示為三個相互垂直方向加速度的大小，并用相應(yīng)的電壓值大小表示出來，通過SPI方式傳遞給微處理器。微處理器基于這些信號可調(diào)整PPG信號的放大過程，并通過自適應(yīng)濾波的方法去除PPG信號中的運動噪聲；采用了超低功耗微處理器MSP430FG439，在CPU工作模式下每1MHz,電流是300μA，在CPU睡眠模式下最低電流0.1μA。除此之外，系統(tǒng)含有的豐富外設(shè)即簡化電路設(shè)計，縮小系統(tǒng)體積，又避免了外界的電磁干擾，提高系統(tǒng)性能；系統(tǒng)采用的低功耗無線射頻發(fā)射芯片CC2500，基于ZIGBEE協(xié)議可以高效的傳輸數(shù)據(jù)。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中，因此，本發(fā)明不受本實施例的限制，任何采用等效替換取得的技術(shù)方案均在本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。