一種血氧采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種血氧采集系統(tǒng)。特別是涉及一種用于無(wú)線脈搏血氧儀的血氧采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)脈血液中的氧對(duì)維持人的生命具有極為重要的意義，動(dòng)脈中氧的含量是判斷人體組織是否缺氧的重要指標(biāo)之一。組織的供養(yǎng)能力不足會(huì)導(dǎo)致組織的代謝、功能和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這是一種病理過(guò)程，醫(yī)學(xué)上稱之為缺氧。缺氧臨床上常常出現(xiàn)的一種疾病之一，生命重要器官如大腦、心臟等缺氧是導(dǎo)致機(jī)體死亡的重要原因之一，血氧飽和度直接反應(yīng)了人體新陳代謝中氧代謝的狀況。血氧儀能及時(shí)的檢測(cè)出人體是否缺氧，從而避免由于缺氧而導(dǎo)致的各種疾病或死亡，因此人體血氧飽和度的無(wú)線測(cè)量和遠(yuǎn)程分享系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的實(shí)用價(jià)值。
[0003]血氧飽和度的測(cè)量方式按照對(duì)人體是否有創(chuàng)傷來(lái)劃分可以分為有創(chuàng)測(cè)量和無(wú)創(chuàng)測(cè)量?jī)煞N方法。有創(chuàng)傷的血氧飽和度測(cè)量方法又分為電化學(xué)分析法和光密度法兩種，有創(chuàng)傷的測(cè)量首先要用設(shè)備破壞人體組織進(jìn)行采血，然后用專用儀器對(duì)所采集的血液進(jìn)行電化學(xué)分析，最后通過(guò)分析的結(jié)果計(jì)算血氧飽和度。這種方式需要使用采血設(shè)備對(duì)人體進(jìn)行采血，是有創(chuàng)測(cè)量，電化學(xué)分析過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜。費(fèi)用較高且無(wú)法對(duì)人體血氧飽和度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)是這種血氧飽和度測(cè)量方式的最大缺點(diǎn)。這種方法測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量血氧飽和度的結(jié)果非常準(zhǔn)確，可以應(yīng)用在全麻手術(shù)、新生嬰兒監(jiān)護(hù)等許多需要準(zhǔn)確測(cè)量血氧飽和度數(shù)值的場(chǎng)合。另一種有創(chuàng)測(cè)量方法也是需要使用采血器對(duì)人體進(jìn)行采血，然后利用醫(yī)療儀器測(cè)定從人體動(dòng)脈中抽取的血液的光密度，最后通過(guò)測(cè)量光密度的結(jié)果計(jì)算出血氧飽和度。這種方法是臨床上準(zhǔn)確測(cè)量血氧飽和度的方法之一。這種方法的理論依據(jù)是朗伯-比爾定律，并利用了氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白在不同的光波長(zhǎng)的條件下對(duì)光的吸收系數(shù)不同的特性進(jìn)行計(jì)算，這種測(cè)量方式的原理已經(jīng)發(fā)展成為無(wú)創(chuàng)測(cè)量血氧飽和度的基礎(chǔ)。由于有創(chuàng)測(cè)量具有有創(chuàng)、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且無(wú)法連續(xù)測(cè)量的缺點(diǎn)，所以為了解決血氧飽和度測(cè)量的這些缺點(diǎn)，人們發(fā)明了無(wú)創(chuàng)測(cè)量血氧飽和度的方法，此方法以朗伯-比爾定律為基礎(chǔ)，利用氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白在光譜吸收上的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了脈搏血氧飽和度的無(wú)創(chuàng)傷、低成本、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的在近年來(lái)的快速發(fā)展，嵌入式處理器在運(yùn)行速度和功能上得到了很大提高，使得便攜式設(shè)備的性能逐漸增強(qiáng)，市場(chǎng)占有率逐步增多[1]，特別是最近幾年智能手機(jī)、平板電腦和1S及Andr1d等嵌入式操作系統(tǒng)的迅速發(fā)展與普及，便攜式通訊設(shè)備已不再是單純的通訊工具，而可以把便攜式通訊設(shè)備作為一個(gè)人體健康狀況記錄終端，并把個(gè)人健康信息上傳到云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)人體健康信息的無(wú)線測(cè)量、遠(yuǎn)程分享和可視化管理。據(jù)有關(guān)資料顯示，截止到2010年我國(guó)手機(jī)用戶已經(jīng)超過(guò)7.4億，其中智能手機(jī)又占了很大的比重[2]，智能手機(jī)作為人體健康狀況記錄終端將具有很大的應(yīng)用潛力。
[0005]血氧儀是測(cè)量血氧飽和度的重要醫(yī)療儀器，傳統(tǒng)的醫(yī)療儀器都是單獨(dú)的有線醫(yī)療儀器，需要專業(yè)的醫(yī)護(hù)人員操作血氧儀來(lái)對(duì)用戶進(jìn)行測(cè)量，并最終記錄下測(cè)量結(jié)果。在沒有專業(yè)的醫(yī)護(hù)人員的情況下，用戶難以實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量以及測(cè)量結(jié)果的正確讀取。
[0006]如圖1所示，傳統(tǒng)血氧儀主要包括:MCU、光源控制電路、光源、光電檢測(cè)器件、脈搏波處理電路組成。
[0007]MCU控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，通過(guò)光源控制電路控制并調(diào)節(jié)光源發(fā)出時(shí)分復(fù)用的光脈沖，使光滿足測(cè)量條件；光電接收器件接收透射光并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，將時(shí)分復(fù)用的光脈沖信號(hào)進(jìn)行雙光束分離，再經(jīng)過(guò)低通濾波還原為連續(xù)的容積脈搏波，然后進(jìn)行交直流分離，并分別控制信號(hào)增益，最后對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換送入MCU進(jìn)行脈搏波識(shí)別并計(jì)算出血氧飽和度。這種血氧儀模擬電路復(fù)雜，電路參數(shù)要求較高，所以性能指標(biāo)也收到很大限制。這種系統(tǒng)只是單獨(dú)的醫(yī)療儀器，使用不便，無(wú)法實(shí)現(xiàn)血氧飽和度的無(wú)線測(cè)量、測(cè)量結(jié)果的可視化管理和遠(yuǎn)程分享。隨著人們對(duì)血氧儀的要求不斷提高，這種血氧儀已經(jīng)不能滿足人們對(duì)醫(yī)療保健用品的需求。
[0008]特別是隨著移動(dòng)互聯(lián)的發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)的要求不斷提高，如要求醫(yī)療保健設(shè)備便于攜帶、使用方便、操作簡(jiǎn)單等，所以醫(yī)療保健必然向小型化、無(wú)線化、操作簡(jiǎn)單等方向發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)采集模塊小型化的可用于無(wú)線脈搏血氧儀的血氧采集系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種血氧采集系統(tǒng)，包括有具有藍(lán)牙功能的控制電路，用于向手指提供光源的發(fā)光二極管，用于通過(guò)手指采集人體血氧光信號(hào)的光頻轉(zhuǎn)換器，其中，所述的發(fā)光二極管的電源輸入端通過(guò)光源驅(qū)動(dòng)電路連接所述的控制電路的輸出驅(qū)動(dòng)端，所述的光頻轉(zhuǎn)換器的輸出端連接控制電路的信號(hào)輸入端，所述控制電路通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議與外部設(shè)備進(jìn)行通信，所述的控制電路還分別連接電源單元和顯示器。
[0011]所述的發(fā)光二極管是采用雙波長(zhǎng)發(fā)光二極管。
[0012]所述的控制電路還連接用于控制控制電路中的藍(lán)牙工作和用于使控制電路復(fù)位的按鍵及復(fù)位電路。
[0013]所述的光頻轉(zhuǎn)換器包括有接收光信號(hào)的光電二極管和與所述的光電二極管的信號(hào)輸出相連的電流頻率轉(zhuǎn)換器，所述電流頻率轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖信號(hào)連接所述的控制電路信號(hào)輸入端。
[0014]所述的電源單元包括有用于提供電源的電池，通過(guò)接口與電池相連，用于給電池充電的充電電路，所述的電池是通過(guò)一個(gè)電源穩(wěn)壓控制電路連接控制電路。
[0015]所述的充電電路包括有充電芯片Ul，所述的充電芯片Ul分別連接電池接口 JI和電源接口 J2，所述充電芯片Ul還連接控制電路。
[0016]所述的電源穩(wěn)壓控制電路包括有穩(wěn)壓芯片U3，所述的穩(wěn)壓芯片U3的電源輸入端連接電池的正極，穩(wěn)壓芯片U3的電源輸出端分為三路，一路構(gòu)成VDD電源輸出端，第二路通過(guò)電容C9接地，第三路通過(guò)電阻R5連接三極管Q2的基極，以及直接連接三極管Q2的發(fā)射極，三極管Q2的集電極構(gòu)成VCC電源端，所述三極管Q2的基極還通過(guò)電阻R4連接三極管Ql的集電極，三極管Q I的發(fā)射極接地，基極通過(guò)電阻R3連接控制電路中的電平輸出端PCTLo
[0017]所述的按鍵及復(fù)位電路包括有按鍵SI和復(fù)位芯片U6，其中，所述按鍵SI的一端分兩路，一路連接控制電路中的藍(lán)牙輸出端KEY，另一路通過(guò)電阻RlO連接電源VDD，所述按鍵SI的另一端接地，所述復(fù)位芯片U6分別連接控制電路中的復(fù)位端RST和藍(lán)牙輸出端KEY，以及連接電源VDD。
[0018]本實(shí)用新型的一種血氧采集系統(tǒng)，利用集成了藍(lán)牙協(xié)議棧的單片機(jī)作為處理器，控制雙波長(zhǎng)發(fā)光二極管按照設(shè)計(jì)的時(shí)序發(fā)光，并使用光頻轉(zhuǎn)換器件作為傳感器直接對(duì)光電容積脈搏波信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化，減少了復(fù)雜的模擬電路帶來(lái)的噪聲，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了采集模塊的小型化。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的脈搏血氧儀的構(gòu)成框圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型所采用的無(wú)線脈搏血氧儀的構(gòu)成框圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型的血氧采集系統(tǒng)的構(gòu)成框圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型中光頻轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成框圖；
[0023]圖5是本實(shí)用新型中控制電路的電路原理圖；
[0024]圖6是本實(shí)用新型中光源驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖；
[0025]圖7是本實(shí)用新型中電源單元的構(gòu)成框圖；
[0026]圖8是本實(shí)用新型中充電電路的電路原理圖；
[0027]圖9是本實(shí)用新型中電源穩(wěn)壓控制電路的電路原理圖；
[0028]圖10是本實(shí)用新型中按鍵及復(fù)位電路的電路原理圖。
[0029]圖中
[0030]1:血氧采集系統(tǒng)2:藍(lán)牙協(xié)議
[0031]3:用戶端智能手機(jī)4:HTTP協(xié)議
[0032]5:云端服務(wù)器6:其它用戶
[0033]11:單片機(jī)12:光源驅(qū)動(dòng)電路
[0034]13:發(fā)光二極管14:光頻轉(zhuǎn)換器
[0035]15:顯示器16:電源單元
[0036]17:手指18:按鍵及復(fù)位電路
[0037]101:光源102:手指
[0038]103:光電接收器件104:信號(hào)調(diào)理單元
[0039]105:雙光束分離單元106:交直流分離單元
[0040]107:增益控制電路108:濾波電路
[0041]109:A/D 轉(zhuǎn)換單元110:MCU
[0042]111:顯示及控制單元112:D/A轉(zhuǎn)換單元
[0043]113:光強(qiáng)調(diào)節(jié)單元114:光源驅(qū)動(dòng)電路
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的一種血氧采集系統(tǒng)做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]如圖2所示，無(wú)線脈搏血氧儀包括有本實(shí)用新型所要保護(hù)的血氧采集系統(tǒng)1，用戶端智能手機(jī)3和對(duì)所采集的人體血氧進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的云端服務(wù)器5，所述的血氧采集系統(tǒng)I通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議2與所述的用戶端智能手機(jī)3進(jìn)行通信，所述的用戶端智能手機(jī)3通過(guò)HTTP協(xié)議與所述的云端服務(wù)器5進(jìn)行通信。所述的用戶端智能手機(jī)3還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)郵件7與其它用戶6進(jìn)行通信。
[0046]本實(shí)用新型的血氧采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有:1)控制光源驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管按照設(shè)定的時(shí)序發(fā)光；2)利用光頻轉(zhuǎn)換器件接收透射過(guò)指尖的光，然后利用處理器對(duì)光頻轉(zhuǎn)換器件的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)容積脈搏波的采集；3)利用無(wú)線通訊技術(shù)與數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通訊，把采集到的容積脈搏波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理平臺(tái)；4)顯示及控制功會(huì)K。
[0047]如圖3所示，本實(shí)用新型的一種血氧采集系統(tǒng)，包括有具有藍(lán)牙功能的控制電路11，用于向手指17提供光源的發(fā)光二極管13，用于通過(guò)手指17采集人體血氧光信號(hào)的光頻轉(zhuǎn)換器14，其中，所述的發(fā)光二極管13的電源輸入端通過(guò)光源驅(qū)動(dòng)電路12連接所述的控制電路11的輸出驅(qū)動(dòng)端，所述的光頻轉(zhuǎn)換器14的輸出端連接控制電路11的信號(hào)輸入端，所述控制電路11通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議2與外部設(shè)備進(jìn)行通信(如與用戶端智能手機(jī)進(jìn)行通信，)，所述的控制電路11還分別連接電源單元16和顯示器15。所述的控制電路11還連接用于控制控制電路11中的藍(lán)牙工作和用于使控制電路11復(fù)位的按鍵及復(fù)位電路18。
[0048]光源驅(qū)動(dòng)電路需要兩個(gè)通用I/O 口來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生紅光和紅外光的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；顯示及按鍵用三個(gè)通用I/o 口來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)按鍵及兩個(gè)指示燈；電源模塊需要四個(gè)個(gè)I/O來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的管理；一共需要兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)用于定時(shí)，用于控制采樣頻率；另一個(gè)用于計(jì)數(shù)，用于對(duì)光頻轉(zhuǎn)換器件的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光電容積脈搏波的數(shù)字化；需要藍(lán)牙4.0實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0049]如圖5所示，所述的控制電路11選用型號(hào)為CC254