脉搏血氧仪解决方案

ADI病人监护仪中的典型模块

脉搏血氧仪解决方案

脉搏血氧仪系统原理和典型架构

脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量，它以完全饱和水平的百分比来衡量，用单一数值来表示，即所谓血氧饱和百分比，常常称之为SpO2。该测量基于血液中血红蛋白的光吸收特性。在可见光谱和近红外光谱内，含氧血红蛋白(HbO2)与脱氧血红蛋白(Hb)具有不同的吸收曲线。Hb吸收的红光频率的光线较多，红外光(IR)频率的光线较少。HbO2则相反，吸收的红光频率的光线较少，红外光(IR)频率的光线较多。红光和红外光LED尽可能相互靠近，通过人体中的单一组织位置透射光线。红光和红外光LED采用时间复用处理来透射光线，因此不会相互干扰。环境光线经过估算后，从红光和红外光信号中减去。一个能够响应红光和红外光的光电二极管接收光线，然后由一个跨导放大器产生与所接收光线强度成比例的电压。光电二极管接收的红光与红外光的比值用于计算血液中的氧气百分比。

根据血液流动的脉冲特性，还会在测量周期中确定并显示脉搏率和强度。

脉搏血氧仪包括发射路径、接收路径、显示和背光、数据接口以及音频报警。发射路径包括红光LED、红外光LED和用于驱动LED的DAC。接收路径包括光电二极管传感器、信号调理、模数转换器和处理器。

脉搏血氧仪系统设计考虑和主要挑战

设计脉搏血氧仪系统时，需要解决多个难题，如低血流灌注、运动和皮肤湿度、杂散光干扰、碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白干扰等。

低血流灌注(小信号水平)。光电二极管测量需要宽动态范围和低噪声增益的信号调理，以便捕捉脉搏事件。发射和接收路径需要具有高分辨率DAC的高质量、低噪声LED驱动电路和具有高分辨率ADC的高精度模拟前端电路。

运动和皮肤湿度。运动会引起伪像，这可以通过软件算法来解决，或者利用ADXL345等加速度计来检测并解决。

杂散光干扰。使用光电二极管来响应红光和红外光，它很容易受环境光干扰。因此，用于过滤出红光和红外光目标信号的算法非常重要，这意味着信号处理更加复杂。这种情况下，需要使用具有更高信号处理能力的DSP。

碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。一氧化碳(CO)很容易与血红蛋白结合，使血液变得更像红色HbO2，导致测得的SpO2值虚高。血红素基中的铁处于异常状态，无法携带氧（Fe3而不是Fe2），导致血红蛋白减少，SpO2读数虚低。使用更多波长可以提高精度，但这需要更高性能的数字处理DSP。处理时间至关重要。

脉搏血氧仪功能框图

ADI公司为脉搏血氧仪设计提供种类齐全的高性能线性、混合信号、MEMS和数字信号处理技术。我们的数据转换器、放大器、微控制器、数字信号处理器、RF收发器和电源管理产品以领先的设计工具、应用支持和系统经验作为后盾。