基于藍牙技術(shù)的脈搏血氧儀設計

王勇

摘 要 本文介紹了應用藍牙無線技術(shù)設計的便攜式脈搏血氧儀設計，采用最新型、低功耗的STM32芯片和數(shù)字光頻器件設計高效穩(wěn)定的脈搏血氧飽和度測量電路，構(gòu)建藍牙通信網(wǎng)絡解決患者行動上的不便，為家庭監(jiān)護、遠程醫(yī)療等創(chuàng)造條件。

【關鍵詞】血氧儀 STM32 藍牙

血氧飽和度（SpO2）和脈搏是重要的生理參數(shù)之一，相關的測量設備已經(jīng)在臨床上得到了廣泛的應用。不僅某些重癥病人需要血氧監(jiān)測，同時健康者也可能成為監(jiān)護對象，通過對健康者的生理參數(shù)進行監(jiān)護，使用者可以隨時了解自身的身體狀況，有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和及時治療。傳統(tǒng)的血氧監(jiān)測設備采用導線連接，臥床監(jiān)護，給病人帶來很大的不便，已經(jīng)越來越不能適應當今醫(yī)療監(jiān)護需求。

隨著醫(yī)療事業(yè)和信息技術(shù)的不斷進步，可穿戴醫(yī)療設備是未來發(fā)展的趨勢。藍牙技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)，工作頻帶為全球統(tǒng)一開發(fā)的2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)學（ISM）頻段，其具有低成本、低功耗、高速率、抗干擾和接口靈活等特點，近年來迅速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應用于高端醫(yī)療設備中。

本文提出的血氧飽和度和脈搏測試儀采用藍牙技術(shù)進行血氧飽和度和脈搏信號的無線傳輸，給患者帶來行動上的便利，也可以廣泛應用到家庭監(jiān)護、遠程醫(yī)療中。

1 血氧飽和度測量原理

血氧飽和度測量是基于動脈血液對光的吸收量隨動脈搏動而變化的原理。由于血液中不同成分對同一種光線的吸收率各不相同，通過測量穿過血液的不同光線的衰減程度換算出血液中不同成分的含量。

根據(jù)Lambert- Beer 定律，在實際測量中采用2路不同波長的單色光對手指組織同時照射，只要測定兩路透射光最大光強以及由于脈搏搏動而引起透射光強的最大變化量，可以得到血型飽和度的計算公式為：

其中A和B在一定傳感器結(jié)構(gòu)和生理條件下的系數(shù)，可以通過對實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析來確定。

根據(jù)文獻報道，血液在波長660nm附近和900nm附近反射之比最敏感地反映出血氧飽和度的變化，所以本文中選用660nm紅光和905nm紅外光，測出其透過手指后的光強和變化量，根據(jù)（1）式計算血氧飽和度。

2 硬件系統(tǒng)設計

本文設計的血氧飽和度測試儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)采用模擬光接收管，A/D采集電路等硬件電路復雜、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差、不宜集成小型化等。本系統(tǒng)直接采用光頻轉(zhuǎn)換器將光強信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號，電路簡單，穩(wěn)定性高，系統(tǒng)主要由光源、光接收管、時序控制電路、光頻轉(zhuǎn)換器、32位微控制器、存儲器、實時時鐘、OLED顯示電路和藍牙電路等組成。

2.1 STM32微控制器

本設計采用的是意法半導體公司生產(chǎn)的STM32F103C8T6微控制器，該芯片采用低功耗設計，2.0至3.6V供電，片內(nèi)集成7個定時器，9個通信接口，26個快速I/O口等，非常適合設計低功耗、微型化的產(chǎn)品。設計中采用了中斷優(yōu)先級優(yōu)化，大大提高軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，

2.2 時序控制電路

時序控制電路的任務是在微控制器控制下依照一定時序依次產(chǎn)生紅光、紅外光和暗光三種工作狀態(tài)。應用STM32微控制器中三個通用I/O輸出數(shù)字控制信號，通過模擬開關驅(qū)動光源。

3 測試與結(jié)果

血氧飽和度的臨床應用范圍大約在50%～100%之間，成人正常值不低于94%。應用美國Fluke公司的Index 2XL系列血氧飽和度模擬儀產(chǎn)生動脈血氧模擬測試信號輸入到測試儀中，記錄顯示的血氧飽和度值，多次重復測量，檢測該測試儀的準確度。

通過在不同脈率下多次測量取平均值的方法對測試結(jié)果進行分析。表1給出六個點處的血氧飽和度的測量值和誤差范圍在±2%，達到實際應用需求。

4 結(jié)束語

本文應用最新型超低功耗的STM32芯片和藍牙芯片，實現(xiàn)支持藍牙通信的指壓式脈搏血氧儀，外觀小巧，簡單實用，可廣泛應用到家庭監(jiān)護、遠程醫(yī)療中。

參考文獻

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作者單位

北京信息科技大學信息與通信工程學院 北京市 100101endprint