基于MSP430F149和nRF905的 無線血氧指夾的設(shè)計

0 引言
血氧飽和度可以反映病人的呼吸功能，并在一定程度上反映動脈血氧的變化，故在臨床監(jiān)護(hù)和家庭監(jiān)護(hù)中都具有重要意義。用常規(guī)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀監(jiān)護(hù)血氧飽和度時，通常用一個血氧指夾夾在手指端或者腳趾端來采集光電脈搏波信號，并通過一條線纜將信號傳到監(jiān)護(hù)設(shè)備進(jìn)行處理和計算。由于線纜的影響，病人往往不便翻身，而且線纜容易脫落，造成測量結(jié)果錯誤，嚴(yán)重危害病人的及時搶救。單模塊的血氧飽和度測量設(shè)備雖然便于攜帶，但由于其功耗較高，采用電池供電限制了監(jiān)護(hù)的持續(xù)時間：一般此類設(shè)備只能將監(jiān)護(hù)信息存儲在設(shè)備內(nèi)部，而無法把監(jiān)護(hù)信息及時發(fā)送出去，耽誤病人的搶救時間。為此，本文提出了一種基于射頻芯片nRF905和超低功耗單片機(jī)MSP430F149的血氧飽和度指夾的設(shè)計方法，旨在實(shí)現(xiàn)沒有線纜，超長時間監(jiān)護(hù)和及時發(fā)送監(jiān)護(hù)信息等監(jiān)護(hù)功能。

1 無創(chuàng)血氧飽和度測量原理
血氧飽和度(SpO2)是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。而功能性氧飽和度(SaO2)為HbO2濃度與HbO2+Hb濃度之比。因此，監(jiān)護(hù)中常用SaO2來估計SpO2的水平。SaO2的理論計算公式如下：

其測量方法一般以朗博一比爾定理為基礎(chǔ)，利用血液中不同成分的吸光率的不同，采用紅光和紅外光分別照射組織，并通過測量透射光的強(qiáng)度來計算血氧飽和度的值。其公式如下：

式中，△I'max為紅外光的交流分量的最大值，I'max為紅外光的直流分量的最大值，△Imax為紅光交流分量的最大值，Imax為紅光直流分量的最大值。本系統(tǒng)采用的是660 nm的紅光和940 nm的紅外光。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計
圖1所示是本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。本無線血氧指夾以MSP430F149微控制器為主控芯片，用單片機(jī)的I／O接口來驅(qū)動發(fā)光二極管。系統(tǒng)采用邁瑞公司生產(chǎn)的手指端血氧指夾，指夾的輸出量為電流信號，可用于反映透射光光強(qiáng)。該電流信號經(jīng)過電流一電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波等信號調(diào)理后，可轉(zhuǎn)換為脈搏波信號，最后由MSP430F149內(nèi)置的12位ADC采樣進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，并通過計算得到血氧飽和度值，將該值打包后由單片機(jī)發(fā)送到nRF905模塊，然后通過天線發(fā)送出去。

3 無創(chuàng)血氧指夾的硬件電路
3．1 信號采集和調(diào)理電路
本系統(tǒng)的信號采集使用邁瑞公司生產(chǎn)的ND78108494手指端血氧指夾，該指夾內(nèi)部有紅光和紅外光發(fā)光二極管各一個，采用反向?qū)拥姆绞竭M(jìn)行連接；另外有光敏二極管一個，可用以將光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電流強(qiáng)度。