基于DSP的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目：基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)院 系：電氣信息工程系專(zhuān) 業(yè)：電氣自動(dòng)化班 級(jí)：一班姓 名：王一民學(xué) 號(hào)：2006063001指導(dǎo)教師：盧智嘉2009年5月22日- 2 -基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)【摘要】新陳代謝是生物體內(nèi)全部有序化學(xué)變化的總稱(chēng)。它包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。能量代謝是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換。人體的能量代謝分為有氧代謝和無(wú)氧代謝，其中有氧代謝是主體。血氧飽和度是指動(dòng)脈血中與氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白容量的百分比. 傳統(tǒng)的血氧飽和度測(cè)量方法是對(duì)人體采血,再利用血?dú)夥治鰞x進(jìn)行電化學(xué)分析,測(cè)出氧

2、分壓,計(jì)算血氧飽和度. 這種方法雖然精確,但操作繁瑣,且不能進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè).衡量氧氣在血液中濃度的指標(biāo)是動(dòng)脈血氧飽和度。脈搏血氧測(cè)量?jī)x是目前測(cè)量動(dòng)脈血氧飽和度最有效的設(shè)備之一。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)dsp，它是一門(mén)與許多學(xué)科相關(guān)而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。本文利用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以芯片為核心處理單元實(shí)現(xiàn)了脈搏血氧飽和度的測(cè)量，可以有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜背景下血氧飽和度的準(zhǔn)確檢測(cè)。【關(guān)鍵詞】血氧飽和度 數(shù)字信號(hào)處理（dsp） 脈搏血氧測(cè)量?jī)x特性ithe training of lasting learning interest and power for college students in t

3、est teaching【abstract】metabolism is in organism the complete order chemical change general name. it includes material metabolism and energy metabolism two aspects. the energy metabolism is refers to between organism and the external environment the energy exchange. energy metabolism of human body di

4、vide into the oxygen metabolism and the lack of oxygen metabolism .main body is the oxygen metabolism. the measurement of oxygen saturation in blood has great significance in clinical and daily health care. this paper first analyses the measurement principle les and methods in detail. on the basis o

5、f comparison among various related pulse oxygen saturation in blood instruments, the weight oxygen in the blood the density target is the artery blood oxygen degree of saturation. the pulse blood oxygen measuring instrument is one of present survey artery blood oxygen degree of saturation most effec

6、tive equipment. the digital signal processing technology is called dsp, it is one related and widely applies with many disciplines in many domain emerging disciplines. this article used the digital signal processing technology to realize the pulse blood oxygen degree of saturation survey take the ch

7、ip as the core processing unit, might realize the complex background hemorrhaging oxygen degree of saturation accurate examination effectively.【key words】blood oxygen degree of saturation digital signal processing (dsp) pulse blood oxygen measuring instrument characteristic目 錄引言1一、緒論1（一）血氧飽和度的概念及其生理

8、意義1（二）脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷程2（三）脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的發(fā)展現(xiàn)狀與改進(jìn)方向2（四）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)3二、脈搏血氧飽和度的測(cè)量理論基礎(chǔ)3（一）脈搏血氧飽和度測(cè)量中的光學(xué)理論基礎(chǔ)3（二）生物組織的基本光學(xué)模型和紅外光譜的技術(shù)3三、基于的脈搏血氧儀的硬件電路的實(shí)現(xiàn)4（一）系統(tǒng)框圖4（二）tms32ofzo6的功能及控制電路分析5（三）血氧信號(hào)的產(chǎn)生及處理過(guò)程5（四）脈搏波信號(hào)的處理61. 基于dsp的脈搏血氧儀硬件電路提取的脈搏波62. 脈搏波的周期和幅度的計(jì)算63. 微分閥值法的改進(jìn)64采用自相關(guān)函數(shù)法對(duì)脈搏波信號(hào)的分析7四、脈搏血氧測(cè)量?jī)x的軟件設(shè)計(jì)及信號(hào)的處理方法7（一）tms3

9、20f206軟件設(shè)計(jì)方法7（二）基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的軟件設(shè)計(jì)8結(jié)論9參考文獻(xiàn)10致謝 11iii石家莊學(xué)院畢業(yè)論文引言現(xiàn)如今，在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和日常中老年保健中，脈搏的測(cè)量是一項(xiàng)基本的生命指標(biāo)，因而脈搏測(cè)量是最常見(jiàn)的生命特征的提取，而且氧氣在血液中的濃度具有重要生理意義，所以測(cè)量脈搏血氧飽和度就尤為重要，近年來(lái)脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x已經(jīng)在臨床實(shí)踐中得到了廣泛地應(yīng)用，成為一種不可缺少的臨床診斷設(shè)備。脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈搏血氧飽和度的測(cè)量，能夠使人們隨時(shí)隨地的對(duì)自己身體進(jìn)行檢查，及早的發(fā)現(xiàn)自己身體的疾病，提高人們保健意識(shí)有著深遠(yuǎn)的意義，尤其是對(duì)于關(guān)注老年人的身體狀況更為重要，在

10、有老齡化趨勢(shì)的中國(guó)，脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x更是有它實(shí)際的意義和廣大的市場(chǎng)價(jià)值，在科技高度發(fā)達(dá)的社會(huì)很有意義。一、緒論（一）血氧飽和度的概念及其生理意義新陳代謝是生命的基礎(chǔ)，有氧代謝是人體能量供應(yīng)的主體。人體的能量物質(zhì)經(jīng)過(guò)氧化分解，將它們所蘊(yùn)藏的化學(xué)能釋放出來(lái)給機(jī)體利用。人體吸入氧氣，在肺部的肺泡內(nèi)與毛細(xì)血管進(jìn)行氣體交換。氧分子和血紅蛋白分子能進(jìn)行可逆的結(jié)合，血紅蛋白是一種結(jié)合蛋白質(zhì)。血紅蛋白的功能是運(yùn)輸氧氣和二氧化碳以及對(duì)血液的酸堿度起緩沖作用。血紅蛋白由氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白組成。當(dāng)血液中氧分壓升高時(shí)，血紅蛋白與氧氣結(jié)合，形成氧合血紅蛋白，反之當(dāng)氧氣分壓降低時(shí)，形成還原血紅蛋白。所以氧氣分

11、壓越高，則氧合血紅蛋白在整個(gè)血紅白中的比例越高。人體內(nèi)的血液通過(guò)心臟的收縮和舒張脈動(dòng)地流過(guò)肺部，一定含量的還原血紅蛋白與肺泡中的氧氣結(jié)合變成了氧合血紅蛋白，而約的氧溶解在血漿里。這些氧通過(guò)動(dòng)脈系統(tǒng)一直到達(dá)毛細(xì)血管，然后將氧釋放，維持組織細(xì)胞的新陳代謝。血氧飽和度是氧合血紅蛋白在整個(gè)血紅蛋白所占的百分比。無(wú)損傷性血氧飽和度測(cè)量?jī)x的監(jiān)測(cè)非常有用，通過(guò)調(diào)整氧療，可避免對(duì)腦、肺、眼的損害?，F(xiàn)代脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x可按不同病情設(shè)置不同的報(bào)警限，任何因素所致的呼吸暫停、心率減慢或心率加快以及氧合改變均可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，是極有用的監(jiān)測(cè)醫(yī)療設(shè)備，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代科技的進(jìn)步，醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是要求連續(xù)

12、監(jiān)測(cè)各種生理參數(shù)，做到無(wú)創(chuàng)傷、穩(wěn)定、盡可能少的不適應(yīng)感和無(wú)過(guò)敏反應(yīng)，所以基于數(shù)字信號(hào)處理脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x就應(yīng)運(yùn)而生了。（二）脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷程對(duì)于脈搏血氧的測(cè)量最早的是在穿透血管的情況下進(jìn)行的，但對(duì)于緊急情況和新生兒特殊的情況就不太適用了。現(xiàn)代的脈搏血氧測(cè)量?jī)x是一種不需要穿透血管的情況下，連續(xù)測(cè)量人體內(nèi)動(dòng)脈血氧飽和度的光電測(cè)量?jī)x器。脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的發(fā)展己有很長(zhǎng)的歷史，有單片機(jī)，cmos影像傳感器和dsp的多種方法。基與傳統(tǒng)的pci單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x，以pic18c252單片機(jī)為核心的控制程序,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理算法和計(jì)算人體脈率和血氧飽和度的復(fù)雜算法,克服了測(cè)量信號(hào)的

13、漂移和噪聲干擾；基于cmos影像傳感器脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x用cmos傳感器陣列取代了傳統(tǒng)血氧儀中的光敏探測(cè),實(shí)現(xiàn)了血氧飽和度及脈搏波的無(wú)接觸測(cè)量。由于攝像頭不能夠有效屏蔽外界光源噪聲的干擾,所設(shè)計(jì)樣機(jī)較傳統(tǒng)的血氧儀測(cè)得的飽和度值偏低,誤差偏大；本文就是基于數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing，簡(jiǎn)稱(chēng)dsp)，并以芯片為核心處理單元為控制器來(lái)進(jìn)行脈搏血氧飽和度的測(cè)量。（三）脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的發(fā)展現(xiàn)狀與改進(jìn)方向國(guó)外的醫(yī)療水平相對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)有很大的差距，脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距更是大，在像美國(guó)等的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，在很早的時(shí)候就實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈搏血漿飽和度高技術(shù)含

14、量的測(cè)量，起步相對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)早，并且血氧飽和度是一項(xiàng)很重要的對(duì)身體衡量標(biāo)準(zhǔn)，像發(fā)達(dá)國(guó)家都很關(guān)注國(guó)民的身體素質(zhì)，更是關(guān)注老年人的身體狀況，所以對(duì)身體的檢測(cè)技術(shù)水平高，而在我國(guó)中醫(yī)較西方醫(yī)學(xué)來(lái)說(shuō)普及度高，因而對(duì)脈搏的測(cè)量還是比較傳統(tǒng)的中醫(yī)中的診脈，我國(guó)的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x技術(shù)起步晚，對(duì)于一些構(gòu)成脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的器件及技術(shù)我國(guó)的研究晚，技術(shù)還是不夠成熟，但是20世紀(jì)90年代以來(lái)，在我國(guó)隨著計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，芯片的應(yīng)用和技術(shù)也在不斷的發(fā)展和完善。在集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用芯片輔助分析和設(shè)計(jì)的電路已獲得廣泛的應(yīng)用，它可以進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，因而我國(guó)在脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x也取得了一些成果，能

15、夠獨(dú)立的設(shè)計(jì)高科技的測(cè)量?jī)x。我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用tms32ofzo6芯片為核心處理單元的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x，它利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和編程語(yǔ)言，并用硬件電路完成對(duì)血氧飽和度準(zhǔn)確的測(cè)量。 血液成份的變化可以引起血液對(duì)紅光紅外光吸收率的變化，進(jìn)而影響到血氧飽和度的測(cè)量值。例如在經(jīng)常吸煙的人的血液中一氧化碳合血紅蛋白的比率高于正常人，使得血氧飽和度的測(cè)量結(jié)果比實(shí)際值偏高，現(xiàn)有的算法并沒(méi)有考慮這方面的影響。現(xiàn)在使用的脈搏血氧測(cè)量?jī)x采用透射式傳感器。反射式傳感器與透射式傳感器相比，光束不需要貫穿組織，獲得的光信號(hào)比透射式傳感器強(qiáng)，信噪比高。在一的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，傳感器接收端接收到的光信號(hào)的交流成份和直流成份之

16、比，反射式傳感器和透射式傳感器沒(méi)有顯著的區(qū)別。采用特定幾何結(jié)構(gòu)的反射式傳感器可以在脈搏搏動(dòng)微弱的情況下獲得較強(qiáng)的信號(hào)，在一定程度上克服弱灌注現(xiàn)象。測(cè)量算法的改進(jìn)方向可以通過(guò)自適應(yīng)濾波算法，可以消除靜脈和毛細(xì)血管充盈所引起的誤差。（四）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing，簡(jiǎn)稱(chēng)dsp)，數(shù)字信號(hào)處理是將信號(hào)以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理與模擬信號(hào)處理是信號(hào)處理的子集。數(shù)字信號(hào)處理的目的是對(duì)真實(shí)世界的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或?yàn)V波。因此在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前需要將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字信號(hào)處理的輸出經(jīng)常也要

17、變換到模擬域，這是通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。本課題采用數(shù)字信號(hào)處理芯片作為血氧飽和度測(cè)量?jī)x的中央處理芯片，利用強(qiáng)大的運(yùn)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)血氧飽和度的準(zhǔn)確測(cè)量。數(shù)字信號(hào)處理，簡(jiǎn)稱(chēng)dsp已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理是利用專(zhuān)用處理器件，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理作為信號(hào)與信息處理的一個(gè)分支學(xué)科、己有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史。但它又是一個(gè)新興的、極富活力的學(xué)科，活躍在電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科的最前沿，滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)以及國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，起著越來(lái)越重要的作用。數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)是數(shù)字計(jì)算機(jī)

18、和算法。算法一旦建立，就要尋找合適的計(jì)算機(jī)來(lái)有效地實(shí)現(xiàn)它們。最開(kāi)始的目標(biāo)是在可以接受的時(shí)間內(nèi)對(duì)算法作仿真。隨后是將波形存儲(chǔ)起來(lái)，事后再加以處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和技術(shù)與器件的發(fā)展，這種仿真和脫機(jī)處理逐步演變成為實(shí)時(shí)處理。二、脈搏血氧飽和度的測(cè)量理論基礎(chǔ)（一）脈搏血氧飽和度測(cè)量中的光學(xué)理論基礎(chǔ)利用光學(xué)方法進(jìn)行生物組織的無(wú)損檢測(cè)目前有光譜學(xué)和光成像學(xué)等兩種方法，其基本原理是根據(jù)組織對(duì)光的固有特性，利用光在組織中傳播的效應(yīng)來(lái)獲取生物組織生理的、代謝的和結(jié)構(gòu)的有用信息，為臨床實(shí)踐和理論研究提供方便可靠的指標(biāo)。這種方法具有安全、可靠、連續(xù)及無(wú)損的特點(diǎn)，因而具有廣泛的研究和應(yīng)用前景。利用光譜學(xué)方法研究生物組

19、織最具有應(yīng)用意義的課題之一是監(jiān)測(cè)和評(píng)估人體組織氧化代謝能力。定量確定組織在紅光和近紅外光譜區(qū)的光學(xué)特性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有重要意義。（二）生物組織的基本光學(xué)模型和紅外光譜的技術(shù)方法我們知道每個(gè)實(shí)際物理問(wèn)題都應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)學(xué)模型，而且這個(gè)模型必須是可解的才有實(shí)際意義。當(dāng)前，組織光學(xué)中的基本問(wèn)題之一是要弄清可見(jiàn)光和近紅外光在生物組織體中的傳播特點(diǎn)和規(guī)律。這是因?yàn)?001300nm光譜區(qū)為“治療窗口”，對(duì)許多己知的和潛在的治療技術(shù)和光診斷技術(shù)具有特別意義。絕大多數(shù)生物組對(duì)可見(jiàn)和近紅外光呈現(xiàn)出不透明、混濁和高散射的特點(diǎn)，其原因在于生物組織復(fù)雜具體結(jié)構(gòu)。生物組織的固有本性決定了可以將其視作幾何形狀及物理參數(shù)從

20、與波長(zhǎng)比擬或細(xì)胞的尺度看來(lái)有隨機(jī)起伏的介質(zhì)，也就是一種不均勻尺度在微米量級(jí)或大一、兩個(gè)數(shù)量級(jí)的離散隨機(jī)介質(zhì)。對(duì)光學(xué)性質(zhì)而言，這里的“不均勻”描寫(xiě)的對(duì)象實(shí)際上就是折射率，而生物組織對(duì)光的強(qiáng)散射特性正是源于折射率在細(xì)胞尺度上的不均勻性。對(duì)實(shí)際的生物組織而言，要想用傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)理論來(lái)描寫(xiě)它的光學(xué)性質(zhì)是極其困難的，甚至是不可能的。即使己知生物組織折射率的所有細(xì)節(jié)，雖然解的存在性與唯一性不容置疑，但試圖通過(guò)數(shù)值求解麥克斯韋方程組來(lái)獲知光在生物組織中分布規(guī)律的努力尚無(wú)成功的希望。，研究表明水和細(xì)胞色素的收與氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸收相比可不計(jì)，由此看出，在近紅外雙波長(zhǎng)血紅蛋白的吸收比是組織血紅蛋白飽

21、和度的唯一函數(shù)值。三、基于的脈搏血氧儀的硬件電路的實(shí)現(xiàn)（一）系統(tǒng)框圖基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x由實(shí)時(shí)處理器tms32ofzo6dsp、光源驅(qū)動(dòng)器、光電傳感器、放大電路、a/d轉(zhuǎn)換、時(shí)序控制電路和液晶顯示、接口電路等部分組成。由于采用人的手指作為測(cè)量的部位，所以選用指套式光電傳感器。（二）tms32ofzo6的功能及控制電路分析dsp芯片選用tms320f206， tms320f206是一個(gè)定點(diǎn)、靜態(tài)coms數(shù)字信號(hào)處理器。它采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、具有片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲(chǔ)器及專(zhuān)用的運(yùn)算指令集，使得此器件使用靈活方便，它的特點(diǎn)單周期指令的執(zhí)行時(shí)間:50、35、或25ns，存儲(chǔ)器可尋址存儲(chǔ)空間22

22、4k字，tms32of206的存儲(chǔ)器分為4個(gè)單獨(dú)的可選擇的空間:程序空間、局部數(shù)據(jù)空間、全局?jǐn)?shù)據(jù)空間和1/0空間。（三）血氧信號(hào)的產(chǎn)生及處理過(guò)程紅光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路是由q1、q4、q6以及它們所連接的器件構(gòu)成。當(dāng)reddrv的信號(hào)為1時(shí)，q4導(dǎo)通，緊接著q6導(dǎo)通、q1導(dǎo)通。當(dāng)q1導(dǎo)通時(shí)，+5v提供的電流通過(guò)q1，通過(guò)p1的3腳進(jìn)入紅光發(fā)光二極管的正極。再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管的負(fù)極，通過(guò)pl的2腳到q6，再經(jīng)過(guò)r26到地。紅外光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路是由q2、q5、q3以及它們所連接的器件構(gòu)成。當(dāng)irdrv的信號(hào)為1時(shí)，q3導(dǎo)通，緊接著q5導(dǎo)通、q2導(dǎo)通。當(dāng)q2導(dǎo)通時(shí)，+5v提供的電流通過(guò)q2，通過(guò)p1

23、的2腳進(jìn)入紅光發(fā)光二極管的正極。再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管的負(fù)極，通過(guò)p1的3腳到q5，再經(jīng)過(guò)r25到地。再由放大電路將光電二極管的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓，通過(guò)一個(gè)電容過(guò)濾掉信號(hào)中的直流部分，由dsp決定適當(dāng)?shù)男盘?hào)放大倍數(shù)，將控制值送入d/a中，d/a的輸出連接到由運(yùn)算放大器構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路的輸出通過(guò)積分與濾波電路，最后信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。（四）脈搏波信號(hào)的處理1基于dsp的脈搏血氧儀硬件電路提取的脈搏波基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x硬件電路提取的脈搏波信號(hào)如下圖對(duì)于硬件電路提取的脈搏波信號(hào)，需要進(jìn)一步的濾波處理。軟件對(duì)硬件電路提取的脈搏波信號(hào)做低通濾波后的得到的脈搏波波形圖。2脈搏波的周期和幅度的

24、計(jì)算由于脈搏波是一種以低頻成分為主的生理信號(hào)，不同于心電信號(hào)中有一個(gè)頻率相對(duì)比較高的qrs波群，加之受生理狀態(tài)、個(gè)體差異和傳感檢測(cè)手段等因素的影響，脈搏波信號(hào)在形態(tài)上往往差異很大，而且常常伴隨著比較大的基線(xiàn)漂移和噪聲干擾。如何對(duì)脈搏波進(jìn)行有效的處理，準(zhǔn)確識(shí)別脈搏波以正確劃分脈搏波周期，并在相應(yīng)周期內(nèi)提取脈搏波峰峰值，是計(jì)算血氧飽和度的基礎(chǔ)。微分閥值法是常用于脈搏波波形檢測(cè)的一種方法，這種方法利用脈搏波形態(tài)上具有陡峭上升沿的特點(diǎn)，通過(guò)微分運(yùn)算將其突出出來(lái)，脈搏波的峰峰值便很容易確定了。3微分閥值法的改進(jìn)通常用于檢測(cè)的部位(指尖)位于外周血液循環(huán)中，血管對(duì)脈搏波有較強(qiáng)的平滑作用，特別當(dāng)被測(cè)量者的脈

25、動(dòng)較弱時(shí)，脈搏波的幅度和上升沿的陡峭程度明顯降低了，使得微分值法的抗干擾能力變得很差，經(jīng)常出現(xiàn)誤檢或漏檢。另外脈搏波中總包含有一個(gè)重搏波(它是心室射血后，動(dòng)脈瓣關(guān)閉，回流血液沖擊動(dòng)脈瓣造成的回波)，重搏波的大小取決于血管的生理特性、血液的流動(dòng)特性等，個(gè)體差異很大。有些測(cè)量者的重搏波明顯，微分運(yùn)算后亦被突出而導(dǎo)致誤檢。在微分閥值法中，脈搏波中較強(qiáng)的突變干擾信號(hào)會(huì)引起很大的微分值，使得閥值被抬高而在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法回調(diào)，造成脈搏波漏檢，并影響血氧飽和度計(jì)算的連續(xù)性。為解決這些問(wèn)題，需對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)。4采用自相關(guān)函數(shù)法對(duì)脈搏波信號(hào)的分析噪聲的自相關(guān)如果對(duì)純的無(wú)限帶寬的白噪聲做理想的(記錄長(zhǎng)度趨于無(wú)窮大的

26、)自相關(guān)，結(jié)果得到在時(shí)差t=0處的函數(shù)。這個(gè)結(jié)果的物理意義是:只有在同一時(shí)刻，噪聲是自己像自己，不同時(shí)刻的噪聲彼此互不相關(guān)。由上面的討論可知，周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)隨著:的增大呈現(xiàn)出周期性，而機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)隨t的增大迅速降為0。依據(jù)這一現(xiàn)象，就可以用自相關(guān)來(lái)被噪聲信號(hào)所淹沒(méi)的周期性脈搏波信號(hào)。設(shè)信號(hào)v(n)包括周期信號(hào)s(n)，當(dāng)記錄長(zhǎng)度足夠大時(shí)，隨著時(shí)差的增大，對(duì)于淹沒(méi)在噪聲信號(hào)的周期信號(hào)作自相關(guān)，就可以從自相關(guān)函數(shù)的周期得信號(hào)的周期，記錄運(yùn)算長(zhǎng)度n越長(zhǎng)，這個(gè)方法的精度也就越高。用互相關(guān)估計(jì)噪聲中的周期信號(hào)，可采用樣板信號(hào)的估計(jì)方法和沖激序列的估計(jì)方法。由于我們無(wú)法得到一個(gè)人脈搏波信號(hào)的樣

27、板信號(hào)，可采用沖激序列的估計(jì)方法。對(duì)于包含周期信號(hào)s(n)和噪聲q(n)的信號(hào)v(n)，可以由v(n)的自相關(guān)得到信號(hào)s(n)的周期;再用同樣周期的沖激序列與v(n)作互相關(guān)，得到對(duì)信號(hào)的估計(jì)。設(shè)我們采用自相關(guān)方法得到了信號(hào)的周期為m點(diǎn)，我們采用周期為m的沖激序列與v(n)作自相關(guān)。自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算需要大量的乘法運(yùn)算。由于血氧測(cè)量?jī)x采用的是16位定點(diǎn)dsp，兩個(gè)16位數(shù)據(jù)相乘很容易發(fā)生溢出，如果為防止溢出而采用浮點(diǎn)運(yùn)，在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)必須將浮點(diǎn)運(yùn)算通過(guò)一定方式轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)的整數(shù)運(yùn)算，而這樣做將大量消耗dsp的運(yùn)算時(shí)間。這在實(shí)時(shí)處理時(shí)是無(wú)法忍受的，所以在定點(diǎn)dsp中直接采用自相關(guān)函數(shù)法進(jìn)行脈搏波的處理

28、不是最佳的選擇。四、脈搏血氧測(cè)量?jī)x的軟件設(shè)計(jì)（一）tms320f206 dsp 軟件設(shè)計(jì)方法芯片的開(kāi)發(fā)需要一整套完整的軟硬件開(kāi)發(fā)工具。開(kāi)發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩大類(lèi)。代碼生成工具的作用是將匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序編譯匯編并鏈接成為可執(zhí)行的程序。代碼調(diào)試工具的作用則是對(duì)程序及系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使之能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。代碼生成工具是指將用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的目標(biāo)程序。芯片目標(biāo)代碼的工具程序，主要包括匯編器、鏈接器和編譯器，此外還有一些輔助工具程序，匯編器的作用是將匯編語(yǔ)言源文件編譯為機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)文件，鏈接器的作用是將目標(biāo)文件組合成一個(gè)可執(zhí)行目標(biāo)模塊，編譯器的作用是將目標(biāo)模塊變成一

29、個(gè)極其可執(zhí)行的目標(biāo)程序。代碼生成工具是指將用高級(jí)語(yǔ)言(如c語(yǔ)言)、匯編語(yǔ)言或用兩種語(yǔ)言混合編寫(xiě)的dsp程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的dsp芯片目標(biāo)代碼的工具程序，主要包括匯編器、鏈接器和c編譯器，此外還有一些輔助工具程序，如庫(kù)生成和文檔管理程序等。代碼生成工具程序主要包括以下幾種類(lèi)型的程序:(1)編譯器(2)匯編器和鏈接器(3)輔助程序，如文檔管理程序和代碼格式轉(zhuǎn)換程序等(4)庫(kù)文件(5)rts(runtimesupport)頭文件宏匯編器和鏈接器是一種將匯編語(yǔ)言源文件轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行目標(biāo)代碼的代碼生成工具。其主要特點(diǎn)包括:宏和庫(kù)函數(shù)支持允許條件編譯支持可重定位模塊具有完整的錯(cuò)誤診斷功能符號(hào)表和交叉參匯編器的

30、作用是將匯編語(yǔ)言源文件編譯為機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)文件。源文件可以包含指令、匯編器命令和宏命令。鏈接器的作用是將目標(biāo)文件組合成一個(gè)可執(zhí)行目標(biāo)模塊。在生成可執(zhí)行模塊的過(guò)程中，鏈接器進(jìn)行重定位操作并處理外部引用符號(hào)。鏈接器輸入的文件采用coff目標(biāo)文件格式。鏈接器的主要功能包括:定義一個(gè)與目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)器相符的存儲(chǔ)器模式組合目標(biāo)文件塊程序的存儲(chǔ)器定位定義和重定義全局符號(hào)以分配特定的值處理輸入文件之間的未定義外部符號(hào)（二）基于dsp的脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x的軟件設(shè)計(jì)為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，采用tms320f206芯片代替以往的單片機(jī)，利用強(qiáng)大的運(yùn)算，主程序設(shè)計(jì)采用一個(gè)順序執(zhí)行的主程序來(lái)完成系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)

31、整、數(shù)字濾波、脈搏血氧值和脈率的計(jì)算。定時(shí)中斷程序的設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷程序來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集和初步處理，將結(jié)果放入存儲(chǔ)單元，供主程序進(jìn)一步處理時(shí)使用。c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)dsp的方法就軟件開(kāi)發(fā)而言，用dsp芯片的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序是一件比較繁雜的事情。一般說(shuō)來(lái)，不同公司的dsp芯片所提供的匯編語(yǔ)言是各不相同的，用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)基于某種dsp芯片的產(chǎn)品的周期都相對(duì)較長(zhǎng)。開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)dsp程序之前首先必須熟悉這種dsp芯片的匯編語(yǔ)言，而一旦產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完畢，回過(guò)頭來(lái)再對(duì)軟件進(jìn)行修改、升級(jí)將是非常困難的，這是因?yàn)閰R編語(yǔ)言的可讀性和可移植性相對(duì)來(lái)說(shuō)較差。基于上述原因，各個(gè)dsp芯片公司都相繼推出了相應(yīng)的高級(jí)語(yǔ)言(如c語(yǔ)言)編譯器，使得dsp芯片的軟件可以直接用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)而成，從而使dsp芯片的開(kāi)發(fā)速度大大提高，也使程序的修改和移植變得十分方便。結(jié)論近年來(lái)脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x已經(jīng)在臨床實(shí)踐中得到了廣泛地應(yīng)用，成為一種不可缺少的臨床診斷設(shè)備。血氧飽和度的測(cè)量是一個(gè)重點(diǎn)課題，可以用多種方法實(shí)現(xiàn)?；跀?shù)字信號(hào)處理（dsp）的脈搏血氧測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)的發(fā)展處于不成熟階段?；诘拿}