一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療電子中的光電式脈搏心率測量裝置，具體為一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集裝置。
【背景技術】
[0002]無創(chuàng)傷監(jiān)護技術是未來醫(yī)學工程發(fā)展的重要方向，而人體脈搏信號中含有豐富的生理信息，也逐漸引起了臨床醫(yī)生的很大興趣。傳統(tǒng)的脈搏測量方法主要有三種:一是從心電信號中提?。欢菑臏y量血壓時壓力傳感器檢測到的波動來計算脈搏心率；三是光電容積法。前兩種方法提取信號都會限制被測者的活動，如果長時間使用會增加被測者生理和心理上的不舒適感。而光電容積法脈搏測量作為監(jiān)護測量中最普遍的方法之一，其具有方法簡單、佩戴方便、可靠性高等特點。光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量的。當光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致光束的透光率發(fā)生改變，此時由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉變?yōu)殡娦盘柌⑵浞糯蠛洼敵?。由于脈搏是隨心臟的周期搏動而周期性變化的信號，脈動血管容積也周期性變化，因此，光電變換器的電信號變化周期就是脈搏。通過采集相鄰兩個脈搏信號峰值的時間差即可換算得到心率。
[0003]但由于在光電容積法測量過程中存在重搏波，對測量結果造成干擾導致心率測量結果不準確。目前為了去除重搏波的影響，現(xiàn)有的算法都是在測量一個脈搏峰值之后，延時一段時間測量下一個脈搏峰值，通過延時過程去掉重搏波的影響。但由于人體每兩次脈搏之間的時間間隔都不是一樣的，導致重搏波在脈搏峰值之后的時間也不一樣，這時通過延遲方法去掉脈搏波就不準確。現(xiàn)有光電容積法工作過程:通過發(fā)光二極管發(fā)出光束，照射到人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致光束透光率發(fā)生改變，通過光接收器接收經(jīng)人體組織反射的光線并轉變?yōu)殡娦盘枺娦盘栐儆煞糯笃鞣糯筝敵?。電路輸出只是將脈搏信號轉換為電信號，沒有將重搏波濾除，需要使用者通過程序處理，這給心率的測量帶來難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集裝置，該裝置提出一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集電路，通過調(diào)整輸出門限，濾掉重搏波的干擾，獲得準確地脈搏心率。由于通過設定重搏波門限，將重搏波干擾信號通過硬件濾掉，方便采樣單片機程序處理。同時由于每一次濾除重搏波門限值都不是固定的，而是根據(jù)采樣峰值電壓變化而變化的，因此即濾除了重搏波的干擾，又不會漏掉正常脈搏波的米集。提尚了電路測量精度尚。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集裝置，所述裝置由殼體及其電路組成，該電路包括發(fā)光LED、光接收電路、低通濾波電路、運算放大電路、輸出門限可變電路；發(fā)光LED采用峰值波長為515nm的綠光LED，適合反應皮膚淺部微動脈信息，適合用來提取脈搏信號；光接收器電路由APDS-9300及其外圍電路組成；通濾波電路由RC濾波電路組成；運算放大電路采用LMC6001，將毫伏級的信號放大到3V ;輸出門限可變電路實現(xiàn)輸出信號的控制；輸出門限可變電路由分壓電阻、程控電阻、比較器和電子開關組成；程控電阻采用X9C103，比較器采用0PA2333，電子開關采用單路雙向模擬開關采用SGM3157 ;分壓電阻與程控電阻組成分壓電路，程控電阻的分壓電壓作為可變門限閾值輸出到比較器的負端；運算放大器輸出信號輸出到比較器的正端，同時運算放大器輸出信號也輸出到電子開關的Pl端；當運算放大器輸出信號大于程控電阻的分壓電壓時，比較器輸出為正，使得電子開關的P3端與pi端相連，信號輸出為脈搏波放大后的電壓信號；當運算放大器輸出信號小于程控電阻的分壓電壓時，比較器輸出為零，使得電子開關的P3端與p2端相連，信號輸出為零。
[0006]所述的一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集裝置，所述電路峰值電壓的三分之一作為閾值電壓，通過控制端將本電路輸出門限設置到該閾值電壓。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明能夠?qū)崟r監(jiān)測人體組織在血管搏動時引起的電壓波動信號，能夠有效的去除重搏波引起的干擾。由于不同人的人體組織對傳感器反應不同，或同一個人由于佩戴傳感器的位置不同造成的脈搏波波動引起的電壓波動信號強弱不同，本發(fā)明提出了一種具有輸出門限可變的光電反射式脈搏心率采集電路，通過設定重搏波門限，將重搏波干擾信號通過硬件濾掉，方便采樣單片機程序處理。由于每一次濾除重搏波門限值都不是固定的，而是根據(jù)采樣峰值電壓變化而變化的，因此即濾除了重搏波的干擾，又不會漏掉正常脈搏波的采集。
[0008]本發(fā)明得到創(chuàng)新改進后的脈搏心率檢測設備的準確度和穩(wěn)定性指標，大大優(yōu)于國際標準化組織ISO和國內(nèi)行業(yè)標準指標，其具體有益效果可以體現(xiàn)在以下醫(yī)學測量指標參數(shù)的改進:(I)同一個人，佩戴傳感器位置變化后，計算得出的心率值與真實心率值誤差在正負3次/分鐘；(2)不同的人，由于人體組織對傳感器反應不同，計算得出的心率值與真實心率值誤差在正負3次/分鐘。因此本發(fā)明能夠大幅提高心率非接觸式測量的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0009]圖1為光電容積法測量脈搏波的波形示意圖；
圖2為本發(fā)明電路框架示意圖；
圖3為本發(fā)明輸出門限可變電路示意圖。
[0010]圖中參數(shù):1為正常脈搏波電壓波形，2為重搏波電壓波形，Rl為分壓電阻，Ul為程控電阻，U2為比較器，U3為電子開關。
【具體實施方式】
[0011 ] 本發(fā)明由于重搏波的幅度和引起它的脈搏波的幅度成正比關系，因此本發(fā)明在電路處理上增加了門限比較電路，通過外部單片機控制比較器輸出門限閾值，可以將重搏波直接濾掉。首先外部單片機讀取到正常脈搏波峰值電壓，根據(jù)峰值電壓的三分之一作為閾值電壓，通過控制端將本發(fā)明電路輸出門限設置到該閾值電壓。這樣當電路采樣電壓低于此閾值電壓時，電路不輸出信號。這樣就可以濾掉重搏波的干擾。只有當真正的脈搏波電壓上升過程中超過這個閾值電壓，電路才有輸出，這是外部單片機可以通過連續(xù)采樣獲得新的正常脈搏波峰值電壓。然后在根據(jù)這個新的正常脈搏波峰值電壓的三分之一作為新的閾值電壓，作為下一次重搏波過濾門限。
[0012]本發(fā)明電路包括發(fā)光LED、光接收電路、低通濾波電路、運算放大電路、輸出門限可變電路。發(fā)光LED發(fā)出光束，照射到人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致光束透光率發(fā)生改變，通過光接收器接收經(jīng)人體組織反射的光線并轉變?yōu)殡娦盘枺娦盘栐儆煞糯笃鞣糯?，輸入到輸出門限可變電路的輸入端。輸出門限可變電路可以根據(jù)外部單片機的設置輸出門限來輸出信號。所述發(fā)光LED采用峰值波長為515nm的綠光LED，適合反應皮膚淺部微動脈信息，適合用來提取脈搏信號，型號為AM2520。所述光接收器電路由APDS-9300及其外圍電路組成，負責將脈搏反射的光信號轉換為電信號。APDS-9300感受峰值波長為550nm，與所述LED發(fā)光二極峰值波長相近適合提取脈搏反射的光信號。所述低通濾波電路由RC濾波電路組成，負責將脈搏頻帶外的噪聲濾掉。由于脈搏信號的頻帶在0.05-200HZ之間，因此低通濾波電路截止頻率為200Hz。所述運算放大電路采用LMC6001，將毫伏級的信號放大到3V左右，方便單片機進行AD采集。所述輸出門限可變電路實現(xiàn)輸出信號的控制。當運算放大電路輸出信號小于外部單片機設置的門限值時，該電路路輸出線號一直為零。當運算放大電路輸出信號大于外部單片機設置的門限值時，則將運算放大電路輸出信號輸出。由于這里可以設置輸出門限，所以當重搏波的波動過程都小于輸出門限時，本電路輸出信號為零，實現(xiàn)了通過門限電壓來濾除重搏波的目的。
[0013]進一步，所述輸出門限可變電路由分壓電阻、程控電阻、比較器和電子開關組成。所述程控電阻采用X9C103，所述比較器采用0PA2333，所述電子開關采用單路雙向模擬開關采用SGM3157。分壓電阻與程控電阻組