基于MSP430F149和nRF905的無(wú)線(xiàn)血氧指夾的設計與實(shí)現

　　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(dòng)脈血氧的變化，故在臨床監護和家庭監護中都具有重要意義。用常規多參數監護儀監護血氧飽和度時(shí)，通常用一個(gè)血氧指夾夾在手指端或者腳趾端來(lái)采集光電脈搏波信號，并通過(guò)一條線(xiàn)纜將信號傳到監護設備進(jìn)行處理和計算。由于線(xiàn)纜的影響，病人往往不便翻身，而且線(xiàn)纜容易脫落，造成測量結果錯誤，嚴重危害病人的及時(shí)搶救。單模塊的血氧飽和度測量設備雖然便于攜帶，但由于其功耗較高，采用電池供電限制了監護的持續時(shí)間：一般此類(lèi)設備只能將監護信息存儲在設備內部，而無(wú)法把監護信息及時(shí)發(fā)送出去，耽誤病人的搶救時(shí)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MSP430F149的血氧飽和度指夾的設計方法，旨在實(shí)現沒(méi)有線(xiàn)纜，超長(cháng)時(shí)間監護和及時(shí)發(fā)送監護信息等監護功能。

　　1 無(wú)創(chuàng )血氧飽和度測量原理

　　血氧飽和度（SpO2）是血液中被氧結合的氧合血紅蛋白（HbO2）的容量占全部可結合的血紅蛋白（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。而功能性氧飽和度（SaO2）為HbO2濃度與HbO2+Hb濃度之比。因此，監護中常用SaO2來(lái)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，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(guò)測量透射光的強度來(lái)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。本系統采用的是660 nm的紅光和940 nm的紅外光。

　　2 系統總體設計

　　圖1所示是本系統的總體結構框圖。本無(wú)線(xiàn)血氧指夾以MSP430F149微控制器為主控芯片，用單片機的I／O接口來(lái)驅動(dòng)發(fā)光二極管。系統采用邁瑞公司生產(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。該電流信號經(jīng)過(guò)電流一電壓轉換、放大、濾波等信號調理后，可轉換為脈搏波信號，最后由MSP430F149內置的12位ADC采樣進(jìn)入單片機進(jìn)行處理，并通過(guò)計算得到血氧飽和度值，將該值打包后由單片機發(fā)送到nRF905模塊，然后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。

　　3 無(wú)創(chuàng )血氧指夾的硬件電路

　　3.1 信號采集和調理電路

　　本系統的信號采集使用邁瑞公司生產(chǎn)的ND78108494手指端血氧指夾，該指夾內部有紅光和紅外光發(fā)光二極管各一個(gè)，采用反向對接的方式進(jìn)行連接；另外有光敏二極管一個(gè)，可用以將光強轉化為電流強度。

　　信號調理電路包括電流一電壓轉換電路、放大電路、濾波電路和電壓范圍調整電路共4部分，輸出是較為光滑的脈搏波信號。其中電流一電壓轉換和放大電路如圖2所示，圖3所示是其濾波和電壓調整電路。