０引言
      血氧飽和度即血氧濃度，是血液中氧合血紅蛋白占全部可結(jié)合血紅蛋白容量的百分比，是人體呼吸循環(huán)的重要參數(shù)。臨床應(yīng)用表明，及時(shí)評(píng)價(jià)血氧飽和狀態(tài)，了解肌體氧合功能，可提高病人安全性。脈搏血氧儀因其能夠無創(chuàng)的、快速測量動(dòng)脈血液的氧飽和度廣泛應(yīng)用于手術(shù)室、急救室、ＩＣＵ等多種場所。保證脈搏血氧飽和度監(jiān)測儀輸出參數(shù)的準(zhǔn)確性及有效使用，需要及時(shí)對表征血氧飽和度監(jiān)測儀性能的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)量檢測，因此研制一種脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置具有十分重要的意義。本文針對目前使用最為廣泛的雙光束投射式脈搏血氧儀提出一種基于生物組織光學(xué)特性的光傳輸模型，進(jìn)而設(shè)計(jì)一種脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置。依據(jù)ＪＪＦ１５４２－２０１５《血氧飽和度模擬儀校驗(yàn)規(guī)范》測試，采用該方法設(shè)計(jì)的脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、示值準(zhǔn)確、病理狀態(tài)模擬性能良好的特點(diǎn)。
 
１投射式脈搏血氧飽和度測量原理
      動(dòng)脈血液厚度隨著動(dòng)脈搏動(dòng)發(fā)生周期性變化，利用該特性并結(jié)合朗伯比爾定律可知穿過動(dòng)脈血液的光源光程受動(dòng)脈搏動(dòng)發(fā)生改變，進(jìn)而影響光的吸收程度。采用動(dòng)態(tài)光譜法即單個(gè)波長光對單個(gè)光電脈搏波周期上的吸光度幅值構(gòu)成的光譜圖像能夠?qū)崿F(xiàn)血液成分無創(chuàng)測量。脈搏血氧儀通常采用該方法進(jìn)行測定，根據(jù)常見血紅蛋白對不同波長光的消光系數(shù)圖譜，通常選擇波長６６０ｎｍ紅光和波長９４０ｎｍ近紅外光作為測量雙光束，通過人體組織吸收比率而計(jì)算人體動(dòng)脈血氧飽和度。當(dāng)紅光和近紅外光通過脈動(dòng)血管組織時(shí)，透射光分為直流成分和交流成分。兩個(gè)波長的光吸收比率可以由式（１）計(jì)算：Ｒ＝ＡＣ６６０／ＤＣ６６０／ＡＣ９４０／ＤＣ９４０（１）
其中，直流成分又稱非脈動(dòng)部分，其反映皮膚、骨骼、靜脈血氧、非脈動(dòng)動(dòng)脈血液等的吸光效應(yīng)，基本保持不變。交流成分又稱脈動(dòng)部分，反映的是脈動(dòng)血氧吸光效應(yīng)，其發(fā)生周期性變化。
 
２系統(tǒng)硬件組成
      研制的儀器校驗(yàn)裝置主要由處理控制器和模擬手指組成，控制器主要包括顯示屏和模擬設(shè)置旋鈕等，通過模擬設(shè)置按鈕能夠快速選定標(biāo)定曲線和設(shè)置模擬值，模擬手指包含光檢測電路和光源驅(qū)動(dòng)電路，具體如圖１、圖２所示。依據(jù)測量原理，根據(jù)Ｒ值可以計(jì)算得到血氧飽和度值，而往往各廠家具有各自的標(biāo)定曲線。項(xiàng)目研制的儀器校驗(yàn)裝置集成了ＮＥＣＣＯＬＬＯＲ、ＢＣＩ和ＭＡＳＩＭＯ三條曲線，基本覆蓋了市場上的主流產(chǎn)品，同時(shí)開放了自定義標(biāo)定曲線功能。
 
３關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)
      模擬手指是脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置的關(guān)鍵硬件，主要用于準(zhǔn)確模擬人體手指的吸光作用。其工作過程為采集脈搏血氧儀發(fā)射的周期性紅光、紅外光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)過放大和濾波后通過接口輸出至處理控制器，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的血氧飽和度、脈搏強(qiáng)度和脈率參數(shù)值進(jìn)行調(diào)制計(jì)算，其后輸出經(jīng)過模擬手指包絡(luò)后的調(diào)制光脈沖信號(hào)，光脈沖信號(hào)調(diào)制公式如下：由測量原理可知，光信號(hào)的準(zhǔn)確檢測與輸出是儀器校驗(yàn)裝置性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。為保證模擬手指的透光性和光干擾屏蔽，手指兩端設(shè)計(jì)了保證透光完整性的高性能透光膜，同時(shí)為防止入射光源對發(fā)射光的干擾，光電檢測電路與光源驅(qū)動(dòng)電路之間設(shè)置有遮光板，模擬手指具體結(jié)構(gòu)如圖３所示。光源驅(qū)動(dòng)電路主要用于實(shí)現(xiàn)發(fā)生包絡(luò)后的光電信號(hào)，其具體電路如圖４所示，主要由紅光ＲＬＥＤ、紅外光ＩＲＬＥＤ、電阻Ｒ３－Ｒ６、三極管Ｑ１和Ｑ２組成，其中紅光ＲＬＥＤ和紅外光ＩＲＬＥＤ的正極與３.３Ｖ電源連接，紅光ＲＬＥＤ的負(fù)極經(jīng)電阻Ｒ４與三極管Ｑ１的集電極連接，接口Ｅ１接收來自調(diào)制光脈沖信號(hào)中的紅光脈沖信號(hào)，Ｅ２接收來自調(diào)制光脈沖信號(hào)的紅外光脈沖信號(hào)，進(jìn)而形成紅光脈沖信號(hào)和紅外光脈沖信號(hào)為波形結(jié)構(gòu)的矩形波，兩者延時(shí)了１／２個(gè)周期。
 
４實(shí)驗(yàn)與分析
      研制的脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置調(diào)試完成后，使用血氧飽和度模擬儀校驗(yàn)裝置進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，選?。危牛蹋蹋茫希仪€，依據(jù)ＪＪＦ１５４２－２０１５《血氧飽和度模擬儀校驗(yàn)規(guī)范》依次測量血氧飽和度值及脈率值，其中血氧飽和度選擇測量點(diǎn)為７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、１００％，脈率值選擇測量點(diǎn)為３０次／分、６０次／分、９０次／分、１２０次／分、１８０次／分、２４０次／分，每個(gè)測量點(diǎn)連續(xù)測量１０次后取其平均值作為測量值，具體測試數(shù)據(jù)如表１、表２所示。試驗(yàn)表明，依據(jù)ＪＪＦ１５４２－２０１５《血氧飽和度模擬儀校驗(yàn)規(guī)范》測試，研制的脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置血氧飽和度示值誤差１％、脈率示值誤差為０次／分，性能大大優(yōu)于規(guī)范要求。
 
5 結(jié)論
      本文針對目前使用最為廣泛的雙光束投射式脈搏血氧儀提出一種基于生物組織光學(xué)特性的光傳輸模型，進(jìn)而設(shè)計(jì)一種脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置，主要包括處理控制器和模擬手指。依據(jù)ＪＪＦ１５４２－２０１５《血氧飽和度模擬儀校驗(yàn)規(guī)范》進(jìn)行測試，采用該方法設(shè)計(jì)的脈搏血氧儀校驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、示值準(zhǔn)確、病理狀態(tài)模擬性能良好的特點(diǎn)。

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