浅谈简化便携式医疗设备原理及设计

，其高集成度降低了成本并提高了系统可靠性。

图2 差动放大器

脉搏血氧计及心率监测器

心率监视和脉搏血氧计采用的技术不止一种。本文着重介绍非侵入式光学体积描记技术。此类血氧计采用配有MCU的外部探头，能够显示血氧饱和度及脉搏率。在此应用中，同一个传感器可同时用作心率检测及脉搏血氧测量。该技术提供了估测动脉血氧饱和度和心率的简单而精确的办法。探头置于指尖、耳垂和鼻子等身体不同位置。探头包含两个发光二极管（LED），其中一个发射可见红光（660nm），另一个发射红外线（940nm）（见图 3）。光束通过人体组织到达光电检测器。在通过人体组织时，红血球中的血色素会吸收部分光线，吸收量因血氧饱和度的不同而不同。首先，通过测量对两个波长光线的吸收量，MCU能够精确计算出氧化的血色素比例。其次，通过人体组织的光线中含有因心跳造成动脉血量不同而产生的脉冲分量。

图3探头上配有两个LED

必须使用恒流源驱动这两个LED，以确保测量过程中保持稳定的亮度。具有自动增益控制（AGC） 反馈的恒流源可以通过采用内部 DAC及简单MCU算法而获得。MCU能够选择输出血液脉动部分的吸收量，动脉血液、非脉动静脉血液或毛细血管血液以及其它人体组织色素均会吸收光线。最新测量技术降低了测量血氧饱和度时的干扰效应。两个LED周期性打开，红光LED开启，然后红外线LED开启，最后两个都关闭，每秒钟重复几次，这种时分多路复用技术消除了背景噪声的干扰。这种更先进的技术有可能消除运动或电磁干扰产生的大气干扰，原因是两种LED信号在再组合时相位有差异 。5~20s可 以测出平均血样饱和度，通过连续脉动信号之间的LED周期数能够计算出脉搏率，得出脉搏率平均值大概与得出饱和度平均值的时间近似，这与具体的监控器有关。

MCU根据两种频率光线的吸收比例计算两个参数的比值。MCU 闪存中存储了一系列通过实验得到的血氧饱和值（志愿者在实验中呼吸气体的氧气含量逐渐增加）。MCU将测量到的两种光线波长吸收率的比值与存储值比较，然后以百分比显示血氧饱和度。通常情况下，血氧饱和值在70%~100%之间，低于70%的数据是估测得出的，因为无法获得人体血氧含量低于70%的数据。

图4 基于MSP430FG461x的脉搏血氧计

结语

在上述便携式医疗应用中，超低功率微控制器MSP430FG461x作为单芯片解决方案，具有多种优势。ADC的高精度很容易满足测量类应用的需求。片上运算放大器及 DAC非常有助于信号调节和自动增益控制。为测量类应用选择了合适 的MCU之后 ，系统设计师下一步就要进行软件开发。由于MCU能够提供片上仿真功能，所以设计人员可以通过JTAG端口进行实时调试。现有多种编译器及调试器可用，且调试器硬件很便宜。