光电技术在医学领域的应用.doc

1、精品光电技术在医学领域的应用光电脉搏传感器(09电信书2 )http:/www.Bai /小毛o /http:/www.Bai /小毛o /xx坏水qq:http:/www.Bai /小毛o /http:/www.Bai /小毛o /(请参见。)摘要:传统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术虽然脉搏测量在中医上有很好的应用，但影响因素大，测量精度低。 为了克服上述测量方法的不足，脉搏测量不限于传统的人工测量法和听诊器测量法。 血液是一种高度不透明的液体，利用一般组织透光度比血液大几十倍的特征，可以用光电传感器检测脉搏信号，通过

2、计算机数据处理实现智能的脉搏测量技术。 本文详细介绍了光传导脉波信号检测电路并介绍了相关的问题和方法。关键词:光电传感器脉搏测定测定方法abstract:thepassofthettrationalmeasuringthewwaypulse pesscontitionoftrationalchinesmedicinesdicinestecontheapplicinesteconfigu byman-madeinstanisbigger， measurementaccuracyisnothigh.inordordetooovershorecommissingofthemethodsmeasure

3、menting pulsetestisnolongerconfidedtothetradi orthestethoscost.usingthebloodishighlynottransparenliquid imetrialinthegeneralorganitionthegenerationofpentantinthebloodofafew thephotoelectricsensortospulsesignalthroughtesting andstringthecomputerdataprocessingtorealizeintelligentpulsetestttechnology.t

4、 itedlighttransmissiontypepu LSE信号检测circuit和explaintheproblemrelatingtoandmethodskeywords : photoelectric传感器； pulse测量； 测量方法；测量方法；一、引言光电式脉搏传感器作为基于光电容积法的脉搏传感器，通过监视手指前端的透光率来间接地检测脉搏信号。 光电式脉搏传感器具有结构简单、无损、重现性好等优点。 用光电传感器检测脉搏信号，用单片机技术进行数据处理，实现智能脉搏测量技术。 该技术既具有先进性、实用性和稳定性，又是生物医学工程领域的发展方向。二、光电式脉搏传感器的原理和结构1 .光

5、电式脉搏传感器的原理(1)根据兰伯特维尔定律，在某种波长的吸光度与他的浓度成比例，当一定波长的光照射到人体组织上时，人体组织吸收、反射衰减测得的光强度在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。脉搏主要是由人体动脉的扩张和收缩引起的，人体指尖组织中的动脉成分含量高，且指尖厚度比其他人体组织薄，透过手指后检测到的光强度相对较大，因此光电式脉搏传感器的测定部位通常位于人体的指尖。(2)传感器:利用指袋式光电传感器，指袋式光电传感器的能量转换元件是硅光电池，随着心脏的跳动，指尖的微血管体积相应地变化(心脏收缩时，微血管的容积增大)。 如果心脏扩张，微血管的容积减少，如果光通过指尖照射到硅光电池，就会

6、产生光电效果，两极间产生的电压根据指尖的微血管内的血液根据心脏的跳动而脉搏的容积变化，因此光通过指尖照射到硅光电池时，强度变化也发生骨架等)的光吸收量不一定，因此将人体的脉搏(非电量)转换成与脉博相应的电信号，检查变得容易。2 .光电式脉搏传感器的结构1光电信号转换电路图1的光电信号转换电路如图1所示，能量转换元件是硅光电池，脉搏信号的拾取器实际上在光透过指尖照射到硅光电池时会产生相应的强度变化，产生硅光电池电流的微弱变化并被放大。 被选择的信号是电压信号。电路的输出如下所示R1太大，稳定性差，容易发生漂移误差，影响增益精度，考虑灵敏度和线性度的协调，选择R1=22K，输出为mv级。 访问电容

7、器C1、电阻R2和电容器C2以抑制高频噪声，并消除运算放大器输入偏置电流的影响。 容量的取法根据脉搏信号的频率来考虑。2级反相放大电路图2的一级放大匹配先前，为了简单地选择装置，选择R3=22K且选择R4=500K以满足放大器的20倍。成为理想的倍率倍C3用于划分直线。C4防止放大器的自激，发挥低通作用，为了在不影响有用信号的情况下去除50HZ的噪声，C4无论过大还是太小，都以C4=0.01F将频率截止到31HZ。3后置二次低通放大电路图3是2级低通放大电路。 以最高搏动次数240次/min计算人体脉搏，根据归一化法，如图3所示设计了低频放大器。 转换频率由R6、C5、R7与C6决定，放大器由

8、R7与R5之比决定，且R8是用于减小输入阻抗之间失衡的影响。图3的两级低通滤波器二价低通滤波器的传递函数:理想的倍率是两倍。 0.707倍零增益高频频率: fH=14Hz，低频特性满足条件，不影响有用信号。4整体电路为图4整体电路3 .光电式脉搏传感器分析1 .静态工作点的测定输入两端短路，接通工作电压，用万用表测得的输出电压为390mv，500mv以下基本满足条件。2 .硅光电池特性测定如图5所示连接电路，将通常台灯作为光源进行照射图5硅光电池测量图因为测量输出约为3V，所以硅光电池输出短路电流的变化量约为12A。图6的一级放大表1向信号源输入20mv的电压，改变输入信号的频率来测量数据表P

9、S510152025303540PK1PS448.9433.1410.1383.4355.6328.6303.5280.7根据观察，脉波信号强的部分，例如5HZ放大为22倍，截止频率为30HZ左右，与理想值基本一致。4 .后级的滤波放大图7的两级低通滤波器表2信号源输入224mv的电压，改变输入信号的频率，测量数据表如下所示PS510152025303550PR PS1898.4998.7668.6498.9395.1325.0274.3181.2观察到截止频率为10HZ左右，在50HZ下输出为5HZ (脉搏信号强的情况)的约十分之一，可知滤波效果高。四、结论脉波信号的主峰频率在1HZ左右，但

10、是由于示波器的缺陷，无法观察到放大器与滤波器在低频时的放大状况，数据有点模糊。由于示波器是直流耦合的，所以直流电平的漂移很严重，要求受试者一定要冷静，身体自然放松，把漂移降到最小。 光照射到指尖，使硅光电池的中心朝向微血管床。由于放大率大，入射光强度不强，输出饱和，不同人的脉波强度不同，所以为了适应不同条件下的检测，最好用普通电阻与一个可变电阻串联连接一次放大电路的反馈电阻。未来无创监护技术是未来医学工程发展的重要方向，人体脉搏信号中含有丰富的生理信息，逐渐引起临床医生的关注，光电容积法是目前测定脉搏信号的有效方法，也可以用该方法测定血氧饱和度、氧分压、心率等生理信号，为临床诊断提供有力的技术

11、支持脉搏测量中的关键技术是传感器的设计和传感器输出微弱信号提取问题，本文对脉搏传感器的设计进行了初步探讨，得到了令人满意的实验结果。 实验证明:该方法可以测定脉搏信号，为进一步提取脉搏信息提供了有利的前提。脉搏测定是测定有无脉搏的测定，有脉搏时隔断光，没有脉搏时透过光很强，使用红外线受光二极管和红外线发光二极管。 运动测定用的脉搏测定方法有一种叫指脉的方式。 指脉的测量虽然方便简单，但由于手指汗腺多，手指夹使用多年，污染可能降低测量灵敏度。本文设计的脉搏传感器目前只能提供脉搏的振幅和频率，还不能用于医学实践。 再对传感器收集到的信号进行波形分析，借用医生的经验，有助于临床诊断。参考文献1王延林、谢少良光电传感器的技术性能和应用J .清华大学学报1999.12(3):22-242阎石.数字电子技术基础M .北京:高等教育出版社，20063王庆有光电传感器应用技术M .北京:机械工业出版社，20074赵负图光电检测控制电路手册M .北京:化学工业出版社，20015侯文军王飞.工程制图和计算机