基于MAX30102的血氧饱和度监测.pdf
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1、基于MAX30102的血氧饱和度监测Blood Oxygen Saturation Monitoring Based on MAX30102 阚子杨 姜绍君 白煜民 刘萧鸣 张悦(大连理工大学城市学院,辽宁大连 116600)摘 要 对于人体血氧饱和度的测量,提出了一种基于 MAX30102 的无创伤检测方法。MAX30102模块的发光二极管将红光和红外光发射到手指,手指血液里的正常血红蛋白吸收一部分光,MAX30102 的光电传感器接收反射光,并转换为数字量输出给 STM32 微处理器。STM32微处理器对信号进行滤波,测量周期、直流分量和交流分量,算出血氧饱和度,将结果发送给手机APP显示
2、、存储数据。通过实验,并与医用测量仪比较,实验数据的相对误差小于5%,能够满足初步测量要求。关键词 MAX30102;血氧饱和度;光电传感器;STM32微处理器中图分类号 R197.39 文献标识码 B基于MAX30102的血氧饱和度监测阚子杨,等基金项目:2022年度辽宁省大学生创新创业项目(S202213198002)0 引言在临床医学上,血氧饱和度反应人体缺氧的程度,是体现人体呼吸是否正常的重要生理参数。血氧饱和度正常值的范围为 95%100%。如果低于 94%,就要及时到医院检查原因。血氧饱和度的测量方法分为有创测量和无创测量两种方法1。有创测量方法(验血法)精度较高,但不能连续测量,
3、并且价格昂贵。无创测量比较方便,可以连续测量。本文采用无创测量方法,将手指插入指夹式光电传感器中,根据还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)的含量来测量人体血氧饱和度。首 先,利 用 血 氧 仪 和 心 率 监 测 模 块MAX30102 的光电传感器采集两种血红蛋白的反射信号。然后,主控制器 STM32F103 C8T6 对反射信号进行滤波处理,计算出血氧饱和度数值。最后,通过WiFi模块发送给手机显示并存储测量的数据。1 测量原理人体的血红蛋白分为正常血红蛋白和异常血红蛋白,正常血红蛋白能结合氧气,异常血红蛋白不能结合氧气。正常血红蛋白包括还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO
4、2)。血氧饱和度表示血液中被氧结合的氧合血红蛋白容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比。在正常情况下,如果只考虑能携带氧气的血红蛋白,那么血氧饱和度SpO2的表达式为:SpO2=HbO2HbO2+Hb 100%(1)其中:Hb和HbO2表示两种血红蛋白的含量。-1仪器仪表与分析监测 2024年第1期通常,无创测量方法采用光电容积脉搏波扫描法(Photoplethysmogram,PPG)2,3,这种方法利用光电技术采集血液中的还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)的含量。还原血红蛋白(Hb)和 氧 合 血 红 蛋 白(HbO2)对 波 长 6001000nm 的光吸收特性不同,在波长
5、600800nm之间还原血红蛋白(Hb)的吸收系数更高;在波长 8001000nm 之间氧合血红蛋白(HbO2)的吸收系数更高。因此,根据红光(660nm)和红外光(940nm)的吸收量可以检测还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)的含量。如图1所示,红光和红外光照射到人的手指,光电二极管拾取反射的光信号。反射光信号由两部分构成:一部分是被皮肤、肌肉和组织内的静脉血吸收后的反射信号;另一部分是被血液中的还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)吸收后的反射信号。图1 血液反射光示意图如图 2 所示,由于心脏不停地收缩和舒张,引起血管里的血液量发生变化,反射光强也随之发生变化4,5。
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