基於NXP藍牙通訊的智慧脈搏血氧檢測方案

 

血氧儀主要測量指標分別為脈率、血氧飽和度、灌注指數（PI）。血氧飽和度（oxygen saturation簡寫為SpO2）是臨床醫療上重要的基礎資料之一。血氧飽和度是指在全部血容量中被結合O2容量占全部可結合的O2容量的百分比。脈搏就是指淺表動脈的搏動。正常人的脈搏和心跳是一致的。心率是心臟跳動的頻率。一般人在每分鐘60--90次之間。但是人在運動和緊張等情況下，會出現心跳加快的情況。脈率是每分鐘的脈搏數. 正常情況下脈率和心率是一致的。當房顫或頻發期前收縮時脈率較心率少。
    最初的一台血氧飽和度儀由Millikan在20世紀40年代開發。它監測動脈中攜帶氧的血紅蛋白與不攜帶氧的血紅蛋白的比例。典型的血氧飽和儀帶有兩個發光二極體。這兩個發光二極體面向病人的待測部位 - 通常是指尖或耳垂。一隻二極體釋放波長為660納米的光束，另一隻釋放905,910或者940納米。含氧的血紅蛋白對這兩種波長的吸收率與不含氧的差別很大。利用這個性質，可以計算出兩種血紅蛋白的比例。測試的過程通常不需要從病人身上抽血。通常的血氧儀也可以顯示病人的脈搏。按照Beer-Lambert定律，比值R/IR與動脈血氧飽和度(SaO2)的函數關係應為線性關係，但由於生物組織是一種強散射、弱吸收、各向異性的複雜光學系統，不完全符合經典的Beer-Lambert定律，因而導致了表達紅光和紅外光吸光度相對變化測量值(R/IR值)，與動脈血氧飽和度(SaO2)之間關係的數學模型建立困難。只能通過實驗的方法來確定R/IR與SaO2的對應關係，即定標曲線。大多數脈搏血氧儀生產廠家都以實驗方法獲取經驗定標曲線以完成產品出廠前的預定標。

測量原理如下圖描述：

 

 通過依次驅動一個紅光LED(660nm)和一個紅外光LED(910nm)，藍色線條表示血紅蛋白不帶氧分子的時候接收管對還原血紅蛋白感應曲線，從曲線圖中可以看下還原血紅蛋白對660nm紅光的吸收比較強,而對910nm紅外光的吸收長度比較弱。紅色線條表示血紅蛋白並帶有氧分子的血紅細胞時接收管對氧合血紅蛋白感應曲線，從圖中可以看出對660nm紅光的吸收比較弱，對910nm紅外光的吸收比較強。在血氧測量時，還原血紅蛋白和有氧合血紅蛋白，通過檢測兩種對不同波長的光吸收的區別，所測出來的資料差就是測量血氧飽和度最基本的資料。在血氧測試中660nm和910nm最常見的兩個波長，實際上要做到更高的精度，除了兩個波長以外還要增加，甚至高達8個波長，最主要的原因是人體血紅蛋白除了還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白之外，還有其他的血紅蛋白，我們經常見的是碳氧血紅蛋白，更多的波長有利於你做的精度更好。

       本方案採用紅光和紅外光兩個波長進行檢測，測量原理如上描述，系統採用鋰電池供電，原型板也可以通過外部電源供電，採用臺灣芯唐低功耗的Cortex-M0 MCU NANO100系列，實現低功耗和高運算性能，為血氧演算法提供保障，外部可擴展USB介面進行資料交換，最大的亮點是外接Microchip 藍牙模組BM77，結合手機端APP實現與手機的無線互聯，實現監測資料的檢測，記錄以及通過雲服務提供醫療建議，廠家也可以通過手機端對產品的參數進行配置以及實現程式更新功能。