單片機多生理參數(shù)監(jiān)護儀的設(shè)計（終稿)

歡迎下載本文檔參考使用，如果有疑問或者需要CAD圖紙的請聯(lián)系qq1484406321湘潭大學興湘學院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 學 院： 興湘學院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 2007964233 姓 名： 王振忠 指導教師： 李 衛(wèi) 完成日期： 2011年05月20日 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書設(shè)計（論文）題目： 單片機多生理參數(shù)監(jiān)護儀的設(shè)計 學 號： 2007964233 姓名 王振忠 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師： 李 衛(wèi) 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求： 1、檢索國外多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展動態(tài)，分析國內(nèi)的現(xiàn)狀； 2、分析多生理參數(shù)監(jiān)護儀控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題； 3、完成多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計的一體化設(shè)計； 4、完成單片機多生理參數(shù)監(jiān)護儀驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計； 5、完成多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計； 6、總結(jié)多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計； 7、完成畢業(yè)論文的文稿工作，要求：總字數(shù)不低于一萬字，使用A4編輯及打印裝訂成冊； 8、技術(shù)圖紙：控制系統(tǒng)原理框圖1張（0號）、控制系統(tǒng)程序流程圖1張（1號）、控制系統(tǒng)電路原理圖1張（0號）； 9、翻譯英文技術(shù)資料：翻譯國外多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機相關(guān)課題的英文資料。要求：3000單詞，復印原稿與翻譯(打印)稿同冊裝訂。 二、重點設(shè)計的問題： 1、 多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計方案選擇設(shè)計； 2、 多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計； 3、 多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計。 三、進度安排 各階段完成的內(nèi)容起止時間1資料檢索、查詢2011年2月20 日 3月5 日2系統(tǒng)總體方案構(gòu)思及設(shè)計2011年3月6日 3月20日3完成多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計方案選擇設(shè)計2011年3月 21日 4月10日4完成多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計； 2011年4月11日 4月25日5完成多生理參數(shù)監(jiān)護儀的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計軟件的設(shè)計2011年4月26日 5月10日6畢業(yè)設(shè)計論文撰寫和編輯2011年5月11日 5月19日7交畢業(yè)設(shè)計說明書和圖紙，答辯準備2011年5月 20 日 5月 25 日四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻1胡乾斌，李光斌，李玲，喻紅.單片微型計算機原理與應(yīng)用(第二版）M.武漢：華中科技大學出版社，2006. 2武文君.多參數(shù)監(jiān)護儀質(zhì)量控制檢測技術(shù)M.北京：中國計量出版社，2010. 3關(guān)燕君.基于單片機的高精度信號采集系統(tǒng)的設(shè)計J.吉林化工學院學報，2006,23（4）.4李剛，李尚穎，林凌等.基于動態(tài)光譜的脈搏血氧測量精度分析J.光譜學與光譜分析,2006，25（10）. 5張強.基于單片機的心率計設(shè)計J.醫(yī)療裝備，2006,19（9）. 6李斌，劉寶旨.數(shù)據(jù)庫技術(shù)與醫(yī)藥管理應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2006. 7吳瑩，謝家祺，張彩萍.智能多參數(shù)監(jiān)護儀的特點及其臨床應(yīng)用J.中國組織工程設(shè)計與臨床康復，2009,13（9）. 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表學號 2007964233 姓名 王振忠 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 單片機多生理參數(shù)監(jiān)護儀的設(shè)計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備設(shè)計方案的設(shè)計能力、設(shè)計方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設(shè)計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評 價評閱人： 2011年5月 日湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見學 號： 2007964233 姓名： 王振忠 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 62 頁 圖 表 3 張論文（設(shè)計）題目： 單片機多生理參數(shù)監(jiān)護儀的設(shè)計 內(nèi)容提要：傳統(tǒng)的監(jiān)護儀器多數(shù)體積較大，智能化程度不高，難以應(yīng)用在野外及家庭等急救場合。本說明書應(yīng)用最新的電子技術(shù)特別是單片機技術(shù)，設(shè)計出一種智能化、便攜式、低功耗的多生理參數(shù)監(jiān)護儀。本監(jiān)護儀可以在臨時急救場合實時、連續(xù)、長時間地監(jiān)測病人的心電、血壓、脈搏、血氧等生理參數(shù)。本說明書結(jié)合以往生理信號采集電路的經(jīng)驗，針對心電、血壓、脈搏、血氧信號各自的特點，分別設(shè)計了生理信號檢測模塊：在心電模塊中采用了具有共模驅(qū)動的新型前置放大電路；在血壓模塊中采用了測振法；在血氧模塊中采用了光電容積脈搏波描記法（PPG）。在野外家庭臨時急救場合，本說明書在血壓模塊中首次采用數(shù)學形態(tài)濾波的方法去除信號中的袖帶壓力和高頻干擾；在脈搏血氧模塊中，首次采用基于“動態(tài)光譜”的算法，消除個體差異和測量條件對檢測光譜的影響；在心電模塊中，采用了平滑濾波去除工頻干擾。另外，針對血氧模塊中平均壓、收縮壓和舒張壓的計算，本說明書采用了拋物線測定法和歸一化比例判據(jù)，并采用累加平均法計算脈率，結(jié)果準確、有效，降低了隨機情況帶來的誤差。本說明書采用ADC84系列單片機作為信號采集模塊和主控模塊的核心微處理器，具有先進的片內(nèi)數(shù)字外設(shè)，使得整個系統(tǒng)功能強大、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強。指導教師評語指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目 錄中文摘要1ABSTRACT2第一章 緒論11.1 各生信號的意義11.1.1 心電圖11.1.2 血壓21.1.3 脈率31.1.4 脈搏血氧飽和度41.2 生理參數(shù)監(jiān)護技術(shù)的發(fā)展51.2.1 心電監(jiān)護儀器的發(fā)展51.2.2 無創(chuàng)血壓測量技術(shù)的發(fā)展51.2.3 脈搏血氧飽和度測量技術(shù)的發(fā)展71.2.4 多生理信號監(jiān)護儀的發(fā)展81.3 本課題的設(shè)計內(nèi)容及意義9第二章 生理參數(shù)檢測電路102.1 心電信號檢測102.2 血壓信號檢測122.3 脈搏血氧信號檢測152.3.1 脈搏SO2測量的基本原理152.3.2 脈搏血氧信號檢測電路192.4 基于ADC84的高分辨率檢測電路242.4.1 過采樣技術(shù)提高系統(tǒng)信噪比252.4.2 量化噪聲成形技術(shù)提高系統(tǒng)信噪比252.4.3 數(shù)字抽取濾波26第三章 四生理參數(shù)的處理283.1 平滑濾波在心電模塊中的應(yīng)用283.2 數(shù)學形態(tài)濾波在血壓模塊中的應(yīng)用283.2.1 數(shù)學形態(tài)濾波的原理、定義及作用293.2.2 數(shù)學形態(tài)濾波算法的應(yīng)用303.3 血壓模塊中的測定算法303.3.1 平均壓的確定算法303.3.2 收縮壓和舒張壓的確定算法323.3.3 脈率的計算34第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計354.1 系統(tǒng)總體設(shè)計354.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計364.2.1 核心微處理器ADC84364.2.2 液晶LCD模塊374.2.3 按鍵404.2.4 單片機接口41第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計425.1 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)425.2 硬件程序驅(qū)動程序435.2.1 液晶LCD驅(qū)動程序435.2.2 按鍵驅(qū)動程序445.3 主控模塊及功能模塊445.3.1 主控程序445.3.2 脈搏血氧模塊程序設(shè)計445.3.3 心電采集模塊465.3.4 主控模塊與血壓測量模塊的I2C通訊46第六章 課題總結(jié)與展望50致謝51參考文獻52英文技術(shù)資料及中文翻譯532摘 要心電、血壓、脈搏和血氧等生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指征。對這些參數(shù)的監(jiān)測有助于醫(yī)務(wù)工作者在野外、家庭急救及監(jiān)護中對有生命危險的傷病員進行及時有效的救治，因此在臨床中具有廣泛的需求?，F(xiàn)有的監(jiān)測儀器多數(shù)體積較大，智能化程度不高，難以應(yīng)用在野外及家庭等急救場合。本文應(yīng)用最新的電子技術(shù)特別是最新的單片機技術(shù)的，設(shè)計出一種智能化、便攜式、低功耗的四生理參數(shù)監(jiān)護儀。該監(jiān)護儀可以在臨時急救場合實時、連續(xù)、長時間地監(jiān)測病人心電、血壓、脈搏、血氧等生理參數(shù)。為了準確檢測出生理信號，本文結(jié)合以往生理信號采集電路的經(jīng)驗，針對心電、血壓、脈搏血氧信號各自的特點，分別設(shè)計了生理信號檢測模塊：在心電模塊中采用了具有共模驅(qū)動的新型前置放大電路；在血壓模塊中采用了測振法；在血氧模塊中采用了光電容積脈搏波描記法(PPG)。所有的監(jiān)測模塊都是基于ADC84系列單片機的24位A/DC，保證了采樣的精度和可靠性。在臨時急救場合，外部環(huán)境和噪聲以及傷病員的無意識活動對信號值的計算非常不利。因此，在血壓模塊中，本文首次采用數(shù)學形態(tài)濾波的方法去除信號中的袖帶壓力和高頻干擾；在脈搏血氧模塊中，首次采用基于“動態(tài)光譜”的算法，消除個體差異和測量條件對檢測光譜的影響；在心電模塊中，采用了平滑濾波去除工頻干擾。實驗結(jié)果驗證了以上信號處理方法的有效性。另外，針對血壓模塊中平均壓、收縮壓和舒張壓的計算，本文采用了拋物線測定法和歸一化比例判據(jù)。并采用累加平均法計算脈率，結(jié)果準確、有效，降低了隨機情況帶來的誤差。本系統(tǒng)整體采用模塊化的設(shè)計方式，分工明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于日后的修改、優(yōu)化和維護。本文采用ADC84系列單片機作為信號采集模塊和主控模塊的核心微處理器，其片內(nèi)集成有高精度的-型A/DC和強大的模擬部分，并具有先進的片內(nèi)數(shù)字外設(shè)，使得整個系統(tǒng)功能強大、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾能力強。關(guān)鍵詞：-型A/DC 測振法 光電容積脈搏波描記法 數(shù)學形態(tài)濾波 模塊化ABSTRACT The electrocardiogram(ECG)、blood pressure(BP)、sphygmus and blood oxygen saturation(S02)are the most fundamental bioindicators of human beingsItS helpful for doctors to measure these biology signals in the firstaid outside the hospitalHowever,most of the existing monitor systems are inconvenient to be carried and controlledTherefore，an intelligentized，portable，low dissipation multiparameters monitor system is presented in this paperBased on the experience of biology signal acquisition circuit，this system is designed according to the respective characteristics of ECG、BP and S02 signalsThe system has three modules：pre-amplifier based on common mode driving technique is applied in ECG module；the Oscillometric method is used in BP module；Photo Plethysmo Graphy(PPG) is applied in S02 moduleAll the modules are based on ADC84which has 24-bits -A/DCSince the signal detected are vulnerable to the environment noise and patients movement，several signal processing methods are employed this paper：morphology operators is used for the first time to remove the power line interference and baseline excursion in BP module；the dynamic spectroscopy is applied firstly to remove the influence of individual discrepancy and measuring condition in the S02 module；the smoothness method is used to remove power line interference in ECG acquisitionThe results ofexperiments verify the validity of these methodsMoreover，we applied two new methods in BP module：parabola mensuration and unitary proportion criterionAnd accumulative average method is used to calculate the pulsation，to reduce the stochastic errorDesigned on modularization technique,the system is divided into several modules with specific function and clear frame，facilitating its modification，optimization and maintenance in the futureADC84 as the core MCU of the system，its strong analog and digital function make the monitor simple but powerful，and reliableKEY WORDS:-A/DC，Oscillometric method，Photo Plethysmo Graphy,mathematical morphology,modularize第一章 緒 論1.1 各生理信號的意義心電、血壓、脈率、血氧等是人體的基本生命指征，通過連續(xù)或間斷地監(jiān)測患者這些生理參數(shù)，醫(yī)護人員能夠及時、準確地判定患者的病癥變化，以便及時采取有效的治療方案和救治措施。這對于保證急癥患者、重癥患者、危重病人、手術(shù)患者的生命安全具有十分重要的作用，這類患者的重要生理參數(shù)的短時間不良變化都可能危及患者生命，一旦這些重要生理參數(shù)發(fā)生不良變化，往往表明患者己進入十分危急狀態(tài)，需要緊急救助。為了及時發(fā)現(xiàn)問題，就需要對這類患者的這些參數(shù)進行監(jiān)測。1.1.1 心電圖心臟是人體的重要器官，是血液循環(huán)的動力裝置，每時每刻按著一定的速率和節(jié)律跳動，它的狀況好壞直接關(guān)系著人們的身體健康。心臟每次跳動之前，首先產(chǎn)生電激動，電激動始于竇房結(jié)，并沿心臟的特殊傳導系統(tǒng)下傳，先后興奮心房和心室，使心臟收縮執(zhí)行泵血功能。這種先后有序的電興奮的傳播，可經(jīng)人體組織傳到體表，產(chǎn)生一系列的電位改變，并被記錄下來用于反應(yīng)心臟活動，這就是心電圖。圖1-1 典型的心電圖各波、段及間期的名稱隨著心臟的搏動，心電圖上出現(xiàn)一組特征性的波形(P，QRS，T及U)，這些波形對應(yīng)著心臟的基本電活動。圖1-1所示是一個正常狀況下的典型的完整心電波形。心電圖的各個波、段和間期都有其特殊的生理意義，可作為臨床分析心臟疾病的重要參考資料：1、P波，最早出現(xiàn)，幅度最小，是代表心房肌除極過程的電位變化。其起點表示竇房結(jié)的激動已到達心房，使心房開始除極；其重點表示兩心房全部除極完畢。因竇房結(jié)的激動先傳導到右心房，后傳導到左心房，故P波的前半部代表右心房的激動，后半郝代表左心房的激動。2、P-R間期，是從P波起點到QRS波群起點的時間間隔，反映心房除極開始到心室除極開始的間隔時間，正常為O.12O.20秒，若P-R間期延長，則表示房室傳導受阻。3、QRS綜合波，是心電圖中幅度最大的波群，反映心室除極的全過程，QRS綜合波鮒形狀以及激動在心室內(nèi)傳播的途徑與束支的分布有關(guān)。由于心塞各部的肌肉厚度不一，故QRS綜合波反映的是幾個除極過程所產(chǎn)生的電位變化的綜合情況，因此稱為QRS綜合波。其持續(xù)時間的正常值約為O.06O.16秒。4、S-T段指QRS綜合波終點到T波起點的一段，表示心室除極結(jié)束至復極開始的一段時間。正常人S-T段光滑，凹面向上，在心率緩慢時，S-T段呈水平直線，但大多數(shù)情況S-T段與T波相連不易分開。5、T波，QRS綜合波后向上或向下的一個圓鈍波，代表心室肌復極時的電位變化。復極的電位一般比除極電位低，因此復極過程慢，所占時間也比較長。6、Q-T間期，QRS綜合波起點到T波終點，是心室開始除極到復極全部完成所需的時間，正常值為O.320.44秒。7、U波，在T波之后約O.020.04S出現(xiàn)，一般較寬而低。危、急重病人ECG監(jiān)測，是對心臟節(jié)律監(jiān)測最有效的手段。通過監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)心臟節(jié)律異常，各種心律紊亂，如房性、室性旱搏，心肌供血情況、電解質(zhì)紊亂等。1.1.2 血壓血壓是反映人體循環(huán)系統(tǒng)機能的重要生理參數(shù)腳，心臟的泵血功能、心律、周圍血管的阻力和大動脈的彈性、全身的血容量及血液的物理狀態(tài)等因素都反映在血壓的指標中。血壓是指血液在血管內(nèi)流動時，對血管壁產(chǎn)生的單位面積側(cè)壓。由于血管分動脈、毛細血管和靜脈，所以，也就有動脈血壓、毛細血管壓和靜脈壓。通常說的血壓是指動脈血壓，一般指主動脈壓，通常測上臂的肱動脈壓以代表主動脈壓。在心臟的每一次收縮與舒張過程中，血流對血管壁的壓力電隨之變化，分別以收縮壓和舒張壓表示。當心室收縮向動脈泵血時，血壓升高，其最高值為收縮壓。心室舒張時，血壓降低，其最低值為舒張壓。正常人在運動和情緒激動時血壓會有一定限度的升高。一般來講收縮壓高低主要與心輸出量多少有關(guān)，運動時心輸出量增加，收縮壓升高。舒張壓則主要與血流阻力，特別與小動脈口徑有關(guān)。如果小動脈收縮，口徑縮小，血流阻力就加大，則舒張壓升高。正常情況下成人的收縮壓為90130mmHg，舒張壓為6090mmHg，脈壓差為3040mmHg，平均壓為舒張壓+1/3(收縮壓一舒張壓)：血壓過低或過高都是疾病的征象。循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)足夠的血液充盈和心臟射血是形成動脈血壓的基本因素。動脈系統(tǒng)的外周阻力，也是形成動脈血壓的基本因素。左心室每次收縮所射出的血液，由于有外周阻力和大動脈管壁較大的可擴張性在心縮期內(nèi)大約只有l(wèi)/3流至動脈系統(tǒng)以后的部分，其余約2/3被暫時貯存在主動脈和大動脈內(nèi)，使主動脈和大動脈進一步擴張。這樣，心室收縮時釋放的能量有一部分以勢彈性勢能形式貯存在主動脈管壁中。心室舒張時，被擴張的彈性貯器血管管壁發(fā)生彈性回縮，推動血液繼續(xù)向前推進，同時也使主動脈壓在心舒期仍能維持較高的水平，可見，由于血管的彈性貯器作用，使左心室的間斷射血變?yōu)閯用}內(nèi)的連續(xù)血流，而且還使每個心動周期中動脈血壓的變動幅度遠小于左心室內(nèi)壓的變動幅度。影響動脈血壓的因素：(1)心臟每搏輸出量：每搏輸出量增大、收縮期動脈血壓越高。在一般情況下，收縮壓的高低主要反映心臟每搏輸出量的多少。(2)心率：如果心率加快，每搏輸出量和外周阻力都不變，脈壓減小。相反，心率減慢時，脈壓增大。(3)外周阻力：在一般情況下，舒張壓的高低主要反映外周阻力的大小。如果心輸出量不變而外周阻力變大，舒張壓開高。反之，舒張壓降低。(4)主動脈和大動脈的彈性貯器作用：大動脈的彈性貯器作用減弱，脈壓增大。(5)循環(huán)血量和血管系統(tǒng)容量的比例：循環(huán)血量和血管系統(tǒng)容量相適應(yīng)，才能使血管系統(tǒng)足夠地充盈，產(chǎn)生一定的體循環(huán)平均充盈壓。動脈血壓是估計心血管功能的最常用方法，與心排除量和外周血管阻力有直接關(guān)系，及時和準確的監(jiān)測動脈血壓，對于了解病情、指導心血管疾病的治療和保障危重病人的安全具有重要的意義。1.1.3 脈率脈率為每分鐘心臟有效搏動產(chǎn)生脈搏的次數(shù)。正常情況下，由于心臟的跳動使全身各處動脈管壁產(chǎn)生有節(jié)律的博動，這種搏動被稱為脈搏。正常脈搏次數(shù)與心跳次數(shù)相一致，而且節(jié)律均勻、間隔相等。脈搏的次數(shù)了般隨年齡的增長而減慢，嬰兒每分鐘可達130150次，兒童為110120次，成人為60100次，老年入可慢至5575次。正常人在運動后、飯后、飲酒后、精神緊張及興奮時均可使脈搏呈一時性增快，但很快可恢復正常水后、飲酒后、精神緊張及興奮時均可使脈搏呈一時性增快。但很快可恢復正常水平。長期進行體育鍛煉的人或運動員的脈搏教一般人要慢。此外，白天人們進行各種活動，使血液循環(huán)加快，故脈搏快些；夜間睡眠時，血液循環(huán)減慢，故脈搏慢些。脈搏異常有以下幾種表現(xiàn)：（1）脈率增快：成人脈率在100次/分鐘以上。常見于發(fā)熱、貧血、冠心病、甲狀腺功能亢進癥等。（2）脈率減慢：成人脈搏在60次/分鐘以下。常見于房室傳導阻滯、顱內(nèi)壓增高等。（3）脈率不整：即脈搏快慢不一。多見于心臟疾病（如心房纖顫等）。（4）脈微欲絕：即脈搏十分微弱。見大出血、病情危重時。（5）交替脈：為一種節(jié)律正常而交替出現(xiàn)的一強一弱的脈搏，這是心臟的收縮按一強一弱交替出現(xiàn)的結(jié)果。它的出現(xiàn)常表示有心肌損害，可見于高血壓性心臟病和冠狀動脈硬化性心臟病。此外，高熱患者體溫每升高1，脈搏可增加10次左右。如體溫很高，脈搏卻不快或增快很少，當注意檢查是否患了傷寒病。一般情況下，脈率與心率一致，但在前期收縮、心房纖維顫動時。有時由于心搏排出量過少，使周圍血管不能出現(xiàn)脈搏，則脈率少于心率，稱為脈搏短絀（絀脈）。因此，對有心律失常的病人在檢查脈搏時，應(yīng)同時計數(shù)一分鐘心率以作對照。1.1.4 脈搏血氧飽和度脈搏血氧飽和度是評估人體氧氣供給狀況的重要指標。氧是人體進行新陳代謝的關(guān)鍵物質(zhì)，是正常生命活動中不可或缺的重要物質(zhì)。因此氧氣的供給缺乏是對人體的一種劣性刺激，直接影響到正常的新陳代謝，最終會導致機體的心、腦等主要器官氧氣供能不足而死亡。缺氧是許多疾病所共有的一個基本病理過程，例如休克、呼吸功能不全、心功能不全、貧血等，都可以引起缺氧。輕度的缺氧會產(chǎn)生頭疼頭暈、心悸心慌等心腦疲勞不適，如果缺氧癥狀不能及時消除，將會引起器官功能退化，使健康受到威脅。缺氧對機體損害的嚴重性，不完全決定于缺氧程度，更主要的是決定于缺氧的速度和持續(xù)時間。另外，組織供氧程度，決定于血液中的氧含量和供給組織的血流量。設(shè)計證明，脈搏血氧飽和度(Oxyhemoglobin saturation by pulse oximetry，Sp02)直接反映血液中血氧濃度，可用于監(jiān)控人體氧供應(yīng)狀態(tài)。血液中的氧是通過與還原血紅蛋白(Hb)結(jié)合后形成氧合血紅蛋白(HbO2)而被輸送到全身組織中。血氧飽和度表示血液中氧合血紅蛋白的比例，即Hb02/(Hb02+Hb)，監(jiān)測血氧飽和度，為早期發(fā)現(xiàn)病人有無低氧血癥提供了有價值的信息。一般認為Sp02值正常應(yīng)不低于94，在94以下為供氧不足，有學者將SP0290定為低氧血癥的標準。Sp02是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。許多呼吸系統(tǒng)的疾病會引起人體血液中血氧濃度的減少，嚴重的會威脅人的生命，因此在臨床救護中，對危重病人的血氧濃度監(jiān)測是不可缺少的。1.2 生理參數(shù)監(jiān)護技術(shù)的發(fā)展1.2.1 心電監(jiān)護儀器的發(fā)展在18世紀，人們己經(jīng)認識到人體由于肌肉收縮會產(chǎn)生電現(xiàn)象，而最早能夠記錄下心電信號的是在19世紀。1887年，Waller用Lippman所制作的毛細管靜電計記錄到了體表心電圖。而在1903年，Einthoven開創(chuàng)了心電信號記錄的新紀元。他將弦線電流計用于心電的采集，得到了靈敏度高、有足夠高的頻晌，真實的心電波形，獲得了很好的效果。他的方法沿用至今。到現(xiàn)在心電監(jiān)測儀器已經(jīng)過了一百多年的發(fā)展歷程，其技術(shù)逐漸地趨于完善。二十世紀30年代，弦線式心電圖儀才逐漸被電子管和晶體管放大式心電圖機所代替，但后者均比較笨重，故障率高，很快被淘汰。自從二十世紀六十年代初期以來，已經(jīng)進行了靠計算機來完成心電圖波形的測量以及隨后的分析處理的設(shè)計。80年代初美國Marquette公司首先推出數(shù)字化心電圖儀，從此心電圖進入了數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化管理的新時代。心電監(jiān)護是指對被監(jiān)護者進行持續(xù)或間斷的心電監(jiān)測，及時了解病人的心臟狀況，以便在發(fā)生嚴重的心臟異常情況時，及時采取有效的治療或急救措施，它是心臟監(jiān)護的重點，已廣泛應(yīng)用到臨床。心電監(jiān)護儀器主要用于測量心電數(shù)據(jù)，顯示及記錄并對超出設(shè)定范圍的參數(shù)提出警示。目前現(xiàn)有的心電監(jiān)護系統(tǒng)有的不是實時監(jiān)護，有可能造成治療的延誤；有的雖然是實時但體積較大，不易操作，只能采用市電供電，且病人不能移動，因此，僅適用于醫(yī)院內(nèi)，不適用于野外、家庭等急救場合。1.2.2 無創(chuàng)血壓測量技術(shù)的發(fā)展血壓的檢測分為無創(chuàng)血壓檢測和有創(chuàng)血壓檢測。有創(chuàng)法測量值準確，并能跟蹤動脈血壓的瞬時變化，但測量時必須經(jīng)皮將導管放入血管內(nèi)，一般限于危重病人或開腔手術(shù)病人。無創(chuàng)法與有創(chuàng)法相比測量精度較低，但簡便無創(chuàng)，是臨床上普遍采用的血壓測量方法。自1862年生理學家W.Harrey創(chuàng)立了循環(huán)理論之后的幾百年來，人們一直在尋找一種既方便可行又準確可靠的血壓測量方法，但迄今為止，各種方法各有缺陷，均不盡人意。1773年英國牧師S.Hales就在馬身上測到了血壓，而人體動脈血壓的直接測量是從1856年才被臨床接受。人體血壓的無創(chuàng)測量始于1875年，到1896年Riva-Rocci發(fā)明了氣袖式血壓計和1905年Korotkof證明了柯氏音，奠定了柯氏音聽診測量方法之后，無創(chuàng)血壓測量才在臨床上得到了廣泛的接受和應(yīng)用。在柯氏音法的應(yīng)用歷史過程中，人們很早就發(fā)現(xiàn)血壓測量時氣袖中的壓力除隨放氣而下降外還存在一個震蕩，我們現(xiàn)在稱其為脈搏波，這個震蕩的幅度有一定的規(guī)律性。1890年Roy并Adami提出這個震蕩開始時對應(yīng)的氣袖壓力是收縮壓，當震蕩達到最大時對應(yīng)的氣袖壓力是舒張壓。1897年Hill和Bamard提出當震蕩幅度達到最大時，對應(yīng)的氣袖壓力是平均壓。1903年Erlanger為氣袖放氣過程中震蕩振幅突然增加時的氣袖壓力對應(yīng)的是收縮壓，而振幅最大后的最低點則對應(yīng)了舒張壓。1969年P(guān)osey和1977年Geddes通過測振法和直接法的對照，證實當脈搏波振幅達到最大時，氣袖壓力與動脈平均壓密切相關(guān)，這一結(jié)論通過動物實驗得出，認為最大振動波所對應(yīng)的動脈外最小阻斷壓力可反映動脈平均壓。這一結(jié)論己從對測量物理過程的分析及與有創(chuàng)方法的對比試驗中都得到了證實。目前，人體血壓的無創(chuàng)測量方法常用的有：人工柯氏音法、電子柯氏音法和測振法。人工柯氏音法通過袖帶加壓和聽脈搏音來測量血壓，優(yōu)點是測量簡單，缺點是不同的人可能測出不同的結(jié)果，有時差別較大，誤差主要由不同醫(yī)生的聽力、分辨力、反應(yīng)時間不同，放氣速度不同造成的，而且外界的其他聲音振動也會造成醫(yī)生判斷失誤，當病人動脈血流聲音頻率低于人聽閾時，無法測量。電子柯氏音是在7080年代發(fā)展起來的一種電予測量血壓的方法，基本原理是把柯氏音法用電子技術(shù)完成：也就是袖帶加氣、放氣由氣泵完成，聽脈搏音用電子拾音器完成，判斷方法與人工幾乎相同。其優(yōu)點是一致性比較好，不存在不同醫(yī)生間的差異。缺點仍然是易受外界聲音的干擾，而且不同人脈搏的強弱也造成測量結(jié)果的誤差。電子測振法是90年代發(fā)展起來的比較先進的血壓測量方法。其基本原理是測量放氣過程中的脈搏波動，經(jīng)過計算機對波幅進行分析，計算出平均壓、收縮壓、舒張壓和脈率等參數(shù)。其主要優(yōu)點是：1.測振法是無創(chuàng)血壓測量中唯一能測量動脈平均壓的方法；2.測振法不受外界噪音的影響，可以在較嘈雜的環(huán)境中使用；3.兒童和嚴重低血壓患者，動脈血流聲音低，也可由測振法測量。其缺點是人振動袖帶和氣管時及人運動時，會影響測量值：低壓測量受放氣速度的影響。由于測振法不依賴于柯氏音，抗干擾能力相對較強，脈搏波頻率較低，適于計算機處理，能較可靠的測出血壓，而且集成微處理器和集成壓力傳感器技術(shù)發(fā)展越來越快，因此目前被廣泛應(yīng)用。1.2.3 脈搏血氧飽和度測量技術(shù)的發(fā)展氧飽和度的鋇4量通常分為血氣分析法和光電測量法兩類。血氣分析法，就是采得人體動脈血樣，利用血氣分析儀測定。血氣分析儀測量精度相當高，但價格通常十分昂貴，分析所用時間比較長，而且血樣獲得需要動脈穿刺或插管，給患者帶來痛苦，不宜用于臨床使用。光電測量法，就是利用動脈氧飽和度不同透光性的差異來測量動脈氧含量，從而實現(xiàn)對氧飽和度的無創(chuàng)、連續(xù)、動態(tài)監(jiān)測，其成本相對要的低得多。光電測量法測量，在病人處于危險狀態(tài)時，其優(yōu)勢更明顯。脈搏血氧測量儀是一種不需要穿透血管的情況下，連續(xù)測量人體內(nèi)動脈血氧飽和度的光電測量儀器。脈搏血氧飽和度測量儀的發(fā)展己有很長的歷史?；贚ambertBeer定律的血氧飽和度測量的研制可以追溯到十九世紀。Lambert-Beer定律描述了光的傳播與光密度的關(guān)系。Bunsen和Kirchhoff于1860年改進分光光度計和隨后不久Stokes和Hoppe.Seyler對血色素的氧氣運輸功能的闡述，為血氧飽和度測量的發(fā)展鋪平了道路。1932年，Nicolai和Kramer這兩位科學家研制接近于現(xiàn)今使用的脈搏血氧飽和度測量儀。1935年，Matthes研制了第一個雙波長的耳部血氧測量探頭。這種設(shè)備可以實現(xiàn)脈搏血氧飽和度的測量。但這種設(shè)備測量緩慢，需要頻繁地校準，需要大量的輔助設(shè)備，并且不能有效的區(qū)分動脈和靜脈血流。這種早期設(shè)備采用紅光和綠光作為光源，改進后改用紅光和紅外光，提高了該設(shè)備的測量精確度。采用紅光和紅外光作為光源是我們現(xiàn)在實現(xiàn)脈搏血氧飽和度測量的基礎(chǔ)。1942年，Millikan使用一個加溫的耳部探頭的脈搏血氧飽和度測量儀對飛行員在大的重力條件下發(fā)生短時喪失知覺的現(xiàn)象進行設(shè)計。Millikan將脈搏血氧飽和度測量儀裝備在飛機上。1949年，Wood重新設(shè)計了脈搏血氧儀，給它加了一個氣囊，氣囊的作用是將耳部的血液擠走以獲得絕對零點來改進血氧飽和度測量的準確性。當氣囊放氣時，血液重新灌注到測量點，這樣可以得到一個零點和一個峰值，進而計算出血氧飽和度的值。這種設(shè)備由于光源穩(wěn)定要求較高，沒有應(yīng)用于臨床實踐中。Wood采用的這種無損傷檢測血氧飽和度的方法在50年代成為一種最佳的方法，如Wa