基于无线探头的肝储备功能检测仪的设计.docVIP

　　基于无线探头的肝储备功能检测仪的设计 摘 要： 为了检测人体脉搏和血氧信号，评估人体的肝脏储备功能，开发一种基于无线探头的三波长肝储备功能检测仪。设备以STM32微处理器为核心设计了模拟式信号采集探头，然后利用nRF24L01射频模块建立探头与主机之间的无线数据通信，最后设备在基于S3C2440平台的主机上对数据进行处理和显示。测试结果表明，该系统运行稳定可靠，能够实时有效地检测人体相关生理参数，而且功能强大，使用方便，具备临床实用性。 中国 8/vie 　　关键词： 肝储备功能； STM32； nRF24L01； 信号采集； 无线传输 　　中图分类号： TN915?34 文献标识码： A ： 1004?373X（2017）06?0001?04 　　Abstract： In order to detect the human body′s pulse and blood oxygen signal， and evaluate the liver reserve function of the human body， a neodule nRF24L01 is used to realize the ission beteters related to human body in real time. The detector has poission 　　0 引 言 　　肝?Ρ改芰ζ拦涝诹俅采暇哂兄匾?意义，是肝叶切除手术之前评估切肝量的重要依据。肝储备功能的评估方法有很多，吲哚青绿（Indocyanine Green，ICG）排泄试验就是其中一种。20世纪70年代，日本人Aoyagi以朗伯?比尔定律[1?2]为基础提出脉搏分光光度法[3]用来计算血氧饱和度。此后他又改进[4]此方法，结合ICG排泄试验，提出脉搏染料密度分光光度法，用来测量动脉血中ICG的浓度，以此来评价肝的储备功能。 　　本文介绍了一种基于脉搏染料密度分光光度法的三波长肝储备功能检测仪，设备包括无线探头和主机。其中，探头采集人体信号后通过射频模块进行无线传输，打破了传统设备的探头与主机“一对一”的固定模式，可以建立多个探头与一台主机之间“多对一”的数据传输链，实现多人同时检测，提高了设备的使用效率；主机基于ARM S3C2440平台，接收并处理数据，代入相关公式[5]后可以计算出血氧参数和ICG浓度，实现了对肝脏储备能力的有效检测。 　　1 硬件设计 　　如图1所示，设备硬件结构主要由无线探头和主机组成。首先，由分布在手指两侧的发光二极管和光电芯片组成的探头前端采集信号，然后送入模拟信号处理电路进行放大、信号分离、滤波，再经STM32处理器A/D转换，最后通过nRF14L01模块发送出去；主机以S3C2440平台为核心，通过nRF14L01接收数据，然后进行相应处理。 　　1.1 探头前端 　　动脉的搏动改变了动脉血液的光程长，动脉血液对光的吸收量也随之改变[6]，探头前端用来实现对光吸收变化量的有源探测。人体指尖动脉成分含量高，且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此通常选取人体指尖作为测量对象。 　　探头前端的探测光源选择了Epitex公司的L660/805/940?35B42芯片，该芯片集成了三个波长（660 nm，805 nm，940 nm）的发光二极管，体积小，照射区域集中、便于光电转换。二极管芯片由单片机输出的三路时序信号分时驱动发光，光透过手指后的强度变化反应了人体的脉搏血氧信息[7]。光电探测芯片采用的是TI公司生产的OPT101，它的灵敏度较高，且集成了前置放大器单元，输出的电压与光照强度成线性关系。通过OPT101可以很方便地将透过手指的光信号转换为电压信号。 　　1.2 模拟信号处理电路 　　从OPT101出来的人体信号是三路波长的分时叠加信号，强度比较弱，而且可能掺杂有干扰信号，因此在模拟信号处理电路中需设计增益可调的反向放大电路、分离电路以及低通滤波电路等。滤波后的信号再经跟随器进入STM32自带的ADC进行模数转换。设备采用低成本、低功耗、高精度的仪表放大器AD620设计微小信号放大电路[8]，仅需使用一个外部电阻即可设置增益。 　　经过放大的电压信号依然是三个波长的混合信号，而在主机中需要分别用到三个波长信号的交流值和直流值，因此必须设计信号分离电路来将三路信号分离。本设备将三个双向模拟开关CD4066并联组合，使用三路脉冲序列分别作为三个CD4066的选通信号，以此将三路信号分离出来。最后，为了提高信噪比并解调信号，分离后的信号必须进行低通滤波。人体脉搏信号的主频在20 Hz以下，因此设备选择了截止频率在20 Hz的四阶低通巴特沃斯滤波器。巴特沃斯滤波器通带平坦