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近红外无线血氧监测仪的设计与实现

刘方;骆清铭

  氧在人体中的携带和运输主要通过与血液中的血红蛋白结合形成氧合血红蛋白的形式进行。近年来。近红外光谱学技术(NIRS)的发展使无损监测体内含氧血红蛋白(Hbo2)和还原血红蛋白(Hb)的变化成为可能。多波长近红外光谱无损测氧技术,就是利用血红蛋白携氧量不同,对近红外光(600nm~1000nm)呈现出不同的吸收谱来确定氧代谢状态。由于组织光散射和其它吸收体引起的光衰减在测量过程中近似恒定,连续监测光衰减的变化对应着血红蛋白合氧状态的相对变化。我们开发了一种便携式无线近红外无损血氧监测系统,系统使用连续光三波长.采用反射式探头设计可以连续监洲局部肌肉组织中血流量、含氧血红蛋白,去氧血红蛋白相对浓度变化。设计采用单片机探制,高速率、低功耗数传Modem,RF无线数据传输,以及自行研制开发信号提取电路,共同组成了无线血氧监测仪便携模块。由于系统微型化、低功耗的需要,因此在芯片的选取,整体电路的设计时.既考虑了IC芯片的电气特征,也考虑了整体电路的布局和结构特征,使得在降低整体电路功耗的情况下,同时也保证了血氧信号采集和无线数传的高质量。无线通讯上位PC机通过串口通讯可进行数据信息的采集、显示和储存,结合RF无线数传方式,使该仪器的使用更灵活,对活动范围大,行动形式不固定的对象如:训练中的运动员,自由行动的病人也能实现实时监测。在实际应用中,对20多名运动员进行氧递增负荷运动训练时肌血氧变化规律进行了测量研究。测试对象为武汉体育学院体育系九九级田径专业学生,男性,平均年龄20.4岁,平均身高1.78m,平均体重68.7kg。选择特别发达和体积最大的股四头肌作为探测点,探头放置在肌肉纵向平面上,让光源和探测器的轴线平行于大腿,绷带不能过紧.以免造成局部缺血。受试者运动方式为脚踏功率自行车进行三级(900kpm、1200kpm和1500kpm)递增负荷运动。每级负荷时间为2min实时监测静止、运动和恢复过程中肌氧含量和血容量的变化,同时还记录运动员心率、血乳酸值作为比较生理信号。测量结果表明:运动员在运动训练过程中及训练后恢复期的氧消耗和恢复与运动强度明显相关。这对于进一步评定训练效果,掌握训练强度,判断疲劳以及运动员选材的深入研究提供了重要的参考价值。……