CN205041403U - 一种数字式血氧仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种数字式血氧仪，应用于医疗器械技术领域，解决现有技术中血氧仪电路复杂，容易引入噪声的技术问题。该血氧仪包括：发光模块、采集透射过手指的光信号的光频转换器，控制发光模块和捕捉光频转换器脉冲的FPGA芯片，FPGA芯片通过无线通信模块与终端APP软件连接，脉冲由终端APP进行处理。该数字式血氧仪基于数字电路实现，无需频繁的进行数字与模拟信号的转换，电路简单且电路匹配性要求低，且不容易受到噪声的影响。采用FPGA芯片和APP方式，不仅可以提高数据处理效率而且可以提高监测结果准确度。

Description

一种数字式血氧仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种数字式血氧仪。

背景技术

血氧饱和度指的是人体血液中与氧结合的血红蛋白实际含量与血红蛋白总量的比值，即血液中血氧的浓度，是人体呼吸循环的重要参数，对衡量人体携带氧能力有重要的参考价值。血氧饱和度主要采用脉搏血氧仪进行检测，脉搏血氧仪(简称血氧仪)是一种无创伤、连续监测人体动脉血氧饱和度的医学仪器，被广泛应用于各种移动监护和睡眠监护。

传统脉搏血氧仪基于模拟电路实现，需要多次进行模拟与数字信号的转换，模拟电路对电路匹配度要求较高，电路较为复杂，容易引入电路噪声。其次，传统脉搏血氧仪的核心处理部分为单片机，单片机只能顺序执行指令，数据处理能力有限，运算效率较低，且数据处理精度不高。

实用新型内容

针对传统血氧仪存在的上述技术问题，本实用新型实施例提供一种数字式血氧仪，采用FPGA芯片+APP+无线通信方式实现血氧饱和度的监测，避免传统基于模拟电路的血氧仪存在的问题。

有鉴于此，本实用新型提供的一种数字式血氧仪可包括：

FPGA芯片、发光模块、光频转换器、无线通信模块和终端APP；

所述光频转换器，用于采集所述发光模块发出的光经手指透射后的光信号，并输出对应于所述光信号的数字脉冲至FPGA芯片；

所述FPGA芯片，用于控制发光模块的发光时序，将所述光频转换器输出的数字脉冲通过所述无线通信模块传输至所述终端APP。

优选的，所述无线通信模块为蓝牙通信模块。

优选的，所述无线通信模块为WiFi通信模块。

优选的，所述发光模块为发光二极管，FPGA芯片通过控制时序驱动发光二极管。

优选的，所述FPGA芯片包括：发光驱动模块、脉冲捕捉模块；

所述发光驱动模块与发光模块连接，用于控制发光模块的发光时序；

脉冲捕捉模块与光频转换器连接，用于捕捉光频转换器发出脉冲的频率。

优选的，所述终端APP包括数据接收接口、第一信号处理模块、第二信号处理模块、数据分析模块、数据发送接口；

其中数据接收接口分别与第一信号处理模块、第二信号处理模块连接；

第一信号处理模块、第二信号处理模块分别与血氧饱和数据分析模块连接；

数据分析模块通过数据发送接口将脉搏值和血氧饱和度回传至FPGA芯片。

优选的，所述血氧仪还包括与FPGA芯片连接的OLED显示屏；

相应的，FPGA芯片还包括OLED屏驱动模块，用于驱动OLED显示屏显示结果分析模块回传的脉搏值和血氧饱和度。

优选的，所述FPGA芯片还包括：数据缓存模块；

所述数据缓存模块，用于缓存脉冲捕捉模块的输出信号，和/或，结果分析模块回传的脉搏值和血氧饱和度。

优选的，所述FPGA芯片为京微雅格科技有限公司的CME-HR系列FPGAHR03PN0Q68C7型号芯片。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供的血氧仪，采用FPGA+APP+无线通信方式实现血氧饱和度的监测。具体的，采用数字电路为主的方式，与模拟电路相比，无需进行数字与模拟信号的转换，电路简单且电路匹配性要求低，不容易受到噪声的影响；FPGA芯片可以并行执行指令，内部集成锁相环，核心频率可以到百兆，数据处理速率较高。数据的分析放在终端APP(应用)中实现，可以发挥对复杂数据和大数据量的处理优势。不仅可以提高数据处理速率，而且可以提高数据处理的准确度。

进一步的，FPGA芯片有大量的可编程资源，方便进行二次开发，在后续的使用过程中，可以根据具体应用的不同而增加相应功能。

进一步的，脉搏值和血氧饱和度可以在FPGA芯片侧通过OLED显示屏实时显示，另外在终端侧也可以实时显示，或者由终端进行存储，以便后续跟踪分析。若所述终端采用智能手机实现，则用户不仅可以对自己的脉搏血氧进行实时的监测，还可以通过手机上的历史记录对任何一段时间内的监测数据进行综合分析，最终对自己的脉搏及血氧状况进行连续的监测。

附图说明

图1为传统脉搏血氧仪的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种数字式血氧仪实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中终端APP的示意图。

具体实施方式

首先，对传统脉搏血氧仪做一简单介绍，参考图1所示，为传统血氧仪的结构示意图。光电检测部分用来将透过手指的红光或红外光信号转换为电信号，该电信号为模拟信号，然后通过对信号放大解调后，通过双光束分离将红光和红外光对应的模拟电信号分离，针对每种光分离后的电信号进行交直流分离，直流电直接进行模数转换，转换为数字信号，交流成分进行滤波和增益放大后进行模数转换，最后模数转换输出的信号统一由单片机处理，计算出脉搏值和血氧饱和度。

另外单片机还需要通过数模转换、光强调节和双脉冲驱动控制是发红光还是发红外光，以及所发光的强度和频率等。

由上可见，传统脉搏血氧仪是基于模拟信号处理实现的，数据处理核心为单片机，信号在传输中需要多次进行模拟与数字信号的转换，而模拟信号容易引入电路噪声，噪声会影响模拟信号到数字信号的转换，导致信号的误传。其次，模拟电路对电路匹配度要求较高，电路较为复杂。单片机只能顺序执行指令，数据处理能力有限，运算效率较低，且数据处理精度不高。因此非常需要一种新的血氧仪，能够在监测血氧饱和度的过程中，避免上述问题。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种数字式血氧仪，采用FPGA(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)芯片+APP方式实现血氧饱和度的监测，采用数字电路，电路简单且电路匹配性要求低，与模拟电路相比不容易受到噪声的影响，采用FPGA芯片和APP方式，不仅可以提高数据处理效率而且可以提高监测结果准确度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

参考图2所示，为本实用新型提供的一种数字式血氧仪的结构示意图，所述数字式血氧仪主要可以包括：FPGA芯片110、发光模块120、光频转换器130、终端APP140、无线通信模块150。

FPGA芯片110分别与发光模块120、光频转换器130连接，同时FPGA芯片通过无线通信模块150与终端APP140软件连接。

具体的，FPGA芯片110驱动发光模块120，以控制发光模块发出红光或红外光，发光模块发出的光照射在手指上，其中透过手指的光信号由光频转换器130检测到，光频转换器直接输出数字脉冲信号，FPGA芯片接收该数字脉冲信号并将该信号通过无线通信模块150传输至终端APP，由终端APP对脉冲信号进行处理，以分析得到脉搏值和血氧饱和度，用户通过终端显示屏监测脉搏值和血氧饱和度。

进一步的，所述无线通信模块的选择只要能够保证无线通信模块与终端之间可以匹配通信即可，至于采用何种通信模块可以根据实际采用的终端具体确定。比如，所述无线通信模块可以为蓝牙通信模块或者WiFi通信模块等。

在一些实施例中，所述发光模块120可以采用发光二极管，由于在监测血氧饱和度时，红光和红外光是都需要的，所述发光模块可以采用一个双光束二极管，FPGA芯片通过控制时序的方式驱动发光二极管发红光或红外光。或者采用两个发光二极管，分别发红光和红外光。

优选的，所述FPGA芯片可以包括：发光驱动模块、脉冲捕捉模块、数据接收模块、OLED屏驱动模块。相应的，血氧仪还包括一OLED显示屏160，该显示屏与OLED屏驱动模块连接。

发光驱动模块主要控制发光二极管的发光时序，脉冲捕捉模块主要接收光频转换器输出的数字脉冲，并计算脉冲频率，FPGA芯片可以在脉冲捕捉模块就算得到脉冲频率后直接通过无线通信模块150传输至终端。终端APP分析得到脉搏值和血氧饱和度后，可以将结果回传至FPGA芯片，触发OLED显示屏驱动电路驱动OLED显示屏显示结果。

脉搏值和血氧饱和度可以在FPGA芯片侧通过OLED显示屏实时显示，在终端侧也可以实时显示，或者由终端进行存储，以便后续跟踪分析。若所述终端采用智能手机实现，则用户不仅可以对自己的脉搏血氧进行实时的监测，还可以通过手机上的历史记录对任何一段时间内的监测数据进行综合分析，最终对自己的脉搏及血氧状况进行连续的监测。

进一步的，FPGA芯片还可以包括数据缓存模块，对脉冲捕捉模块的输出以及终端APP回传的分析结果进行缓存。

相应的，参考图3所示，为终端APP的结构示意图，主要包括：数据接收接口141、第一信号处理模块142、第二信号处理模块143、数据分析模块144和数据发送接口145。

其中数据接收接口141分别与第一数据处理模块、第二数据处理模块通信连接；第一数据处理模块、第二数据处理模块分别与数据分析模块144通信连接；数据分析模块144将分析得到的血氧饱和度及脉搏值通过数据发送接口145回传至FPGA芯片侧进行存储或显示。

智能终端因其功能强大，使用方便，越来越成为日常生活必不可少的一种工具，比如终端手机，因此，所述终端可以优先使用智能终端作为APP的载体，便于用户使用。FPGA芯片可以选用任何一款FPGA芯片，便于用户自由选型进行开发，优选的，可以选用京微雅格科技有限公司的CME-HR系列FPGAHR03PN0Q68C7型号芯片。

CME-HR系列FPGA芯片具有以下特点：

低功耗，高性价比；40nmUMC低功耗工艺；768到15360个4输入查找表(LUT)，采用先进的逻辑结构，精确映射设计；128位AES配置文件密钥及用户自定义安全ID；内嵌可配置存储器，PLL及片上晶振；用户可配置IO，最多可提供80对LVDSIO；多种小封装可选，最小支持1.5mmx1.5mm封装。

综上，本申请中的数字式血氧仪，采用FPGA芯片和APP实现血氧饱和度的检测。以数字电路处理为主，与模拟电路相比，无需进行数字与模拟信号的转换，电路简单且电路匹配性要求低，不容易受到噪声的影响；另外，FPGA芯片可以并行执行指令，内部集成锁相环，核心频率可以到百兆，数据处理效率较高。数据分析放在终端APP中实现，可以实现对复杂数据和大数据量的处理。

FPGA芯片有大量的可编程资源，方便进行二次开发，在后续的使用过程中，可以根据具体应用的不同而增加相应功能。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种数字式血氧仪，其特征在于，所述血氧仪包括：

FPGA芯片、发光模块、光频转换器、无线通信模块和终端APP；

所述光频转换器，用于采集所述发光模块发出的光经手指透射后的光信号，并输出对应于所述光信号的数字脉冲至FPGA芯片；

所述FPGA芯片，用于控制发光模块的发光时序，将所述光频转换器输出的数字脉冲通过所述无线通信模块传输至所述终端APP。

2.根据权利要求1所述的血氧仪，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙通信模块。

3.根据权利要求1所述的血氧仪，其特征在于，所述无线通信模块为WiFi通信模块。

4.根据权利要求1所述的血氧仪，其特征在于，所述发光模块为发光二极管，FPGA芯片通过控制时序驱动发光二极管。

5.根据权利要求1所述的血氧仪，其特征在于，所述FPGA芯片包括：发光驱动模块、脉冲捕捉模块；

所述发光驱动模块与发光模块连接，用于控制发光模块的发光时序；

脉冲捕捉模块与光频转换器连接，用于捕捉光频转换器发出脉冲的频率。

6.根据权利要求1-5任一项所述的血氧仪，其特征在于，所述终端APP包括数据接收接口、第一信号处理模块、第二信号处理模块、数据分析模块、数据发送接口；

其中数据接收接口分别与第一信号处理模块、第二信号处理模块连接；

第一信号处理模块、第二信号处理模块分别与血氧饱和数据分析模块连接；

数据分析模块通过数据发送接口将脉搏值和血氧饱和度回传至FPGA芯片。

7.根据权利要求6所述的血氧仪，其特征在于，所述血氧仪还包括与FPGA芯片连接的OLED显示屏；

相应的，FPGA芯片还包括OLED屏驱动模块，用于驱动OLED显示屏显示结果分析模块回传的脉搏值和血氧饱和度。

8.根据权利要求6所述的血氧仪，其特征在于，所述FPGA芯片还包括：数据缓存模块；

所述数据缓存模块，用于缓存脉冲捕捉模块的输出信号，和/或，结果分析模块回传的脉搏值和血氧饱和度。

9.根据权利要求6所述的血氧仪，其特征在于，所述FPGA芯片为京微雅格科技有限公司的CME-HR系列FPGAHR03PN0Q68C7型号芯片。