[發(fā)明專利]一種光-頻率轉(zhuǎn)換式脈搏血氧儀的數(shù)字信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110401535.6
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102512176A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖京生;劉偉;沈昭;鐘燦成;彭忠寶;倪平強;張如意;胡超;劉立;孟慶虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及血氧飽和度測量，特別涉及一種光-頻率轉(zhuǎn)換式脈搏血氧儀的采樣和數(shù)字信號處理方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有血氧飽和度測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是測量透過手指或從手指反射的光強度，這可以通過光-頻率轉(zhuǎn)換傳感器實現(xiàn)。光-頻率轉(zhuǎn)換傳感器通過將光強轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號，然后通過對數(shù)字脈沖信號計數(shù)獲得頻率信息，并計算出光強度。該血氧測量方法的關(guān)鍵部件光頻轉(zhuǎn)換器的工作原理是，光頻轉(zhuǎn)換器可以把光強度信息轉(zhuǎn)化成不同頻率的電脈沖，從而可以通過一定時間內(nèi)的電脈沖計數(shù)推算出光強度信息。而血氧測量正是通過紅外光和紅光光強度變化的差異計算血氧值的。

由于血氧測量需要兩種波長的光強信息，因此通常需要兩個紅外發(fā)光管按照嚴(yán)格時序交替發(fā)光，分別對每個發(fā)光管發(fā)光間期的光強進行單獨測量并計算出血氧。例如，光-頻率轉(zhuǎn)換式脈搏血氧儀采用血氧測量方法，測量過程中包括發(fā)光管通斷控制、外部中斷采樣和CPU數(shù)據(jù)處理。現(xiàn)有的已公開中國專利申請200610104505.8采用實時反饋的方法控制兩個發(fā)光管的通斷以及采樣過程，采樣過程受CPU控制，并基于頻率采樣對通斷進行調(diào)節(jié)。對于類似于Linux的非實時操作系統(tǒng)，(例如基于ARM體系結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)通常采用非實時的Linux或WinCE以獲得好的用戶交互、通訊和多任務(wù)功能)，由于系統(tǒng)在同一時刻可能要處理例如定時器、串口、USB等終端及用戶交互，從而可能在CPU資源的使用上產(chǎn)生沖突，使得采樣過程受到其它中斷的干擾而達不到時間精度的要求。且由于外部中斷的頻率可高達2000Hz，通過CPU進行中斷處理將使CPU在采樣時無法從事其它計算和數(shù)據(jù)處理工作，降低系統(tǒng)性能。對于具有DMA功能的單片機系統(tǒng)或嵌入式應(yīng)用，即使不采用任何操作系統(tǒng)或采用實時操作系統(tǒng)，本提案的方法也可以有效節(jié)約處理器資源，提高系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采樣過程不需要通過中斷進行頻率采樣的光-頻率轉(zhuǎn)換式脈搏血氧儀的數(shù)字信號處理方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光-頻率轉(zhuǎn)換式脈搏血氧儀的采樣和數(shù)字信號處理方法，其包括如下步驟：

頻率采樣步驟：對數(shù)字脈沖信號進行連續(xù)采樣，將采樣時得到的定時器在所述數(shù)字脈沖信號發(fā)生時的時間值保存在采樣數(shù)據(jù)先入先出隊列；

發(fā)光管通斷步驟：按照預(yù)設(shè)置時序，采用發(fā)光管定時器控制各發(fā)光管的點亮和熄滅，并將各發(fā)光管的通斷時間值分別保存在對應(yīng)的通斷時間記錄先入先出隊列；

處理步驟：根據(jù)通斷時間記錄先入先出隊列獲得各發(fā)光管的通斷時間段，從采樣數(shù)據(jù)先入先出隊列選擇各發(fā)光管發(fā)光時間段內(nèi)的脈沖時間記錄，以計算不同波長的光在不同時間段內(nèi)的脈沖頻率；并且，對已處理的發(fā)光管通斷時間記錄先入先出隊列和采樣數(shù)據(jù)先入先出隊列的內(nèi)存位置置位以追蹤并維護先入先出隊列的頭部。這里，置位指用采樣定時器取值范圍以外的數(shù)填充相應(yīng)內(nèi)存位置。

所述的數(shù)字信號處理方法中，測量發(fā)光管通斷時間的定時器與對血氧數(shù)字脈沖進行時間采樣的定時器采用相同的硬件定時器。

所述的數(shù)字信號處理方法中，所述處理步驟中，所述置位為向相應(yīng)內(nèi)存位置寫入一大數(shù)，所述大數(shù)為一數(shù)值，其大于數(shù)字脈沖采樣定時器可能取的時間值。

所述的數(shù)字信號處理方法中，所述頻率采樣步驟中，通過直接內(nèi)存訪問模式對血氧探頭產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號進行連續(xù)采樣并保存在所述采樣數(shù)據(jù)先入先出隊列中。

所述的數(shù)字信號處理方法中，所述發(fā)光管通斷步驟中，采用中斷處理程序?qū)⒏靼l(fā)光管的通斷時間值分別保存在對應(yīng)的通斷時間記錄先入先出隊列。

所述的數(shù)字信號處理方法中，所述處理步驟中，設(shè)置發(fā)光管的點亮?xí)r間大于定脈沖數(shù)采樣信號的時間長度，在各發(fā)光管的點亮?xí)r間段內(nèi)選擇定脈沖數(shù)采樣信號計算頻率。

所述的數(shù)字信號處理方法中，具體執(zhí)行如下步驟：

步驟A1、預(yù)分配一內(nèi)存區(qū)域作為采樣數(shù)據(jù)先入先出隊列的存儲區(qū)，將所述內(nèi)存區(qū)域置位；

步驟A2、預(yù)先為每一發(fā)光管分配一內(nèi)存區(qū)域作為其對應(yīng)的通斷時間記錄先入先出隊列，將各所述通斷時間記錄先入先出隊列的內(nèi)存區(qū)域置位；

步驟A3、啟動直接內(nèi)存訪問模式，采用外部源作為直接內(nèi)存訪問數(shù)據(jù)源，源地址是采樣計時器的計數(shù)觀察寄存器，目標(biāo)初始地址為先入先出隊列頭部；其中，源地址不變，目標(biāo)地址自動增量，以請求模式與單服務(wù)模式執(zhí)行，傳輸計數(shù)器設(shè)為先入先出隊列大小并自動重載；

步驟A4、采用發(fā)光管定時器的中斷事件控制各發(fā)光管的通斷時序，并將通斷時的采樣計時器值記錄到各發(fā)光管對應(yīng)的通斷時間記錄先入先出隊列中；