一种基于血氧的智能预警装置

1.本发明涉及医疗检测技术领域，尤其涉及一种基于血氧的智能预警装置。


背景技术：

2.血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白，结合成氧合血红蛋白，再输送到人体各部分组织细胞中去。血液携带输送氧气的能力即用血氧饱和度来衡量。同时，血氧饱和度也是对病人监控的主要指标，能够反映出人体呼吸系统以及心血管的健康程度，在人类的疾病预防与诊断中起着重要的作用，因此，对血氧饱和度进行监测具有十分重要的生理意义。由于人体不同部位的组织氧含量不同，而且组织含氧量很难通过无创的方法进行测量，因此临床上通常使用动脉血的氧饱和度来代替人体组织的氧饱和度，正常人体动脉血的血氧饱和度为98％，静脉血为75％。并且，监测动脉血氧饱和度还可以对肺部氧合血红蛋白携氧能力进行估计，它能直接反映肺的呼吸功能，健康人的测量值应在95％以上，吸烟人群可能会偏低一些，通常认为低于90％是一种危险信号。
3.急救室里血氧监测仪可以对病人的血氧饱和度进行持续的监测，再依据测量得到的血氧饱和度值来决定氧气的供给量，可以保证安全成功地输送氧气。尤其是对重症病人和进行通气不顺畅的手术时，它能够迅速提供病人的血氧迅息，以便医生即时采取相应救助措施。
4.在监护室里血氧监测仪可根据相应的病情状况进行相应报警项的设定，当发现病人出现呼吸暂停、血氧饱和度值过低、心率加快、心率减慢等状况时，可分别进行相应的报警。血氧仪还可用于吞咽障碍的筛查、睡眠呼吸暂停综合征的筛查、血气测量的筛查等。
5.另外在新生儿监护方面也极其重要，特别对新生儿、早产儿的高血氧或低血氧症的辨认尤其敏感，再根据监测的结果实时调整供氧设备的供氧量，来避免对新生儿的脑、眼、肺等造成伤害。例如：脉搏血氧饱和度测定(pox)已被证实为一种有效的针对特殊先天性心脏病(cchd)的筛查方式在新生儿早期，使用脉搏血氧饱和度测定联合心脏听诊能显著提高主要先心病的检出率。
6.我们日常遇到的血氧饱和度监测系统往往是在医院见到的监护仪，这种监护仪在处理速度、存储能力以及分析能力上占有比较大的优势。但这种监护仪体积较大、价格昂贵、导线众多繁琐、专业性很强，不具备无线传输能力，限制了它在家庭保健和社区服务中的广泛应用，而体积小，使用方便的无线血氧监测系统始终是研究热点。
7.根据朗伯-比尔定律，利用氧合血红蛋白和还原血红蛋白独特的光谱吸收特性，无创地测量人体血氧饱和度的方法证明是完全可行的。
8.根据上述，目前基于朗伯-比尔定律的近红外双波长法可实现血氧饱和度无创、连续、实时监测，具有很好的临床应用价值，成为研究的热点。但是该方法存在抗干扰能力弱、
信噪比不高、受个体差异影响大等缺点，制约了血氧饱和度检测精度的提高。本专利解决了以上问题，具有微型化，方便携带与使用、低功耗等优势，此外脉搏血氧饱和度测量仪实现了对脉搏血氧饱和度的测量,能够使人们随时随地的对自己身体进行检查其是对于关注老年人的身体状况更为重要,在有老龄化趋势的中国，脉搏血氧饱和度测量仪更是有它实际的意义和广大的市场价值，在科技高度发达的社会很有意义。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题在于：提供一种基于血氧的智能预警装置，用于无线检测患者血氧饱和度。
10.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于血氧的智能预警装置，包括上位机和sim900a模块，还包括max30102脉搏血氧模块、stm32f103zet6微控制器和hc_08蓝牙模块，所述的max30102脉搏血氧模块通过spi接口与stm32f103zet6微控制器进行通信，实现数据的同步收发，所述的stm32f103zet6微控制器在spi的主模式下负责配置max30102脉搏血氧模块各个输入端的通断，同时将数字信号通过dma传输给hc_08蓝牙模块，所述的hc_08蓝牙模块传输给上位机，便于上位机对血氧信号进行实时显示和存储，同时当上位机分析完患者的血氧信号后，通过大数据比对，将可能发生的情况通过sim900a模块发送短信至患者手机端。
11.进一步，所述的上位机为血氧监护仪，由微电脑处理器、控制面板、存储器和蜂鸣器组成。
12.进一步，所述的max30102脉搏血氧模块的spi通信采用四线制，由数模转换芯片、时钟信号sclk、数据输入线din、数据输出线dout和片选线cs组成。
13.进一步，所述的stm32f103zet6微控制器设置max30102脉搏血氧模块中的寄存器、可编程放大器(pga)的放大倍数以及采样频率的值，控制sim900a模块发送短信和发出警报。
14.进一步，所述的可编程放大器pga的放大倍数为1，采样频率为500hz。
15.进一步，所述的stm32f103zet6微控制器作为主控制器，提供串行外设接口因此可以很方便地读取max30102脉搏血氧模块并控制hc_08蓝牙模块。
16.与现有技术相比，该一种基于血氧的智能预警装置，利用max30102脉搏血氧模块进行血氧信号的采集，以stm32f103zet6微控制器为主控制器控制max30102脉搏血氧模块和hc_08蓝牙模块完成血氧信号的无线传输，再经过蓝牙接收到数据后传到上位机，上位机将血氧信号在显示屏上可视化为波形图，再将患者的血氧饱和度进行分类，将可能发生的情况通过sim900a模块以短信方式发送给患者并发出警报，以提前预警可能发生的疾病。
附图说明
17.图1是max30102脉搏血氧模块的引脚图；
18.图2是hc_08蓝牙模块的引脚图；
19.图3是stm32f103zet6微控制器的引脚图；
20.图4是sim900a模块引脚图；
21.图5是一种基于血氧的智能预警装置的结构示意图。
22.上位机(1)、sim900a模块(2)、max30102脉搏血氧模块(3)、stm32f103zet6微控制器(4)、hc_08蓝牙模块(5)。
23.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明。
具体实施方式
24.在下文中，阐述了多种特定细节，以便提供对构成所描述实施例基础的概念的透彻理解，然而，对本领域的技术人员来说，很显然所描述的实施例可以在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下来实践，在其他情况下，没有具体描述众所周知的处理步骤。
25.在发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
26.如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种基于血氧的智能预警装置，包括上位机1和sim900a模块2，还包括max30102脉搏血氧模块3、stm32f103zet6微控制器4和hc_08蓝牙模块5，所述的max30102脉搏血氧模块3通过spi接口与stm32f103zet6微控制器4进行通信，实现数据的同步收发，所述的stm32f103zet6微控制器4在spi的主模式下负责配置max30102脉搏血氧模块3各个输入端的通断，同时将数字信号通过dma传输给hc_08蓝牙模块5，所述的hc_08蓝牙模块5传输给上位机1，便于上位机1对血氧信号进行实时显示和存储，同时当上位机1分析完患者的血氧信号后，通过大数据比对，将可能发生的情况通过sim900a模块2发送短信至患者手机端，所述的上位机1为血氧监护仪，由微电脑处理器、控制面板、存储器和蜂鸣器组成，所述的max30102脉搏血氧模块3的spi通信采用四线制，由数模转换芯片、时钟信号sclk、数据输入线din、数据输出线dout和片选线cs组成，所述的stm32f103zet6微控制器4设置max30102脉搏血氧模块3中的寄存器、可编程放大器(pga)的放大倍数以及采样频率的值，控制sim900a模块2发送短信和发出警报，所述的可编程放大器pga的放大倍数为1，采样频率为500hz，所述的stm32f103zet6微控制器4作为主控制器，提供串行外设接口因此可以很方便地读取max30102脉搏血氧模块3并控制hc_08蓝牙模块5；
27.需要说明的是该一种基于血氧的智能预警装置具备以下功能；
28.a、本发明采用max30102脉搏血氧模块3，先利用红光和近红外光两种波长的光源，对人体手指末端做透射吸收测量，得到两路变化的光电流信号，再通过max30102脉搏血氧模块3内置的芯片集成12位adc及数字滤波等处理后得到其脉搏波信号，根据血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白对这两种波长光能量的吸收差异,通过mcu内部计算处理，并借助数模转换芯片、时钟信号sclk、数据输入线din、数据输出线dout和片选线cs组成的数模转换功能，能将检测的电信号转换为数字信号，最终得到具体的血氧饱和度和脉率数值；
29.b、通过选用stm32f103zet6微控制器4作为主控制器，该控制器提供串行外设接口因此可以很方便地读取max30102脉搏血氧模块3并控制hc_08蓝牙模块5，在本系统中，stm32f103zet6微控制器4通过spi与max30102脉搏血氧模块3等设备进行通信，主控制器工作在spi的主模式下，主要负责采集前端初始化(激活通道、每个通道的增益/偏移设置等)；
30.c、hc_08蓝牙模块5采样率达到500hz，具有较高的传输速率，能将数字信号传输给上位机1，利于上位机1血氧监护仪中的微电脑处理器进行分析计算，并通过存储器进行数
据存储，当发生异常数据后可触发蜂鸣器进行相应的报警提示；
31.d、sim900a模块2可以实现语音、sms(短信)、数据和传真信息的传输，能将上位机1分析计算后的数据发送短信至患者手机端，达到提醒患者目的，同时，本模块具有低功耗，方便灵活，操作简单并且稳定，掉线之后可以自动连接，运行过程十分稳定；
32.综上，该一种基于血氧的智能预警装置取得如下有益效果；
33.1、解决了现有临床监护仪的不便携、因采用导联线等问题，无法实现无线数据传输，方便了患者的使用；
34.2、利于患者对自身情况的了解，增加了预警功能，可以提前预防了一些隐患疾病；
35.3、同时还实现了血氧饱和度检测的便利性,为信息共享、专家会诊、医院教学等工作提供支持；具体在应用场景中,医生可以持有分体式监护仪,护士、患者等也可以持有,并可以实现远程诊疗,尤其在对如新冠肺炎等对被隔离的感染病患者进行诊疗时,医生可以不进入隔离区,有效实现了医患隔离，今后将进一步提升现有上位机的功能,提供更多的智能化模块,进一步发挥出经济和社会效益。
36.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于血氧的智能预警装置，包括上位机(1)和sim900a模块(2)，其特征在于还包括max30102脉搏血氧模块(3)、stm32f103zet6微控制器(4)和hc_08蓝牙模块(5)，所述的max30102脉搏血氧模块(3)通过spi接口与stm32f103zet6微控制器(4)进行通信，实现数据的同步收发，所述的stm32f103zet6微控制器(4)在spi的主模式下负责配置max30102脉搏血氧模块(3)各个输入端的通断，同时将数字信号通过dma传输给hc_08蓝牙模块(5)，所述的hc_08蓝牙模块(5)传输给上位机(1)，便于上位机(1)对血氧信号进行实时显示和存储，同时当上位机(1)分析完患者的血氧信号后，通过大数据比对，将可能发生的情况通过sim900a模块(2)发送短信至患者手机端。2.根据权利要求1所述的一种基于血氧的智能预警装置，其特征在于所述的上位机(1)为血氧监护仪，由微电脑处理器、控制面板、存储器和蜂鸣器组成。3.根据权利要求1所述的一种基于血氧的智能预警装置，其特征在于所述的max30102脉搏血氧模块(3)的spi通信采用四线制，由数模转换芯片、时钟信号sclk、数据输入线din、数据输出线dout和片选线cs组成。4.根据权利要求1所述的一种基于血氧的智能预警装置，其特征在于所述的stm32f103zet6微控制器(4)设置max30102脉搏血氧模块(3)中的寄存器、可编程放大器(pga)的放大倍数以及采样频率的值，控制sim900a模块(2)发送短信和发出警报。5.根据权利要求4所述的一种基于血氧的智能预警装置，其特征在于所述的可编程放大器pga的放大倍数为1，采样频率为500hz。6.根据权利要求1所述的一种基于血氧的智能预警装置，其特征在于所述的stm32f103zet6微控制器(4)作为主控制器，提供串行外设接口因此可以很方便地读取max30102脉搏血氧模块(3)并控制hc_08蓝牙模块(5)。

技术总结
本发明公开了一种基于血氧的智能预警装置，包括上位机(1)和SIM900A模块(2)，其特征在于还包括MAX30102脉搏血氧模块(3)、STM32F103ZET6微控制器(4)和HC_08蓝牙模块(5)，该一种基于血氧的智能预警装置，利用MAX30102脉搏血氧模块进行血氧信号的采集，以STM32F103ZET6微控制器为主控制器控制MAX30102脉搏血氧模块和HC_08蓝牙模块完成血氧信号的无线传输，再经过蓝牙接收到数据后传到上位机，上位机将血氧信号在显示屏上可视化为波形图，再将患者的血氧饱和度进行分类，将可能发生的情况通过SIM900A模块以短信方式发送给患者并发出警报，以提前预警可能发生的疾病。病。病。


技术研发人员：万永 张磊 魏诗雨 刘昌
受保护的技术使用者：西安交通大学医学院第一附属医院
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/3/8