Hvernig á að tryggja nákvæma mælingu á díóðum í oximeter hringrásum?

1, LED með tvíbylgjulengd: hornsteinn nákvæmrar merkjaframleiðslu
Oxýmælirinn notar ljósdíóða með tvíbylgjulengd með 660nm rauðu ljósi og 940nm innrauðu ljósi og hönnun hans byggir á mismun á frásogseiginleikum blóðrauða (Hb) og súrefnisblandaðs blóðrauða (HbO ₂) fyrir mismunandi bylgjulengdir ljóss. Nánar tiltekið:

660nm rautt ljós: HbO ₂ frásogshraðinn er lágur, Hb frásogshraðinn er hár og boðstyrkur er neikvæð fylgni við súrefnisinnihald í slagæðum;
940nm innrautt ljós: HbO ₂ frásogshraði er marktækt hærra en Hb, og merki styrkur er jákvæð fylgni við súrefnisinnihald í slagæðum.
Lykilatriði tæknilegrar útfærslu:

Tímastjórnun: Keyrðu ljósdíóðann til að blikka til skiptis (venjulega á tíðninni 100-500Hz) í gegnum H-brúarhringrás til að forðast gagnkvæma truflun á milli ljósmerkjanna tveggja. Til dæmis notar ákveðin gerð af súrefnismælir PWM merki MSP430 örstýringarinnar til að stjórna LED ökumannsflögunni og ná til skiptis lýsingu á rauðu og innrauðu ljósi með 0,5 ms millibili.
Stöðugur straumdrif: Notaðu stöðuga straumgjafarás til að tryggja stöðugan ljósstyrk LED og koma í veg fyrir truflun á sveiflum aflgjafa á ljósstyrk. Klínísk súrefnismælir notar nákvæmni viðnám (eins og 0,1% nákvæmni) og rekstrarmagnara til að mynda endurgjöfarlykkju, sem stjórnar LED straumsveiflum innan ± 0,5%.
Kvörðun ljósstyrks: Í framleiðsluferlinu er ljósstyrkur LED-ljósstyrks stilltur í gegnum sjón-síur til að passa við merkjamagn tveggja bylgjulengda og bæta kraftmikið svið síðari merkjavinnslu. Til dæmis notar flytjanlegur súrefnismælir samþætta kúlukvörðunarkerfi til að stjórna styrkleikahlutfalli rauðs og innrauðs ljóss við 1:1,2 ± 0,05 áður en hann yfirgefur verksmiðjuna.
2, Ljósdíóða: kjarninn í hár-ljósviðkvæmni
Ljósdíóður eru ábyrgir fyrir því að breyta ljósmerkjum sem send eru í gegnum fingur í rafmerki og afköst þeirra hafa bein áhrif á merki-til-noise ratio (SNR). Helstu tæknilegu breyturnar eru:

Svörunarbylgjulengdarsvið: Það þarf að ná yfir 400-1050nm til að bregðast við bæði rauðu og innrauðu ljósi samtímis;
Viðbragðshraði: Hækkunartíminn ætti að vera minni en 1 μ s til að fanga litlar breytingar á púlsbylgjum;
Myrkur straumur: Hann þarf að vera lægri en 0,1nA til að draga úr truflunum á umhverfisljósi.
Dæmigert umsóknartilvik:
Ákveðinn súrefnismælir úr læknisfræði notar OSRAM SFH 2701 ljósdíóða. Þegar öfug hlutdrægni er 5V er dökkstraumurinn aðeins 0,05nA og svörunin nær 0,55A/W við 940nm. Tækið bætir verulega-tíðniviðbragðsgetu sína með því að fínstilla uppbyggingu PN-mótamótanna og minnka rafrýmið í 1,7pF.

Lykilatriði hringrásarhönnunar:

Transviðnám magnari (TIA): breytir veiku straummerki (venjulega 0,1-10 μ A) ljósdíóða í spennumerki. Til dæmis notar ákveðin hönnun AD8065 rekstrarmagnara til að smíða TIA, með endurgjöf viðnám upp á 1M Ω, sem nær umbreytingarávinningi upp á 0,1V/μ A.
Bæling umhverfisljóss: Tvöföld bæling á truflunum á umhverfisljósi er náð með ljóssíur (eins og 660nm og 940nm bandpass síur) og hringrásarsíur (eins og RC lág-passasíur). Tilraunagögn sýna að þetta kerfi getur dregið úr 50Hz afltíðnistruflunum um 40dB.
Hitaleiðrétting: NTC hitari er samþættur við hlið ljósdíóðunnar og TIA styrkurinn er stilltur í rauntíma- í gegnum örstýringu til að jafna upp hitastig. Til dæmis stjórnar ákveðin hönnun sveiflum útgangsspennu innan ± 0,5% á bilinu -20 gráður til 50 gráður.
3, hávaðabæling: Full hlekkja fínstilling frá vélbúnaði til reiknirit
Merki súrefnismælisins inniheldur marga hávaðagjafa, sem þarf að bæla niður með samhæfingu vélbúnaðar og reiknirit:

Vélbúnaðarsía:
Formögnun: Rekstrarmagnari með litlum-hljóði (eins og OPA2333, með inntaksspennuhljóðþéttleika sem er aðeins 3,5nV/√ Hz) er notaður til að smíða TIA og draga úr hitauppstreymi;
Bandpass síun: Dragðu út púlsbylgjumerki upp á 0,7-3Hz í gegnum aðra-lágrás-síu (skeru-off tíðni 11,25Hz) og fyrstu-stöðu hápassasíu (skerðingartíðni 0,0159Hz);
50Hz hak: Notaðu tvöfalt T net eða virka síunarrás til að bæla niður truflun á afltíðni.
Stafræn síun:
FIR sía: notuð til að fjarlægja-há tíðni hávaða og varðveita eiginleika púlsbylgju;
Aðlagandi síun: stillir síustuðla á virkan hátt í gegnum LMS reiknirit til að bæla niður hreyfingar. Ákveðin tilraunagögn sýna að þetta kerfi getur dregið úr mæliskekkju af völdum hreyfistruflana úr ± 5% í ± 1,5%.
4, Dynamic bætur: aðlagast mismunandi lífeðlisfræðilegum og notkunaraðstæðum
Til að bæta alhliða mælingu þarf súrefnismælirinn að jafna upp á virkan hátt fyrir eftirfarandi aðstæður:

Húðlitamunur: Dökk húð hefur sterkari frásog ljóss og þarf að bæta fyrir merkidempun með því að stilla LED akstursstrauminn (eins og að auka úr 5mA í 10mA) eða TIA aukningu. Ákveðin hönnun notar örstýringu til að fylgjast með úttaksspennu ljósdíóða í rauntíma og stilla ávinningsstuðulinn sjálfkrafa.
Lágt gegnflæðisástand: Áfall eða ofkæling leiðir til lækkunar á sveiflustærð púlsbylgju og bæta þarf merki-til-suðs með því að auka sýnatökuhraðann (eins og úr 100Hz í 500Hz) og lengja samþættingartímann (eins og úr 100ms í 500ms). Klínísk rannsókn sýndi að þessi aðferð getur aukið árangur við mælingar hjá sjúklingum með lágt gegnflæði úr 75% í 92%.
Tilfærsla rannsakans: Með því að fylgjast með breytingum á merkjamagni (svo sem minnkun um meira en 30%), kemur viðvörun af stað til að hvetja notandann til að laga rannsakann aftur. Færanlegur súrefnismælir samþættir hröðunarskynjara og bælir enn frekar niður truflun á tilfærslu með hreyfiskynjunaralgrími.
5, Klínísk staðfesting og staðlað samræmi
Oxímetrar í læknisfræðilegum gráðu krefjast strangrar klínískrar staðfestingar og staðlaðs samræmis:

Aðlögun klínískra gagna: Komdu á kortlagningarferil á milli R gildis (rauðu ljóss og innrauðs ljóss AC/DC merkjahlutfalls) og SpO ₂ byggt á miklu magni sjálfboðaliðagagna. Til dæmis nær kvörðunarferill ákveðins líkans af súrefnismæli yfir sviðið SpO ₂ 70% -100%, með hámarksskekkju minni en eða jafnt og 2%.
IEC 60601-2-20 staðall: krefst þess að LED ljósstyrkur fari ekki yfir 10mW/cm ² til að forðast húðbruna; Jafnframt er kveðið á um að mæliskekkjan skuli ekki fara yfir ± 3% á bilinu SpO ₂ 70% -100%.