人 体 生 理 参 数 密 切 反 映 着 人 体 的 健 康 状 况。 通 过 生 理 参 数，一 方 面，可 以 使 被 测 人 员 在 熟 悉 的 环 境 中 测 量，避 免 了“白 衣 效 应”，使 测 得 的 生 理 参 数数据更加可靠；另 一 方 面，也 可 以 用 在 体 育 运 动 中 测 量 运 动 员 的 身 体 指 标，实 现 快 速 的 检 测 生 理参 数。便 携 式 生 理 参 数 测 量 设 备 可 以 实 现 无 创、实 时和连续的测量生理参数，使 多 生 理 参 数 测 量 设 备 的 应 用 范 围 得 到 扩 大。 由 此，对 生 理 参 数 检 测 仪 的 研 究 具 有 十 分 重 要 的 意 义。基于光电脉搏波 描 记 法（ＰＰＧ，ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）［１］测 量 人 体 多 种 生 理 参 数 的 方 法，具 有 操 作 简 单、性 能 稳 定 和适应性强等优点。已 取 得 了 一 系 列 的 进 展。 呼 吸 频 率 是 急 性 呼 吸 功 能 障 碍 的 敏 感 指 标， 也是衡量一个人心脏功能好坏和气体交换是否正 常 的 重 要 指 标。 因 此，能 快 速 准 确 测 量 出 人 体 的 呼吸频率对评估一个人的心脏功能和气体交换功 能 的 意 义 十 分 重 大。 临 床 上，主 要 测 量 呼 吸 频 率 的 方 法 有 阻 抗 法、直 接 测 量 呼 吸 气 流 法 和 气 道 压 力 法 等国 内 外 在 利 用 ＰＰＧ 解 调 出 呼 吸 频 率 方 面 进 行 了 相 应 的 研 究，采 用 的 方 法 有 数 字 滤 波 法、小 波 变 换 法 和 功 率 谱 法。Ｎｉｌｓｓｏｎ等 人［７，８］采 用 通 带 为 ０．１Ｈｚ～０．３Ｈｚ（６次／ｍｉｎ～１８次／ｍｉｎ） 的三阶巴特沃斯滤波器实现从脉搏波中解调出呼 吸 频 率，获 得 的 结 果 和 用 常 规 方 法 得 到 的 结 果 相 比 相 差 ０．５次／ｍｉｎ。Ａｄｄｉｓｏｎ等 人［９］用 Ｍｏｒｌｅｔ小 波 对 脉 搏 波 进 行 小 波 变 换 分 析，从 而 实 现 呼 吸 频 率 的 测 量。用小波变换计算出的呼吸频率和常规 方 法 测 得 的 呼 吸 频 率 相 比 较 存 在 １ 次／ｍｉｎ的 误 差，这 种 误 差 可 能 与 选 择 的 基 波 有 关。Ｌｉｎ 等 人［１０］通过计算脉搏波的功率谱实现呼吸频率的 测 量，计 算 的 结 果 与 常 规 方 法 测 量 的 呼 吸 频 率 相 差１．２次／ｍｉｎ。李 文 彪 等［１１］研 究 了 通 过 人 体 指 端 的 脉 搏 波，采 用 经 验 模 式 分 解 法 提 取 人 体 呼 吸 波 信 号。Ｆｌｅｍｉｎｇ等［１２］利 用 自 回 归 模 型 计 算 脉 搏 波 的 功 率 谱，从 功 率 谱 中 计 算 的 呼 吸 频 率 与 常 规 方 法测量的呼吸频率相差０．０４次／ｍｉｎ。
本文主要研究了在体表桡动脉位置基于反射式光电探测同时获得血氧饱和度、心 律 和 呼 吸 频 率３个 重 要 生 理 指 标 的 测 量 方 法，为 今 后 开 展 便 携 式 监 测 多 生 理 参 数 提 供 理 论 和 实 验 依 据。
光电传感探头设计
人 体 桡 动 脉 位 于 桡 侧 腕 屈 肌 腱 外 侧、桡 骨 茎 突 内 下 方，在 腕 部 可 触 及 搏 动，是 历 来 脉 诊 的 重 要 位 置。由 于 桡 动 脉 最 靠 近 外 周 血 管，包 含 丰 富 的 心 血 管 生 理 病 理 信 息，是脉搏波测量的最佳位置。 目 前 所 说 的 脉 搏 波，大多是从桡动脉处测的。利用反射法测量桡动脉的脉搏波。光 源 采 用 ６６０和９４０ｎｍ 的 双 色 ＬＥＤ，经恒流源电路控制其 稳 定 发 光。光 电 探 测 器 采 用３ＤＵ５Ｂ光 敏 三 极 管， 二者之间的距离依据光子传输理论中光子有效穿 透 深 度 Ｚｐ 的 经 验 公 式：
和体表到桡动脉下端的深度在 ２．８～６．３ ｍｍ 之 间［１５］。我 们 设 定ｄ为１２ｍｍ。
光电检测电路设计
在光电检测桡动脉脉搏波过程中，若 ＬＥＤ 光 强 不 稳 定，那么探测到的脉搏波也不稳定，不 利 于 脉 搏 波 的 分 析 处 理。 因 此，为了获得稳定的脉搏 波，采 用 ＬＥＤ 功 率 恒 定 电 路。由 于 光 敏 三 极 管 接 收 到 的 反 射 光 强 很 弱，相应的电压幅值也较小。 为 增 大 共 模 抑 制 比，在 脉 搏 波 的 放 大 部 分 中 采 用 三 运 放 信 号 放 大 器。
正常人的呼吸频率范围为 ０．２～０．３Ｈｚ（１２～ ２０次／ｍｉｎ）。由 于 测 量 对 象 的 差 异 性，将 人 体 的 呼 吸 频 率 范 围 设 定 为 ０．０６～０．７０ Ｈｚ（４～４２ 次／ ｍｉｎ）；正 常 人 的 心 率 范 围 为 １．０～１．６Ｈｚ（６０～１００ 次／ｍｉｎ），为 了 保 留 心 率 信 息，采 用 带 通 滤 波 器 滤 波，通 带 频 率 为 ０．０５～３．００ Ｈｚ（３～１８０次／ｍｉｎ）。 为 了 防 止 ５０ Ｈｚ的 工 频 干 扰，在电路设计中增加 ５０Ｈｚ陷 波 器。
生理参数的获取
将获得的桡动脉脉搏波信号进行 Ａ／Ｄ 转 换 之 后，就可以 对 这 些 信 号 进 行 处 理。在 红 光 探 测 的 脉 搏波离散化后的数组 ＲＥＤ［２５０］中，采用相邻数值比 较的方法分别判断出在２５０个数据中得最大值和最 小值。计算血氧饱和度的公式为
其中
式 中 ，Ｔ为 脉 搏 波 中 相 邻 两 个 最 大 值 之 间 的 时 间 间隔。 呼吸频率的获取是将获得的脉搏波信号转换为 数字信号后，采 用 基２时 间 抽 取 的 快 速 傅 里 叶 变 换 （ＦＦＴ）进行数据处理。可以将时间序列的信号转换 成信号中的 频 域 特 性，频 率 特 性 中 的 峰 值 表 征 了 一 些周期信号 的 规 律。ＰＰＧ 波 形 中，有 周 期 规 律 的 信 号只有呼吸 频 率 和 心 率，即 可 以 得 到 呼 吸 频 率 和 心 率对应的频率。
结果与结论：
利用本文系统获得的血氧饱和度和心率数据与 监护仪测得的数据进行比较，呼 吸 频 率 的 数 据 与 人 工实时记录的数据进行比较。具体数据见表１。
依据表１记录的测量数据和对应数据，利用ＥＸ－ ＣＥＬ计算二者 之 间 的 相 关 性。通 过 计 算，得 出 血 氧 饱和度之间的相关系数为０．９８５，心率之间的相关系 数为０．９８２，呼吸频率之间的相关系数为０．９３３。由 此可见，本文系统测量的数据和实时记录的数据，二 者之间有良 好 的 一 致 性，说 明 可 以 利 用 本 文 设 计 系 统进行生理参数的测量。下一步可以将设计的系统 小型化，成 为 便 携 式 的 多 生 理 参 数 测 量 装 置。在 本 文系统的基 础 上 增 加 无 线 传 输 模 块，通 过 无 线 装 置 将生理参数传送给家人、社区医院或者相关的机构， 使多生理参数的测量更具有价值。