Pulsoximetrie

6 Schritt:Schritt 1: Sammeln Sie Ihre Materialien Schritt 2: Funktionsprinzip Schritt 3: Schaltplan Schritt 4: SpO2 Sensor Schritt 5: Die Verstärkerstufe Schritt 6: Arduino-Code

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Das Ziel dieses instructable ist es, eine Fingermanschette zur Überwachung% Blutoxygenierung bauen. Sie werden Grundkenntnisse der Fotodioden, LEDs, Arduino, die Bier-Lambert Gesetz & Extinktionen, und Beziehungen zwischen relativen Extinktionen und Blutsauerstoffversorgung zu nutzen. Schritt 1: Sammeln Sie Ihre Materialien



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Du wirst brauchen:
1 x Arduino
1 x Mehrzweck-Operationsverstärker (MCP601 in Beispiel verwendet)
2 x Widerstände (1 kOhm & 2.5MΩ in Beispiel verwendet)
1 x Kondensator (10nF in Beispiel verwendet)
1 x Fotodiode
1 x rote LED
1 x IR-LED
1 x Nellcor (TM) wiederverwendbare SpO2-Sensoren mit OxiMax (TM) TechnologyStep 2: Funktionsprinzip

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Das Herz pumpt Blut durch den Körper und insbesondere (hier von Interesse), durch die Finger. Während das Blut durch den Finger gelangt, führt es entlang der roten Blutzellen und ihre zugehörigen Hämoglobin-Gruppen. Diese Gruppen enthalten Hämoglobin Heme Tetramere und Hämgruppen kann Energie von verschiedenen Wellenlängen des Lichts absorbieren, je nachdem, ob das Hämoglobin mit Sauerstoff angereichert oder von Sauerstoff befreit. Oxygeniertem Hämoglobin absorbiert mehr Infrarot-Licht (Wellenlänge 850-1000nm) als rotes Licht (Wellenlänge 600-750nm), während sauerstoffarmes Hämoglobin absorbiert mehr rotes Licht als IR-Licht. Die differentielle Absorption von IR-Licht und rotem Licht, das von Blut kann verwendet werden, um den relativen Sauerstoffversorgung des Blutes zu approximieren oder dem Prozentsatz von Hämoglobin des Blutes, die im Vergleich mit Sauerstoff angereichert wird (üblicherweise als "Sättigung Umfangs Sauerstoff", SpO2 bezeichnet) um Hämoglobingehalt der Gesamtblut (mit Sauerstoff angereichert und von Sauerstoff befreit). Anstelle der direkten Messung der Absorption, ist es jedoch einfacher, statt zu messen, wie viel Licht durch Blut (und Finger) übertragen und nutzen die inverse Beziehung, die zwischen Absorptions- und Transmissions vorhanden ist (dh, wenn Blut absorbiert mehr IR-Licht, dann wird übertragen relativ weniger IR-Licht und rotes Licht). Die tatsächliche mathematische Beziehung zwischen der Absorption und die Durchlässigkeit wird durch eine der Gleichungen in den obigen Abbildungen beschrieben. Die Durchlässigkeit kann durch Bereitstellen einer Lichtquelle oberhalb des Fingers, indem ein Lichtsensor (Photodiode) direkt gegenüber der Quelle auf der anderen Seite des Fingers, und Berechnen der Menge an Licht, das durch den Sensor erfasst wird, verglichen mit der Menge an Licht zu messen von der Lichtquelle (LEDs in diesem Fall) geliefert. Um die Dinge einfach macht, die Covidien Nellcor (TM) wiederverwendbare SpO2-Sensoren mit OxiMax (TM) Technologie bietet die gleiche Spannung an den beiden roten und IR-LEDs, so kann man davon ausgehen, dass sowohl die IR und rote Lichtquellen etwa die gleiche Menge an Lichtintensität. Daher können Sie einfach messen die relativen Durchlässigkeiten des IR und rotes Licht, diese Durchlässigkeiten in Extinktionen zu konvertieren, und dann vergleichen Sie diese Werte auf Blutoxygenierung nähern. Schritt 3: Schaltplan

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Werden Sie machen die in der Abbildung hier gezeigten Schaltung. Die Schaltung besteht aus zwei Teilen:
1. SpO2-Sensor (enthält zwei LEDs und Fotodiode)
2. Verstärker stageStep 4: SpO2 Sensor

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Die Fingermanschette in unserem Pulsoximeter verwendet, die Nellcor (TM) wiederverwendbare SpO2-Sensoren mit OxiMax (TM) Technologie, enthält sowohl die LEDs und Fotodioden bereits eingebaut. Die Zuleitungen zu den LEDs sind mit den digitalen Stiften auf der Arduino verbunden, so dass wir wechseln die LED ermöglicht Strom durch und Impulse auf. Die Intensität des Lichts wird durch die Photodiode, die mit Masse und dem invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers verbunden ist, detektiert. Die Intensität des Lichts in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge emittiert wird, und ermöglicht, durch den Finger (dh übertragen) übergeben, wird auf eine von der Photodiode umgewandelt. Schritt 5: Die Verstärkerstufe

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Die Photodiode erzeugt einen Strom basierend auf der Intensität des Lichts detektiert wird, aber wir wollten Eingang eine Spannung in den Arduino Uno. Um eine Eingangsspannung zu der Arduino zu erhalten, wurde eine Strom-Spannungs-Wandler in dieser Stufe verwendet. Widerstands- und Kondensatorwerte wurden gewählt, um eine ausreichend große Verstärkung zu gewährleisten.
Die Ausgangsspannung dieser Stufe ist die Eingangsspannung auf der Arduino A0 Pin. Schritt 6: Arduino-Code

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Der erste Teil unseres Code beinhaltet pulsierende jede der LEDs ein und aus abwechselnd. In der SpO2-Sensor sind die LEDs zwischen den gleichen zwei Knoten mit entgegengesetzter Polarität angeschlossen. Daher wird, wenn ein Knoten eine höhere Spannung in Bezug auf die anderen Knoten, Strom durch nur eine der LEDs fließt. Um zwischen der IR und rote LED abwechselnd eingeschaltet, die zwei Knoten abwechselnd ihren hohen Wert (5 V) und niedriger Wert (0 V). Jede LED wurde für 3 Sekunden, bevor er abgeschaltet und die andere LED eingeschaltet gehalten wird.
Während der Zeit, die jeder LED an ist, wird die Durchlässigkeit für diese Wellenlängen berechnet. Um dies zu tun, wird die Eingangsspannung durch die Arduino lesen. Dann wird diese Spannung verwendet werden, um zurückzurechnen wobei der Strom von der Photodiode erzeugt. Dies ist, weil der Strom durch die Photodiode zu verwenden, um die Durchlässigkeit zu berechnen. Durchlässigkeit wird bei einer bestimmten Wellenlänge, indem der negative Logarithmus des Verhältnisses von erfaßten Strom zu dem LED-Stromquelle festgestellt, da die Ströme proportional zu der Intensität des Lichts sind. Zur Sauerstoffanreicherung zu berechnen, wird die Durchlässigkeit des roten LED durch die Summe der Durchlässigkeit sowohl für die roten und IR-LEDs unterteilt. Dieser Wert wird dann zu Prozent Blutoxygenierung einer Skala speziell für den SpO2-Sensor verwendet wird, umgewandelt.
In unserem Code wird die prozentuale Sauerstoffsättigung des Blutes mit der Arduino Software als auch den LCD-Bildschirm gedruckt.