可穿戴血氧芯片的低灌注算法研究與硬件加速電路設(shè)計(jì).pdf

1、血氧飽和度(SpO2)反映了人體血液中的氧氣含量水平，其在健康監(jiān)護(hù)和病情診斷等方面有著十分重要的指示意義。傳統(tǒng)手提式的血氧檢測(cè)設(shè)備由于體型大、價(jià)格貴，難以得到有效推廣，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、芯片技術(shù)和智能操作系統(tǒng)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備出現(xiàn)發(fā)展的高峰期，因此有效可靠的穿戴式血氧檢測(cè)產(chǎn)品正成為現(xiàn)在的研究的熱門方向。而目前具有血氧檢測(cè)功能的可穿戴產(chǎn)品，如galaxy S6智能手機(jī)等，由于其只能測(cè)試健康人的血氧飽和度，而對(duì)于血氧低灌注的人群，

2、如呼吸疾病患者、危重病人和新生嬰兒等，測(cè)試結(jié)果就不準(zhǔn)確，但是往往對(duì)血氧檢測(cè)有需求的卻是這些病弱群體，而非健康人群。
　　本文從可穿戴產(chǎn)品低灌注檢測(cè)入手，首先對(duì)血氧飽和度的測(cè)量原理進(jìn)行了理論分析，接著對(duì)低灌注血氧信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)并提出了“基頻定位窄帶濾波”算法，最大可能濾掉噪聲信號(hào)，從而能精確的計(jì)算血氧低灌注時(shí)的血氧飽和度，為了驗(yàn)證算法的正確性，本文算法進(jìn)行了軟件仿真分析，仿真波形及仿真結(jié)果表明算法對(duì)低灌注血氧信號(hào)

3、具有很好的處理效果。可穿戴產(chǎn)品對(duì)功耗的要求越低越好，所以系統(tǒng)主頻不宜太高，考慮到算法計(jì)算量巨大，本文接著對(duì)此算法進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)，硬件實(shí)現(xiàn)中根據(jù)“基頻定位”及“窄帶濾波”兩大步驟電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了兩級(jí)流水并行運(yùn)算的加速結(jié)構(gòu)。
　　在完成硬件設(shè)計(jì)之后，本文基于Modelsim工具對(duì)硬件運(yùn)算電路進(jìn)行了功能測(cè)試，并基于Xilinx KC705開發(fā)板對(duì)電路進(jìn)行FPGA測(cè)試，F(xiàn)PGA測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明此算法能計(jì)算出灌注量低至0.1％的血