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XXIII
MEDICAL 14 -
MAGGIO 2017
OXIMETER
La tabella di ricerca è un parte essenziale del sistema.
Queste tabelle sono specifiche per un particolare tipo
di ossimetro e sono solitamente basate su curve di cali-
brazione rivate sulla base di un gran numero di misure
condotte su un soggetto sano a diversi livelli di SpO2.
Uno sguardo ai circuiti
La sonda SpO2 utilizzata in questo esempio è una clip da
dito standard Nellcor compatibile che integra un LED
rosso, un LED all’infrarosso e un fotodiodo. I LED ven-
gono controllati dal relativo circuito di pilotaggio.
La luce rossa e la luce infrarossa che attraversano il dito
vengono rilevate dal circuito di condizionamento del se-
gnale e inviate al modulo ADC con risoluzione di 12 bit
del microcontrollore dove può venire calcolata la per-
centuale di SpO
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. Un commutatore analogico dual-spot
pilotato da due segnali PWM provenienti dai microcon-
trollore che accendono e spengono alternativamente i
LED a luce rossa e infrarossa. Per acquisire un numero
adeguato di campioni dell’ADC e avere un tempo suffi-
ciente per l’elaborazione dei dati prima che l’altro LED
si accenda, i LED vengono accesi e spendi in base al dia-
gramma di temporizzazione ripor-
tato in figura 3.
Corrente e intensità del LED ven-
gono controllati da un convertitore
digitale/analogico (DAC) con riso-
luzione a 12 bit pilotato dal micro-
controllore.
Nel circuito di condizionamento
dei segnali sono presenti due stadi,
l’amplificatore a transimpedenza e
l’amplificatore di guadagno. Un fil-
tro passa-alto è posto tra i due stadi.
L’amplificatore a transimpedenza
converte la corrente di pochi mi-
croampere generata dal fotodiodo
in una tensione di pochi microvolt. Il segnale ricevuto
dal primo stadio amplificatore passa attraverso il filtro
passa-alto, appositamente progettato per ridurre le in-
terferenze della luce di fondo. L’uscita del filtro è invia-
ta a un secondo stadio amplificatore con un guadagno
pari a 22 e offset in DC di 220 mV. I valori di guadagno
e di offset DC sono impostati in modo tale da rendere
il livello del segnale in uscita dall’amplificatore di gua-
dagno compatibile con l’ordine di grandezza gestibile
dall’ADC del microcontrollore.
L’uscita del circuito di condizionamento del segnale
analogico è connesso al modulo ADC dei digital signal
controller della famiglia dsPIC. Un campione dell’ADC
viene prelevato durante ogni periodo di accensione del
LED, mentre un altro campione viene prelevato quando
entrambi i LED sono spenti.
Sfruttando le risorse di calcolo dell’engine di elaborazione
del segnale digitale integrato nei digital signal controller
(DSC), è possibile implementare un filtro FIR passabanda
digitale per filtrare i dati dell’ADC. I dati filtrati sono uti-
lizzati per calcolare l’ampiezza dell’impulso. Il codice del
filtro digitale può essere generato utilizzando i tool per la
progettazione di filtri digitali di Microchip.
Il filtro passabanda FIR ha una frequenza di campionamen-
to di 500 Hz, frequenze passabanda di 1 e 5 Hz, frequenze
arrestabanda di 0,05 e 25 Hz, finestra di Kaiser, ondulazio-
ne nella banda passante di 0,1dB, ondulazione nella banda
di arresto di 50 dB e lunghezza del filtro pari a 513 cam-
pioni. In questo articolo sono state illustrate le modalità da
seguire per realizzare (a fini di valutazione e di sviluppo)
un pulsossimetro utilizzando dispositivi analogici e digital
signal controller (DSC). L’SpO
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e i dati di frequenza di im-
pulso possono essere inviati a un computer attraverso una
porta UART sfruttando l’analizzatore seriale PICkit. L’im-
postazione della porta seriale è 115200-8-N-1-N. Il segnale
dell’impulso può essere tracciato utilizzando un’applicazio-
ne come ad esempio la GUI per la visualizzazione di dati
seriali di Microchip. I dati possono anche essere inviati a un
modulo Wifi o Bluetooth attraverso la porta UART.
Fig. 2
– Segnali delle pulsazioni rossa e infrarossa catturati da un oscil-
loscopio in tempo reale
Fig. 3
– Diagramma di temporizzazione dei LED