【技術文章】血氧儀的測色原理

自去年底疫情防控全面放開以來，對新冠的防護的壓力分攤到了每個人頭上。網(wǎng)絡上各種衍生的個人新冠防護攻略也層出不窮。血氧儀則成為了大部分防護攻略中推薦必備的醫(yī)療器械。盡管現(xiàn)在市面上在售的血氧儀品類眾多，比如，指夾式血氧儀、腕式血氧儀、臺式血氧儀、手持式血氧儀等，但其測量方法卻大同小異，都屬于測色的范疇。現(xiàn)在，就讓我們了解一下血氧儀中的測色原理吧。

基本知識

Basic Knowledge

在講解測色原理之前，先讓我們了解一下血液中的運輸氧氣的能手——血紅蛋白。

血紅蛋白是人體血液的紅細胞中，攜帶運輸氧的特殊蛋白質(zhì)，血紅蛋白又分為氧合血紅蛋白（HbO2）和脫氧血紅蛋白（Hb）。而血氧濃度則是通過計算氧合血紅蛋白占血紅蛋白總數(shù)的百分比得出。公式為：

SaO2=氧合血紅蛋白/（氧合血紅蛋白+脫氧血紅蛋白）

那如何測量兩種血紅蛋白的占比呢？這就要說到測色中非常重要的一個參數(shù)——吸光度。

吸光度又稱光密度 (OD)，它是某種溶液吸收光量的能力。簡單來說，吸光度就是光線透過某物質(zhì)前后的對比值。吸光度高，表示物質(zhì)容易吸收光線，透過的光線就少。

最為重要的是，兩種血紅蛋白在特定波長區(qū)間有著截然不同的吸光度。如下圖：

660nm波長的紅光處，氧合血紅蛋白吸光度低，而脫氧血紅蛋白在此處的吸光度很高。而兩者在915nm附近的紅外線波段，吸光度能力則相反。這也就是為什么在日光條件下，氧合血紅蛋白往往呈現(xiàn)紅色而脫氧血紅蛋白呈暗紫色的主要原因。

血氧儀測量原理

Principle of Measurement

了解了以上知識，我們再來看看血氧儀到底是如何工作的。拿指夾式血氧儀舉例，測量探頭內(nèi)部裝有兩個發(fā)光二極管：一支釋放660nm的紅光，另一支釋放915nm的近紅外光。光線穿過指尖，氧合血紅蛋白將吸收紅外光線，而紅光將穿過；脫氧血紅蛋白將吸收紅色光線，而紅外光線將穿過。同時，對側的接收器可以接收穿透后的光線。通過檢測兩種對不同波長的光吸收的區(qū)別，所測出來的數(shù)據(jù)差就是氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的基本數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，就能計算得到血氧飽和度了。

智能穿戴設備

測血氧

Intelligent Wearable Device

一些手機或者腕表通過APP也能測量血氧飽和度。略有不同的是，手機和腕表等用到的是反射法。測試時，手機的LED燈將常亮作為光源，然后將指尖放置在光源上，兩種不同的血紅蛋白將反射不同的光譜。手機通過內(nèi)置傳感器來獲得其波長數(shù)據(jù)差異并進行計算得到血氧飽和度。

總結一下，血氧儀的測色原理，本質(zhì)是依靠光的反射或透射這一基本物理現(xiàn)象，再結合兩種不同血紅蛋白對于不同波長的吸光度不同，而分辨出兩種血紅蛋白的數(shù)量差異再進行計算得到血氧飽和度數(shù)據(jù)。