血氧仪的工作原理是什么？血氧饱和度是如何测算的？

虎威将军

自疫情防控全面放开以来，对新冠的防护的压力分摊到了每个人头上。网络上各种衍生的个人新冠防护攻略也层出不穷。血氧仪则成为了大部分防护攻略的推荐必备的医疗保健器械。尽管现在市面上在售的血氧仪品类众多，比如，指夹式血氧仪、腕式血氧仪、台式血氧仪、手持式血氧仪等，而其测量方法却大同小异，都属于测色的范畴。现在，就让我们了解一下血氧仪中的测色原理吧。
<hr/>基本知识
在讲解测色原理之前，先让我们了解一下血液中的运输氧气的能手-血红蛋白。
血红蛋白是人体血液的红细胞中，携带运输氧的特殊蛋白质，血红蛋白又分为氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（Hb）。而血氧浓度则是通过计算氧合血红蛋白占血红蛋白总数的百分比得出。
公式为：SaO2=氧合血红蛋白/（氧合血红蛋白+脱氧血红蛋白）
那如何测量两种血红蛋白的占比呢？这就要说到测色中非常重要的一个参数—吸光度。
吸光度又称光密度 (OD)，它是某种溶液吸收光量的能力。简单来说，吸光度就是光线透过某物质前后的对比值。吸光度高，表示物质容易吸收光线，透过的光线就少。
最为重要的是，两种血红蛋白在特定波长区间有着截然不同的吸光度。如下图：


660nm波长的红光处，氧合血红蛋白吸光度低，而脱氧血红蛋白在此处的吸光度很高。而两者在915nm附近的红外线波段，吸光度能力则相反。这也就是为什么在日光条件下，氧合血红蛋白往往呈现红色而脱氧血红蛋白呈暗紫色的主要原因。
<hr/>血氧仪测量原理
了解了以上知识，我们再来看看血氧仪到底是如何工作的。拿指夹式血氧仪举例，测量探头内部装有两个发光二极管：一支释放660nm的红光，另一支释放915nm的近红外光。光线穿过指尖，氧合血红蛋白将吸收红外光线，而红光将穿过；脱氧血红蛋白将吸收红色光线，而红外光线将穿过。同时，对侧的接收器可以接收穿透后的光线。通过检测两种对不同波长的光吸收的区别，所测出来的数据差就是氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的基本数据，基于这些数据，就能计算得到血氧饱和度了。


<hr/>智能穿戴设备测血氧
一些手机或者腕表通过APP也能测量血氧饱和度。略有不同的是，手机和腕表等用到的是反射法。测试时，手机的LED灯将常亮作为光源，然后将指尖放置在光源上，两种不同的血红蛋白将反射不同的光谱。手机通过内置传感器来获得其波长数据差异并进行计算得到血氧饱和度。


然而穿戴设备毕竟不是专业仪器，照明的光源、内置传感器等差异，会导致计算结果的不稳定甚至差异。
<hr/>结尾
总结一下，血氧仪的测色原理，本质是依靠光的反射或透射这一基本物理现象，再结合两种不同血红蛋白对于不同波长的吸光度不同，而分辨出两种血红蛋白的数量差异再进行计算得到血氧饱和度数据。希望大家学习知识的同时，也都能保持自己和家人的健康哦。

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