测量光强度的仪器(卖断货的血氧仪原理居然挺简单？一个LED和光电二极管就能测血氧)

Posted 2023-05-31

篇首语：心专才能绣得花，心静才能织得麻。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了测量光强度的仪器(卖断货的血氧仪原理居然挺简单？一个LED和光电二极管就能测血氧)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

今天，你抢到血氧仪了吗？

新型冠状病毒感染相关政策调整后，脱销的，不止新型冠状病毒抗原检测，还有平日里除非需要否则很少被关注的血氧仪。

测量血氧饱和度，放在以前，其实是一件麻烦事。医务人员需要先做好局部消毒，然后取患者的指尖血，再经血气分析仪才能得到血氧数据。

但现在，随着无创式血氧仪的普及，想测量血氧饱和度容易了太多：只需把手指放在血氧仪里夹几秒，就能知道当下的血氧情况。

这种无创血氧仪的原理是什么？从有创到无创，靠谱吗？

你需要知道的PPG光学原理

让血氧仪从有创到无创的关键，是一种被称作PPG的技术。

PPG，是Photoplethysmography的简称，有些地方把它译为光体积变化描记技术，也有译作光电容积描记技术的，是一种可以用于生物医学领域的红外无损检测技术。

都听说过“红外热成像”吧？PPG和红外热成像原理很相似。

我们以人体为例——由于人体各部位温度不同，相应地会在周身各处形成不同的热场，对热红外线的吸收、反射状态也不同。当特定波段的热红外线扫描到这些部位时，就能在设备上转化成相应的“红外热成像图”。PPG参照的也是人体不同部位对特定波段红外光的不同反射状态。

红外热成像示意图

一般来说，PPG使用的都是低强度红外光。目前普遍以660nm的红色LED和880nm的红外LED为主。

当这类红外光穿过人体组织时，会分别被人体的骨骼、皮肤色素、静脉血和动脉血吸收一部分。

此前的研究表明，人体血液中血红蛋白（红细胞内运输氧的特殊蛋白质）在含氧状态和非含氧状态下吸收红外光的状态存在很大差异。而这种差异，就是PPG可以测量血氧饱和度最关键的依据。

血氧仪示意图

和传统测量方法相比，无创血氧仪的普及，的确让“测量血氧饱和度”容易多了。但这并不意味着，这种测量方法是万能的。测量过程中，光学干扰、运动干扰、肤色吸收率都会对PPG的测量结果产生一定的影响。

弄清楚了PPG，就会发现，那些看起来高深莫测的无创血氧仪乃至标榜可以测量血氧的智能手环，其实一点都不复杂。万变，都逃不出PPG原理，唯一的区别，只在于对PPG原理的运用方式不同。

血氧仪主要采用的是“透射式”。

仔细观察一下血氧仪的构造，你会发现，在血氧仪放置手指的地方通常会有一个可以发出低强度红外光的LED灯。而在LED灯的对面，则是一个用于感应的光电二极管。

当我们把手指放好后，低强度红外光就会自动从LED灯中射出，穿过手指被另一边的光电二极管接收，并转化为相应的电信号。通过对这些电信号的分析，仪器就能判断出相应的血氧饱和度。

智能手环测量血氧的方式和血氧仪稍有不同，它用的是“反射式”。

两种测量方式对比图

由于智能手环体积有限，往往会把发射光源的LED灯和接收信号的光电二极管都设计在同一平面上，通过监测LED光穿透手腕组织后再反射回来的信号，来判定当下的血氧饱和度。

反射式光电检测示意图

当然，因为我们在佩戴智能手环时很难保证手腕和表盘保持紧密贴合，再加上PPG测量本来就比较容易受光、运动和肤色吸收率的干扰，所以通过智能手环测出的血氧值可能会和血氧仪存在一定差异。

这也是很多人认为智能手环测血氧不准的原因。

智能手环背面的LED发射器、接收器示意图

作为人体呼吸循环的重要生理参数，有文章指出，一般人的血氧饱和度不应低于95%，当这一数值小于93%时，就提示患者出现不同程度的低血氧症，需要就医。

必须承认的是，新型冠状病毒感染让更多人认识到监测血氧饱和度和血氧仪的重要性。

但最后还是要唠叨一句：不管是家用血氧仪还是智能手环，都不能完全意义上替代正规的医疗器械，一旦出现突发情况，及时就医才最可靠。