[讨论] 血氧仪原理

QWE4562009 2022-9-27 19:17 楼主

血氧仪原理

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-----心率是绿光打入皮肤，得到PPG，通过算法得到心率。血氧是IR和红光两种光源，通过检测打入皮肤反射回的 IR和红光的比例，通过算法算出相关的血氧值

----- 血氧饱和度测量原理：血红蛋白的光吸收系数会根据血红蛋白的类型和波长的不同而改变。血液中的血红蛋白是氧传输到机体组织的主要转运者，除了氧合血红蛋白 (HbO2) 和还原血红蛋白（RHb）外，血红蛋白也会结合产生额外的成分，如碳氧血红蛋白 (COHb) 和高铁血红蛋白 (MetHb)，但这两者的浓度通常非常低。因此，无创血氧测量技术中，血红蛋白被假定为只由 RHb 和 HbO2，两种物质组成，血氧饱和度（SpO2）被定义为血液中的 HbO 浓度占 RHb 和 HbO2 浓度之和的百分比。

-----心率檢測是利用光電感測元件吸收光線能量的原理，紀錄光線於血管中受血液流動的變化而偵測出來的信號。血流速伴隨心臟的搏動而產生變化，光電感測元件會隨著血液量血管的收縮和擴張的變化使得感測器產生明暗的變化量或是光的反射量，而目前業界有兩類感測器可用來呈現，一、是光電二級體測器(Photodiode Sensor 圖一所示)，二、是互補性氧化金屬半導體傳感器(CMOS Sensor圖二所示) ，皆可用來量測皮下組織血液變化：

------光电测量法又分两种情况

　　这两种情况就是，一个发绿光，一个发红光，无论是哪一种，这些光都是 LED 灯发出来的。发红光，是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏，靠红外发射光束回路和接收反射回路，但信号极为微弱而非常容易受到外界干扰而造成测量数据不准确，且一般需要安静的状态下测量发绿光，是由两个绿色波长的发光 LED 和一个光敏传感器组成，其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。它可以持续测量心率（运动中亦可），计算平均心率，记录最大心率等。

之所以选择绿光作为光源是考虑到一下·几个特点：

1. 皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波

2. 皮肤上的水份也会吸收大量的UV和IR部分的光

3. 进入皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收

4. 红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织

5. 血液要比其他组织吸收更多的光

6. 相比红光，绿（绿-黄）光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收

总体来说，绿光-- 红光能作为测量光源。早起多数采用红光为光源，随着进一步的研究和对比，绿光作为光源得到的信号更好，信噪比也比其他光源好些，所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源。但是考虑到皮肤情况的不用（肤色、汗水），高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。虽然知道了上面的几个特点，但是还不足以弄清楚为什么通过光照就能测出心率、血氧等参数呢？

当光照透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的（前提是测量部位没有大幅度的运动），但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当我们把光转换成电信号时，正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点

因为主要是用绿光来检测，当心脏收缩，手腕处血流增加，血液吸收绿光增加，反射绿光减少；而心脏舒张，则相反，吸收绿光减少，反射绿光增加；手环传感器通过反射的绿光频率，计算出心率。这是通过光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy），简称PPG，来监测心率。原理很简单：血液是红色的，反射红光，吸收绿光。心率传感器结合绿色LED光跟感光光电二极管，检测特定时间手腕处流通的血液量，从而获取心率信息。

一、心率传感器技术原理

1. PPG 光电容积脉搏波描记法原理

简单来说，就是反射而已，利用血液中透光率的脉动变化，折算成电信号，通过软件算法转换，对应的就是心率。当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器，在此过程中由于受到指，端皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱。其中皮肤、肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液，容积在心脏作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时外周血容量最多光吸收量也最大，检测到的光强度最小。而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度最大，使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。

計算公式：SpO2= HbO2/（HbO2+Hb）×100%

血红蛋白含量和还氧血红蛋白其中任何一种的含量都可以表示出血氧的含量。既然如此，测量红光或者红外光其中一种为何不能判断出血氧的含量？？？？