血氧饱和度传感器的工作原理和应用

患有糖尿病、呼吸系统疾病甚至睡眠呼吸暂停的患者可以使用佩戴在任何地方的传感器来监测其血氧水平。

血氧水平，是一个人综合身体素质的反应，氧饱和度要在95%以上才是人体的正常水平。但很多临床疾病会造成氧供给的缺乏，这将直接影响细胞的正常新陈代谢，严重的还会威胁人的生命，所以动脉血氧浓度的实时监测在临床救护中非常重要。

血氧饱和度仪的工作原理

传统的血氧饱和度测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电化学分析，测出血氧分压PO2计算出血氧饱和度。但这种方法比较麻烦，且不能进行连续的监测，因此，血氧饱和度仪应运而生。

血氧饱和度仪主要由一个微处理器、存储器(EPROM与RAM)、两个控制LED的数模转换器、对光电二极管接收的信号进行滤波与放大的器件，以及将接收信号数字化以提供给微处理器的模数转换器所组成。

血氧饱和度仪采用指套式光电传感器，测量时，只需将传感器套在人手指上，利用手指作为盛装血红蛋白的透明容器，使用波长660 nm的红光和940 nm的近红外光作为射入光源，测定通过组织床的光传导强度，来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。

血氧饱和度仪的适用人群

所有使用氧气监测的医学应用都可以从可穿戴传感器中获益。患有糖尿病、呼吸系统疾病甚至睡眠呼吸暂停的患者可以使用佩戴在任何地方的传感器来监测其血氧水平。

那么血氧仪适用人群是哪些？

1、血管疾病的人（冠心病、高血压、高血脂、脑血栓等）

血管腔有脂质沉积，血液不畅，会导致供氧困难。使用血氧仪可以轻松的检查人体的血氧情况。

2、心脑血管病人

血液粘稠，加上冠状动脉硬化，血管腔狭窄，从而供血不畅，供氧困难。身体每天都在“缺氧”。长期轻度缺氧，心脏、大脑等耗氧特大的器官功能会渐渐衰退。因此心脑血管病人长期用脉搏血氧仪检测血氧含量，能有效预防危险发生，如果出现缺氧状况，第一时间做出补氧决定，可有效减少疾病发作机会。

3、有呼吸系统疾病的人（哮喘、气管炎、老慢支、肺心病等）

呼吸系统病人的血氧检测的确很重要，一方面呼吸困难会导致摄氧不足，另一方面，哮喘的持续，也会使细小的支器官被堵塞，使气体交换发生困难，导致缺氧发生，造成心肺、大脑甚至肾脏不同程度的损伤。因此用脉搏血氧仪检测血氧含量，可降低呼吸道发病率。

4、60岁以上的老年人

人体依赖血液传输氧气，血少了，氧气自然就少了。氧少了，身体状况自然下降，因此老年人要每天用脉搏血氧检测血氧含量，一旦血氧低于警戒水平，需尽快补氧。

5、运动、健身人群

长时间脑力劳动和剧烈运动极易缺氧，影响心肌和大脑健康。如体育爱好者；脑力劳动者；高原旅游爱好者。

6、每天工作超过12小时的人

大脑耗氧量占全身摄氧量的20％，脑力劳动过渡，大脑耗氧量必然上升。而人体能够摄入的氧有限，消耗多，摄入少。除了造成头晕、乏力、记忆差、反映迟钝等问题之外，同样会对大脑心肌造成严重伤害，甚至是过劳死亡，所以每天学习或工作12小时的人群，一定每天用脉搏血氧检测血氧含量，时时监控血氧健康，确保心脑安康。

血氧仪的技术发展状况

最初的一台血氧饱和度仪由Millikan在20世纪40年代开发，至今已发展了约80年，随着技术的不断发展，血氧饱和度仪性能也在不断提高。

传统血氧计只能在身体部分透明的区域工作，如指尖或耳垂，并且只能在身体的一个点上测量血氧水平。而身体的厚区域，如前额、手臂和腿部，几乎不能通过可见光或近红外光，这使得在这些位置测量氧合确实具有挑战性。

为此，通过皮肤映射血氧水平的可穿戴式传感器被开发出来。

早前，加州大学伯克利分校的工程师开发出了一种内嵌红光OLED和红外OLED的柔性传感器，这种传感器能够检测大面积的皮肤、组织和器官的血氧水平。通过跟踪血氧，OLED传感器可以帮助监测愈合伤口。

图片来源：加州大学伯克利分校，Yasser Khan，Arias Research Group

该研究由加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学系研究生Yasser Khan领导，研究小组已在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的血氧计开发报告。

“当你听到血氧计这个词的时候，刚性和笨重的手指夹传感器就会浮现在你的脑海中。我们希望脱离这一刻板印象，展示血氧计也可做到轻薄灵活。“Khan说。

传统的血氧计使用红色LED和IR LED光源照射皮肤，然后检测多少光线到达另一侧。氧气含量较高的血液会吸收更多的红外线，而缺氧的血液会吸收更多的红光。然后，传感器通过观察透射光的比率来确定血氧水平。然而，基于LED的血氧计仅可在部分透明的身体区域（例如指尖或耳垂）上工作，并且仅能测量身体中单个点的血氧水平。

而该研究小组开发的传感器顶部是有机光电探测器印刷片，底部是红光OLED和红外LED，有机电子元件印刷在可弯曲的塑料上，模塑成身体的轮廓，传感器可以检测网格状中九点的血氧水平，并可放置在皮肤的任何位置。

“所有基于血氧监测的医疗应用都可以从可穿戴传感器中受益。”加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学院教授Ana Claudia Arias说。“患有糖尿病，呼吸系统疾病甚至睡眠呼吸暂停的患者都可以使用这种可在任何地方穿戴的传感器来全天候监测血氧水平。”

另外，手机也开始搭载血氧饱和度传感器，用于日常身体健康监测。

比如，我们可以通过三星手机（S和Note系列除了Note10系列之外都有搭载）监测自己的血氧饱和度。搜索应用三星健康即可快速找到血氧饱和度检测这一项，然后根据手机的操作引导一步步进行检测就可以了。

除了手机之外，其实更多的可穿戴设备也都搭载了血氧饱和度传感器。比如Apple Watch、华为Watch GT还要三星、华米等品牌的智能手表，也都支持。