脉搏血氧仪产品结构、组成与工作原理

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脉搏血氧仪产品结构、组成与工作原理

一、脉搏血氧仪的结构

   一般由主机和脉搏血氧饱和度传感器组成。

   按产品应用部分结构可分为：BF型，CF型。

   按产品电源部分机构可分为：交流、直流或交直流。

   按结构可分为：指夹式，手持式，腕式，台式。

   产品图示举例：

指夹式脉搏血氧仪

掌上脉搏血氧仪

腕式脉搏血氧仪

台式脉搏血氧仪

二、产品工作原理

   脉搏血氧仪中对脉搏血氧饱和度的测量，采用的是光电技术，通常有两种方法：透射法和反射法。

   1．透射法

   根据郎伯-比尔定律，当一束光照射到某种物质的溶液上时，物质对光有一定的吸收、衰减，透射光强I与入射光强I0之间有以下关系：

   

   I0/I比值的对数称为吸光度D，因此上式可表示为：

   若保持光的路径不变，吸光度便与物质的吸光系数和溶液的浓度成正比。

   液中氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对不同波长的光的吸收系数不同，如下图所示，在波长为600～700nm的红光区，Hb的吸收系数比HbO2的大；而在波长为800 ～1000nm的近红外光区， HbO2的吸收系数比Hb的大；在805nm附近是吸收点。

   基于氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白（Hb）的这种光谱特性，血氧饱和度探头中的发光元件发出两种波长的光信号，通常用660nm的红光和925nm的近红外光照射被测组织，将含动脉血管的部位（如手指、脚趾、耳垂等）放在发光管和一个光电管之间，如下图所示。

   光电管所接收的光吸收或者光透射信号包含两种成分：一种是脉动成分（即交流信号AC），它是由脉动的动脉血的光吸收引起的交变成分；另一种是稳定成分（即直流信号DC），它反映各非脉动组织（如表皮、肌肉、骨骼和静脉等）引起光吸收的大小。能反映血氧饱和度变化的仅仅是两波长的交流信号幅度之比，而两波长的直流信号可用于对交流信号定标。由于血液中的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动做周期性的改变，因此，它们对光的吸收也在脉动地变化，由此引起光电管输出的电信号强度也随血液脉动而周期性改变。由于光电管能将接收到的光信号转变为电信号，但不能区分光的波长，监护仪电路中用一个定时电路来控制两个发光管的发光次序。两种波长的光交替通过检测部位，由光电元件检测透射光强，并将两个信号的脉动成分分离出来，经过滤波、放大、A/D转换成数字信号，根据下式计算对应的血氧饱和度值：

式中：IIR/Ix为近红外光和红外光脉动变化量之比；k1，k2，k3为经验常数，各个厂家不尽相同。

由于光电信号的脉动规律与心脏的搏动一致，根据检出的信号重复周期可确定脉率，所以称之为脉搏血氧饱和度检测。

   2．反射法

   采用透射原理的传感器，只能局限于在指尖和耳垂部位进行测量，不能实现体表大多数部位的血氧饱和度监测。虽然从指尖或耳垂检测能反映全身的动脉血氧饱和度变化，却不能反映由于局部组织（如脑组织）发生循环障碍或局部组织（如肌肉组织）大量耗氧等情况下组织血氧状态的变化。采用反射式血氧饱和度传感器的设计，可避免透射式传感器透射深度有限的缺点，适用于全身各处肌肉组织氧含量的测量。

   反射式传感器示意图如下图所示。

   反射式血氧饱和度的检测原理与透射式血氧饱和度的检测原理的电路部分基本相同，不同的只是传感器。反射式传感器也是由两种波长的发光二极管和光敏元件组成，但光敏元件接收到的是组织的反射光。由于光线在组织中的运动呈现随机性，反射式传感器所接收到的光线很难确定其确切的检测区域，从概率意义上说，光线从光源发射经组织传播到光敏元件接收，走过的是一条香蕉状路线，所以，光源与光敏元件的距离是一个重要的参数，一般设置为4～10mm。