脈博血氧儀的測量原理
脈搏血氧儀根據(jù)郎伯一比爾定律(Lambert—Beer Law)采用光電技術(shù)進(jìn)行血氧飽和度的測量,。當(dāng)一束光打在某物質(zhì)的溶液上時,，透射光強I與發(fā)射光強I0之間有以下關(guān)系：I= I0eｋCd
I和I0的比值的對數(shù)稱為光密度D,，因此上式也可表示成：D=In(I／I0)=kCd
這里,， C是溶液(例如血液)的濃度,， d為光穿過血液的路徑,， k是血液的光吸收系數(shù),。若保持路徑 d 不變，血液的濃度便與光密度 D成正比,。
血液中的HbO2—和Hb對不同波長的光的吸收系數(shù)不一樣,，在波長為6OO一700nm的紅光(RED)區(qū)， Hb的吸收系數(shù)遠(yuǎn)比HbO2的大,；但在波長為80O—1000nm的紅外光(IR)區(qū),， Hb的吸收系數(shù)要比HbO2的小,；在8O5nm附近是等吸收點,。
脈搏血氧儀所用的探頭使用時是套在手指上的。 上壁固定了兩個并列放置的發(fā)光二極管(LED) ,，發(fā)出波長為 660nm的紅光和940nm的紅外光,。下壁有—個光電檢測器，將透射過手指動脈血管的紅光和紅外光轉(zhuǎn)換成電信號,，它所檢測到的光電信號越弱,，表示光信號穿透探頭部位時，被那里的組織,、骨頭和血液等吸收掉的越多,。皮膚、肌肉,、脂肪,、靜脈血、色素和骨頭等對這兩種光的吸收系數(shù)是恒定的,，因此它們只對光電信號中的直流分量大小發(fā)生影響,。但是血液中的HbO2和Hb濃度隨著血液的脈動作周期性的改變，因此它們對光的吸收也在脈動地變化,，由此引起光電檢測器輸出的信號強度隨血液中的HbO2和Hb濃度比脈動地改變,。如果用光吸收來表示，紅光和紅外光作用時,，信號的變化規(guī)律大致一樣,，但脈動分量的幅度可能不同，設(shè)法讓上述兩種波長的紅光和紅外光輪流通過檢測部位,，并將這兩個信號中的脈動成分分離出來,，經(jīng)過放大和濾波后，分別由模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,，便可以根據(jù)下式計算出血氧飽和度：
SaO2= KlR2 + K2R + K3
此式中的 K1,、K2、K3是經(jīng)驗常數(shù),，而R是在某個很小的時間間隔上,，兩種光電信號的幅度變化量之比,，即：
R = ΔRED/ΔIR
光電信號的脈動規(guī)律是和心臟的搏動一致的，因此檢測出信號的重復(fù)周期,，還能確定出脈率,。習(xí)慣上將脈搏血氧儀測得的血氧飽和度稱為 SpO2，以區(qū)別于用其他類型的血氧計所測得的結(jié)果,。
探頭中的光電檢測器是一個光電管,，能產(chǎn)生正比于透射到它上面的紅光和紅外光強度的電流，但是它不能區(qū)分這兩種光,。為此,，用一個定時電路來控制兩個LED的發(fā)光次序，即： (1)紅光LED點燃,； (2)紅光 IED熄滅,，紅外光LED點燃；(3)兩個IED均熄滅,；
這個發(fā)光時序以480次／秒(對于60Hz交流電源的地區(qū))或4O0次／秒(5OH7交流電)的頻率重復(fù)出現(xiàn),，這種設(shè)計能增強對環(huán)境光的抑制能力。當(dāng)接通電源,，看到探頭中的紅光LED在閃爍時,，便說明儀器開始工作了。在兩個IED均熄滅的周期里,，檢測到的是環(huán)境光和干擾信號,，從紅光和紅外光信號中減去它們，可以提高信噪比,。光電流信號被轉(zhuǎn)換成電壓信號,，并經(jīng)放大、濾波,、信號基線電平變換和去直流分量等信號調(diào)理過程后,，加到一個具有自動增益調(diào)整功能的電壓／電流轉(zhuǎn)換電路，然后由積分電路對信號電流積分,，其輸出被一個模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,。為保證精度，通常用12位分辨率的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器,。
微處理器對數(shù)字量進(jìn)行復(fù)雜的處理,，例如數(shù)字濾波，計算兩種光電信號的幅度,，并根據(jù)公式求出SaO2,。為進(jìn)一步減小病人移動的影響和提高讀數(shù)的穩(wěn)定性，通常還對所測得的一系列SaO2值〔多為當(dāng)前6s結(jié)果)進(jìn)行加權(quán)移動平均,。從脈動信號中還能計算出脈率,。最后將血氧飽和度和脈率值送到相應(yīng)的顯示器顯示出來,。用戶可以通過鍵盤控制儀器，設(shè)定報警限和完成其他操作,。
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