血氧探头的工作原理是什么（血氧探头的工作原理）

氧饱和度探头是一种测量人体血液中氧浓度，即氧饱和度的仪器。该传感器由两个发光管和一个光电管组成，在外科手术或危重病人监护时能及时了解血液中的氧含量。

随着现代医学技术和相关学科的不断发展，医用监护仪器已经成为医用电子仪器中不可或缺的一类，在医院中发挥着越来越重要的作用。监护仪器的使用不仅减轻了医务人员的劳动，而且提高了护理工作的效率。更重要的是，它使医生能够随时了解病情，并能及时处理紧急情况，从而提高护理质量。在被监测的生理参数中，除了心电和血压之外，人体血液中氧浓度的测量，即血氧饱和度，在临床上也具有重要意义。在外科手术或危重病人的监护中，需要避免病人缺氧，及时了解血液中的氧含量。

无论哪种血氧探头，它的传感器都是由两个发光管和一个光电管组成。一个LED发出波长为660nm的可见红光，另一个LED发出波长为920 ~ 950 nm的不可见红外光。各种探头的组成成分差别不大，只是连接略有不同。其内部结构一般可分为三种。作者用自己的语言将其分为三种类型：交替型、共正型和共负型。示意结构分别如图2、图3和图4所示。不同的极性连接，不同的光类型，不同的信号接收和输出。现在的血氧探头内部结构大致是这样的，在接头处安装一些阻值不同的电阻，检测探头是接通还是断开。

血氧探头的工作原理血氧探头的定义

血氧探头，英文称为SpO2 Sensor/SpO2 Probe，是指将探头的指套固定在患者的指端，手指作为盛放血红蛋白的透明容器，以波长为660 nm的红光和波长为940 nm的近红外光作为入射光源，测量透过组织床的光透射强度，从而计算出血红蛋白浓度和血氧饱和度。通过SpO2监测可以获得SpO2、脉率和脉搏波。用于各种病人的血氧监测，另一端通常连接一个心电监护仪。

血氧饱和度的定义

氧饱和度是指氧在血液中的最大溶解度，血液中氧的结合主要取决于血红蛋白。正常情况下什么都不会变，但是一氧化碳含量高了就会变，导致一氧化碳中毒，也就是煤气中毒。因为一氧化碳与血红蛋白的亲和力很高，会优先与一氧化碳结合，造成血液中含氧量降低的危险。正常动脉血的血氧饱和度是98%，静脉血是75%。

一般来说，正常时SpO2不应低于94%，低于94%供氧不足。有学者将SpO2 90%作为低氧血症的标准，认为当SpO2高于70%时，准确率可以达到2%，而当SpO2低于70%时，就会出现误差。临床上曾将几个患者的SpO2值与动脉血氧饱和度值进行比较，认为SpO2读数可以反映患者的呼吸功能，在一定程度上也可以反映脉搏氧的变化。胸外科手术后，除部分患者临床症状与数值不符外，均需要进行血气分析。常规应用脉搏血氧饱和度监测可以为临床观察病情变化提供有意义的指标，避免患者重复采血，减轻护士的工作量。值得推广。

血氧探头的工作原理1、功能和原理

脉搏氧饱和度SpO2是指血氧含量与血氧容量的百分比值。SpO2作为一种无创、快速反应、安全可靠的连续监测指标，已经得到认可。目前广泛应用于麻醉、外科、PACU、ICU。根据氧合血红蛋白(HBO2)和还原型血红蛋白(Hb)在红区和红外区的光谱特征可以看出，HbO2和Hb在红区(600 ~ 700 nm)的吸收有很大的不同，血液的光吸收和散射程度很大程度上取决于血氧饱和度。但在红外光谱区(800 ~ 1000 nm)，吸收差异较大。血液中光吸收和光散射的程度主要与血红蛋白的含量有关。因此，当HbO2和Hb的含量不同时，吸收光谱是不同的。因此，无论是动脉血还是血液导管中的静脉血血氧饱和度仪，都可以根据HbO2和Hb的含量准确反映出血血氧饱和度。

660nm和900nm波长附近血液反射的比值(660/900)对反映血氧饱和度的变化最敏感。临床上一般的血氧仪(如泰嘉饱和度仪、脉搏血氧仪)也是用这个比值作为变量。在光传输的方式上，除了动脉血红蛋白之外，其他组织(如皮肤、软组织、静脉血、毛细血管血)都可以吸收光。但入射光通过手指或耳垂时，可以同时被搏动的血液和其他组织吸收，只是它们吸收的光强不同。脉动动脉血吸收的光强随动脉压波的变化而变化。而其他组织吸收的光强(DC)不随脉冲和时间变化，因此可以计算两个波长的光吸收率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940).与r SpO2呈负相关。根据r值，可以从标准曲线中得到相应的SpO2值。

2.探头的特点和优点

SpO2仪器包括三个主要部分：探头、功能模块和显示部分。对于市场上的大多数监护仪来说，检测SpO2的技术已经非常成熟。监护仪检测到的SpO2值是否准确，很大程度上与探头有关，其中影响探头检测的因素有很多。探头使用的检测设备、医用电线、连接技术等都会影响检测结果。

(1)检测装置：用于检测信号的LED和光电探测器是探头的核心部件。也是决定检测值准确与否的关键。理论上，当红光波长为660nm，红外光波长为940nm时，检测值较为理想。但是由于制造工艺的复杂性，产生的红光和红外光的波长总是有偏差。光波长的偏差会影响检测值。因此，LED和光电检测器件的制造技术非常重要。R-RUI采用富鲁科的测试设备，在准确性和可靠性方面都具有优势。

(2)医用线：除了进口材料(高弹性强度、耐腐蚀可靠)外，还设计了双层屏蔽，比单层或完全不屏蔽更能抑制噪音干扰，保持信号完整性。(3)缓冲垫：RUI公司生产的探头采用特殊设计的缓冲垫(指垫)。这个垫子舒适可靠，对皮肤不过敏。可适用于不同体型的患者。并且采用全包裹式设计，可以避免手指运动造成的漏光造成的干扰。

(4)指夹：机身指夹采用防火无毒ABS材料，牢固不易损坏。手指夹还设计了遮光板，可以更好的遮挡外围光源。

(5)一般SpO2损坏的主要原因之一是弹簧松动，弹力不足，甚至夹紧力不足。R-RUI采用高压电镀碳钢弹簧，可靠耐用。

(6)端子：为了保证探头的可靠连接和耐用性，考虑到信号传输过程中的衰减，与监护仪连接的端子采用特殊工艺镀金。

(7)连接过程：探头的连接过程对测试结果也很重要。缓冲垫的位置已经过校准，以确保测试装置的发射器和接收器位置正确。

(8)精度方面，当SpO2值为703，354，100%时，误差不会超过2%，精度更高，从而使检测结果更可靠。

3.血氧探头的类型

(1)可重复使用的脉搏氧饱和度探头

可重复成人手指夹式血氧探头

可重复指夹式儿童血氧探头

可重复的成人硅胶指套血氧探头

可重复硅胶指套式儿童血氧探头

可重复婴儿硅胶包裹血氧探头

可重复成人耳夹式血氧探头

可重复动物手指夹式血氧探头

(2)一次性脉搏血氧仪探头

医用一次性无纺血氧探头

一次性泡沫血氧探头

一次性指夹式成人血氧探头

一次性指夹式儿童血氧探头

成人用一次性硅胶指套血氧探头

儿童用一次性硅胶指套血氧探头

一次性婴儿硅胶包裹血氧探头

一次性成人耳夹式血氧探头

一次性动物指夹式血氧探头

血氧饱和度检测的基本原理

氧气是人类生命的基础。心脏的收缩和舒张使人体的血液通过肺部搏动。一定量的还原型血红蛋白(HbR)与肺部摄入的氧气结合形成氧气和血红蛋白(HbO2)，约2%的氧气溶解在血浆中。这些血液通过动脉输送到毛细血管，然后在毛细血管中释放氧气，维持组织和细胞的新陈代谢。氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的体积占可结合血红蛋白(Hb)总体积的百分比，即血氧浓度，是呼吸循环的重要生理参数。功能性氧饱和度是HbO2浓度与hbo2浓度的比值，不同于氧合血红蛋白的百分比。因此，监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以估计肺的氧合情况和血红蛋白的携氧能力。

2.1血氧饱和度检测的分类

血氧浓度的测量通常分为电化学法和光学法。

传统的测量血氧饱和度的电化学方法是从人体取血(最常用的方法是动脉血)，然后用血气分析仪进行电化学分析。在几分钟内测量动脉氧分压(PaO2)，并计算动脉氧饱和度(SaO2)。由于这种方法需要进行动脉穿刺或插管，给患者带来痛苦，且无法持续监测，患者在遇到危险情况时不容易得到及时治疗。电化学法的优点是测量结果准确可靠，缺点是比较麻烦，不能连续监测。这是一种侵入式血氧测定方法。

光学方法是一种新的光学测量方法，克服了电化学方法的缺点。它是一种连续无创血氧测量方法，可用于急诊病房、手术室、康复室和睡眠研究。目前，脉搏血氧仪(Pulse Oximetry/oximeter)是应用最广泛的方法。其原理是检测血液中光吸收的变化，测量氧合血红蛋白(HbO2)占全部血红蛋白(Hb)的百分比，从而直接获得SpO2。这种方法的优点是可以对人体进行无损伤的连续测量，而且仪器简单，使用方便，因此越来越受到重视。缺点是测量精度低于电化学法，尤其是血氧值较低时，误差较大。先后出现了耳式血氧计、多波长血氧计和脉搏血氧计。最新的脉搏血氧仪测量误差可以控制在1%以内，满足临床使用要求。虽然它们在某些方面不尽如人意，但其临床益处已被广泛认可。

2.2无创血氧饱和度检测原理

临床上常用功能性血氧饱和度来反映血氧含量的变化。无创血氧饱和度测量是基于动脉血液对光的吸收随动脉搏动而变化的原理。基础研究表明，氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对不同波长的入射光有不同的吸收率。单色光垂直照射人体时，动脉血对光的吸收会随着透光区动脉血管的搏动而变化，而皮肤、肌肉、骨骼、静脉血等其他组织对光的吸收是恒定的。当用两种特定波长的恒定光1和2照射手指时，如果入射光波长1(这里HbO2和Hb具有相等的吸收特性，即约为805nm)选择得当，利用朗伯-贝尔定律，根据血氧饱和度的定义，可以推导出动脉血氧饱和度的近似公式：SaO2=a bQ。

式中：q为两个波长(HbO2，Hb)吸光度变化的比值，a和b为常数，与仪器传感器的结构和测量条件有关。

注意到生物组织是一种各向异性、强散射、弱吸收的复杂光学介质，在实际测量中无法用一个严格的公式来描述。因此，氧饱和度一般是通过测量两束光的吸光度变化的比值，然后通过经验校准曲线得到的。在选择两束光的波长时，入射光的波长一般为660nm和940nm。

2.3用于无损血氧饱和度检测的光电传感器

氧传感器是检测血氧饱和度的重要部件，它的损坏会直接导致检测不准或整机瘫痪。氧传感器按外观可分为指套式、耳垂式、包裹式和粘贴式，按用途可分为成人型、儿童型和婴儿型。不管是什么形状和类型，血氧传感器的原理都是一样的，都是由发光器件和接收器件组成。发光器件由波长为660nm(650nm)的红光和波长为940nm(910nm)的红外发光管组成。光敏接收器件大多采用接收面积大、灵敏度高、暗电流低、噪声小的PIN光电二极管，将接收到的入射光信号转换成电信号。

大多数新开发的脉搏血氧仪使用指套传感器探头。使用时，将探头套在指尖上。两个平行的发光二极管固定在指套的上壁上，发射波长分别为660纳米红光和940纳米红外光。下壁是光敏接收装置，将通过手指传输的红光和红外光转化为电信号。血氧计运行时，分时驱动电路使两个发光二极管以一定的时间间隔和较低的占空比发光。根据发光二极管的发光强度与光电池接收的透射光的比值，可以分别计算全血吸收率a660和a940。然后，可以通过将校准系数A和B代入上述公式来计算血氧饱和度。

2.4血氧计系统框图

脉搏血氧仪一般由血氧饱和度检测模块、工控机或PC机、血氧检测探头(一般为指套式)等部分组成。有的直接开发成一体或者便携。如果系统是由开发的血氧饱和度检测模块搭建的，由于模块与工控机或PC机之间的电平和电压不同，所以要通过电平转换模块连接，才能正确通信。

3脉搏血氧仪的操作和使用

血氧仪能否正确使用，关系到检测结果的准确性。透射式脉搏血氧仪多使用手指、耳垂、脚趾等。作为探测部分，因为这些部分是光最容易透射的部分。对于带指套式传感探头的脉搏血氧仪，测试前最好将手指和指甲清洗干净，否则如果污垢过多，会阻碍光线的传输，对测量结果有一定影响。测量时将中指夹在指套中，注意上壁发光管。夹紧后，还应注意指套是否四周密封紧密，以避免环境光线的干扰

血氧探头的工作原理1、功能及原理脉搏血氧饱和度SPO2是指血氧含量与血氧容量的百分比。SPO2作为一种无创、快速反应、安全可靠的连续监测指标，已经得到认可。目前广泛应用于麻醉、外科、PACU、ICU。根据氧合血红蛋白(HBO2)和还原型血红蛋白(Hb)在红区和红外区的光谱特征可以看出，HbO2和Hb在红区(600 ~ 700 nm)的吸收有很大的不同，血液的光吸收和散射程度很大程度上取决于血氧饱和度。但在红外光谱区(800 ~ 1000 nm)，吸收差异较大。血液中光吸收和光散射的程度主要与血红蛋白的含量有关。因此，当HbO2和Hb的含量不同时，吸收光谱是不同的。因此，无论是动脉血还是血液导管中的静脉血血氧饱和度仪，都可以根据HbO2和Hb的含量准确反映出血血氧饱和度。】:660nm和900nm附近血液反射的比值(660/900)对反映出血血氧饱和度的变化最敏感。临床通用血氧仪(如Baxter饱和度仪)也以此比值为变量。在光传输的方式上，除了动脉血红蛋白之外，其他组织(如皮肤、软组织、静脉血、毛细血管血)都可以吸收光。但入射光通过手指或耳垂时，可以同时被搏动的血液和其他组织吸收，只是它们吸收的光强不同。脉动动脉血吸收的光强随动脉压波的变化而变化。而其他组织吸收的光强(DC)不随脉冲和时间变化，因此可以计算两个波长的光吸收率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940).与r SPO2呈负相关。根据r值，可以从标准曲线中得到相应的SPO2值。

2.探头的特点和优点：SPO2仪器包括三个主要部分：探头、功能模块和显示部分。对于市场上的大多数监护仪来说，检测SPO2的技术已经非常成熟。监护仪检测到的SPO2值是否准确，很大程度上与探头有关，其中影响探头检测的因素有很多。探头使用的检测设备、医用电线、连接技术等都会影响检测结果。1.探测装置：探测信号的LED和光电探测器是探头的核心部件。也是决定检测值准确与否的关键。理论上，当红光波长为660nm，红外光波长为940nm时，检测值较为理想。但是由于制造工艺的复杂性，产生的红光和红外光的波长总是有偏差。光波长的偏差会影响检测值。因此，LED和光电检测器件的制造技术非常重要。我们提供的血氧探头采用福禄克的检测设备，在准确性和可靠性上都有优势。2.医用线：除了进口材料(高弹性强度、耐腐蚀可靠)外，还设计了双层屏蔽，比单层或完全不屏蔽更能抑制噪音干扰，保持信号完整性。3.垫子：我们提供的探针是一种特殊设计的垫子(指垫)。这种坐垫舒适可靠，对皮肤无过敏，可适用于不同体型的患者。并且采用全包裹式设计，可以避免手指运动造成的漏光造成的干扰。4.手指夹：机身手指夹采用防火无毒ABS材料，牢固不易损坏。手指夹还设计了遮光板，可以更好的遮挡外围光源。5.一般SPO2损坏的主要原因之一是弹簧松动，弹力不足，夹紧力不足。我们采用高压电镀碳钢弹簧，可靠耐用。6.端子：为了保证探头的可靠连接和耐用性，考虑到信号传输过程中的衰减，与监护仪连接的端子采用特殊工艺镀金。7.连接过程：探头的连接过程对测试结果也很重要。缓冲垫的位置已经过校准，以确保测试装置的发射器和接收器位置正确。8.在精度上，保证SPO2值在70% ~ 100%时，误差不超过正负2%，精度更高，从而使检测结果更可靠。