血氧探头的工作原理

1、血氧探头定义血氧探头，全称为血氧饱和度探头(英文 SpO2 Sensor/SpO2 Probe)，是 指将探头指套固定在病人指端， 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。通过 SpO2监护，可以得到 SpO2、脉 率、脉搏波。应用于各种病人的血氧监护，通常另一端是接心电监护仪。血氧饱和度定义血氧饱和度是指血液中氧气的最大溶解度， 血液中氧气结合主要是靠血红蛋 白。一般情况下不会发生什么改变， 但是如果在一氧化碳含量较高的环境下就会 发生变化， 造成一氧化碳中毒，

2、 也就是煤气中毒， 因为一氧化碳与血红蛋白的亲 和性很高 , 会优先与一氧化碳结合，从而造成血液中氧气含量降低发生危险。正 常人体动脉血的血氧饱和度为 98% 、静脉血为 75%。一般认为 SpO2正常应不低于 94%，在 94%以下为供氧不足。有学者将 SpO2<90%定为低氧血症的标准， 并认为当 SpO2高于 70%时准确性可达± 2%，SpO2 低于 70%时则可有误差。临床上曾对数例病人的 SpO2数值，与动脉血氧饱和度 数值进行对照，认为SpO2读数可反映病人的呼吸功能， 并在一定程度上 *脉血氧 的变化。胸外科术后病人除个别病例临床症状与数值不符需作血气分析外，

3、常规 应用脉搏血氧饱和度监测， 可为临床观察病情变化提供有意义的指标， 避免了病 人反复采血，也减少护士的工作量，值得推广。血氧探头工作原理1、功能与原理脉搏血氧饱和度 SpO2指的是血氧含量与血氧容量的百分比值。 SpO2作为一 种无创的、反应快速的、安全的、可靠的连续监测指标，已经得到公认。目前在麻醉、手术以及 PACU和 ICU中得以广泛使用。 根据氧合血红蛋白 (HbO2) 和还原血红蛋白 (Hb) 在红光和红外光区域的光谱特性，可知在红光区 (600 700nm)HbO2和 Hb的吸收差别很大， 血液的光吸收程度和光散射程度极大地依赖 于血氧饱和度；而在红外光谱区 (800 1000

4、nm)，则吸收差别较大，血液的光吸 收程度和光散射程度主要与血红蛋白含量有关，所以， HbO2和 Hb 的含量不同吸 收光谱也不同，因此血氧饱和度仪血液导管中的血无论是动脉血还是静脉血饱和 度仪均能根据 HbO2和 Hb 的含量准确地反映出血氧饱和度。血液在波长 660nm附近和 900nm附近反射之比 ( 660/900) 最敏感地反映出 血氧饱和度的变化， 临床一般血氧饱和度仪 ( 如泰嘉电子 Taijia 饱和度仪、 脉搏 血氧仪 )也采用该比值作为变量。在光传导的途径上，除动脉血血红蛋白吸收光 外，其他组织(如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液)也可吸收光。但入射 光经过手指或耳垂时，

5、 光可被搏动性血液和其他组织同时吸收， 但两者吸收的光 强度是不同的， 搏动性动脉血吸收的光强度 (AC)随着动脉压力波的变化而改变。而其他组织吸收的光强度（ DC）不随搏动和时间而改变，由此，就可计算出在两 个波长中的光吸收比率 R。 R=（AC660/DC660）/（AC940/DC940）。R 与 SpO2呈负相 关，根据 R 值，由标准曲线可得出相应的 SpO2值。2、探头的特点与优势SpO2仪包括探头、功能模块和显示部分三个主要部件。对于市场上大部分 的监护仪来说，检测 SpO2的技术都已经很成熟。一台监护仪所检测得到的 SpO2 值准确与否， 很大程度上与探头有关， 其中影响探头检

6、测的因素很多， 探头所用 的检测器件、医用导线、连接工艺等都会影响检测结果。（1）检测器件：检测信号的发光二极管和光电探测器件是探头的核心部件。也 是决定检测数值准确与否的关键所在。理论上的红光波长为660nm，红外光为940nm时检测得到的数值比较理想，但由于制造器件的工艺的复杂，所生产出来 的红光，红外光的波长总有偏差。 光波长的偏差的大小将影响所检测的数值。 所 以发光二极管和光电检测器件的制造工艺就显得很重要了。 R-RUI 采用的是福路 科的检测设备，无论是在精度上，还是在可靠性上都很有优势。（2）医用导线：除了材料使用进口的外（在高弹力强度、抗腐蚀性都很可靠）， 还设计采用了双层屏

7、蔽，较单层或全无屏蔽更能抑制噪声干扰，保持信号完整。（3）软垫： R-RUI 生产的探头采用的是一种特殊设计的软垫（指垫），这种软 垫舒适、可靠，接触皮肤无过敏性，可适用于不同体形的病人。并且采用的是全 裹式设计，可避免因手指动作漏光而导致干扰。（ 4）指夹：本体指夹采用防火级无毒 ABS的材料，坚固不易损坏。在指夹上还 设计采用了遮光板，可以更好地屏蔽外围光源。（ 5）一般 SpO2损坏的主要原因之一是由于弹簧松脱，弹力不足以至夹力不足， R-RUI采用高张力电镀碳钢弹簧，可靠耐用。（6）端子：为了确保探头的可靠连接耐用，考虑信号传递过程中的衰减在与监 护仪的连接端子上，采用特殊工艺镀金端子

8、。（7）连接工艺：探头的连接工艺对于检测结果来说也很重要，软垫所放的位置 均经过校正测试，以确保检测器件发射器与接收器的位置正确。（8）在精度上，确保在 SpO2值为 70% 100%时，误差不超过正负 2%，精度要 更高，从而使得检测结果更可靠。3、血氧探头的种类（1）可重复使用脉搏血氧饱和探头可重复成人指夹式血氧探头可重复儿童指夹式血氧探头 可重复成人硅胶指套式血氧探头可重复儿童硅胶指套式血氧探头可重复婴儿硅胶包裹带血氧探头可重复成人耳夹式血氧探头可重复动物指夹式血氧探头(2)一次性使用脉搏血氧饱和探头一次性医用无纺布血氧探头一次性医用泡沫胶血氧探头一次性成人指夹式血氧探头一次性儿童指夹式

9、血氧探头一次性成人硅胶指套式血氧探头一次性儿童硅胶指套式血氧探头一次性婴儿硅胶包裹带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是维系人类生命的基础， 心脏的收缩和舒张使得人体的血液脉动地流过肺 部，一定量的还原血红蛋白 (HbR)与肺部中摄取的氧气结合成氧和血红蛋白 (HbO2)，另有约 2的氧溶解在血浆里。 这些血液通过动脉一直输送到毛细血管， 然后在毛细血管中将氧释放，以维持组织细胞的新陈代谢。血氧饱和度 (SpO2) 是血液中被氧结合的氧合血红蛋白 (HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白 (Hb) 容量的百分比， 即血液中血氧的浓度， 它是呼吸循

10、环的重要生理参数。 而功能性 氧饱和度为 HbO2浓度与 HbO2 Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。 因此，监测动脉血氧饱和度 (SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估 计。2.1 血氧饱和度检测分类血氧浓度的测量通常分为电化学法和光学法两类。传统的电化学法血氧饱和度测量要先进行人体采血 ( 最常采用的是取动脉 血) ，再利用血气分析仪进行电化学分析，在数分钟内测得动脉氧分压 (PaO2)， 并计算出动脉血氧饱和度 (SaO2)。由于这种方法需要动脉穿刺或者插管， 给病人 造成痛苦， 且不能连续监测， 因此当处于危险状况时， 就不易使病人得到及时的 治疗。电化学法的优点是

11、测量结果精确可靠， 缺点是比较麻烦， 且不能进行连续 的监测，是一种有损伤的血氧测定法。光学法是一种克服了电化学法的缺点的新型光学测量方法， 它是一种连续无 损伤血氧测量方法，可用于急救病房、手术室、恢复室和睡眠研究中。目前采用 最多的是脉搏血氧测定法 (Pulse Oximetry/ 血氧仪 ) ，其原理是检测血液对光吸 收量的变化， 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 求得 SpO2。该方法的优点是可以做到对人体连续无损伤测量，且仪器使用简单 方便，所以它已得到越来越普遍的重视。 缺点是测量精度比电化学法低， 非凡是 在血氧值较低时产生的误差较大。

12、 先后出现了耳式血氧计， 多波长血氧计及新近 问世的脉搏式血氧计。最新的脉搏式血氧计的测量误差已经可以控制在1以内，达到临床使用的要求。 尽管它们在某些方面还不尽如人意， 但其所产生的临 床效益已被广泛认同。2.2 无损伤血氧饱和度检测原理临床上多用功能氧饱和度来反映血液中氧含量的变化。 无损伤血氧饱和度测 量是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理来进行测量的。 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入射光有着不同的吸收率。 当单色光垂直照射人体， 动脉血液对光的吸收量将随透光区域动脉血管搏动而变 化，而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两

13、 种特定波长的恒定光 1、2 照射手指时，假如适当选择入射光波长 1(HbO2、 Hb在此处具有等吸收特性， 即约 805nm)，运用 Lambert-Bear 定律并根据氧饱和 度的定义可推出动脉血氧饱和度的近似公式为： SaO2=a bQ 式中： Q为两种波长 (HbO2、Hb)的吸光度变化之比 a、b为常数，与仪器传感器 结构、测量条件有关。注重到生物组织是一个各向异性、 强散射、 弱吸收的复杂光学介质， 因此在实际 测量中无法用一个严格的公式来描述， 所以一般是通过测量双光束吸光度变化之 比，然后通过经验定标曲线最终获取氧饱和度。 而在选择双光束波长时， 一般选 择入射光波长为 660

14、nm和 940nm。2.3 无损伤血氧饱和度检测用光电传感器血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 整机瘫痪无法工作。 血氧传感器按外形主要可以分为指套型、 耳垂型、 包裹型和 粘附型，按用途又可分为成人型和儿童型、婴儿型几种。不论外形和类型如何， 血氧传感器的原理构成是一样的， 它们均由发光器件和接收器件组成。 发光器件 是由波长为 660nm(650nm)的红光和波长为 940nm(910nm的) 红外光发射管组成。 光敏接收器件大都采用接收面积大， 灵敏度高，暗电流小， 噪声低的 PIN 型光敏 二极管，由它将接收到的入射光信号转换成电信号。最新开发的脉搏血

15、氧计大多采用的是指套式传感器探头。 使用时探头套在指 尖上。指套上壁固定了两个并列放置的发光二极管， 发光波长分别为 660nm红光 和 940nm红外光。下壁是一个光敏接收器件， 它将透射过手指的红光和红外光转 换成电信号。血氧计运行时， 分时驱动电路让两个发光二极管按一定的时间间隔 并以较低的占空比分别发光， 根据光二极管发光强度与光电管接收到的透射光的 强弱比值可分别计算出全血吸收率 a660和 a940，然后结合实验标定的系数 A和 B，代入前述公式中，就可以算得血氧饱和度的数值了。2.4 血氧仪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

16、指套式 ) 等部分组成。也有些是直接研制成一体的或便携式的。假如采用的 是已经研制好的血氧饱和度检测模块来搭建的系统，由于模块与工控机或PC机之间的电平电压不同， 它们之间还要通过电平转换模块连接起来， 这样才能够进 行正确的通讯。3 脉搏血氧计的操作使用是否能够正确操作使用血氧计， 关系到检测结果的准确性。 透射式脉搏血氧 计多以手指、 耳垂、脚趾等作为检测部位， 因为这些部位是光线最轻易透射过的 部位。而对于采用指套式传感探头的脉搏血氧计， 检测前最好应将手指、 指甲部 位清洗干净， 否则假如脏物过多， 会阻碍光线的透射， 从而对测量结果造成一定 的影响。测量时将中指夹在指套里， 注重指甲

17、应正对上壁的发光管， 夹好后还应 注重指套四面是否密闭严实， 以避免环境光的干扰。 指套夹好并开机后， 等待测 量数据稳定后就可以读出血氧饱和度了， 现在的血氧计一般还可以读出脉率值和 脉搏波形。血氧探头的工作原理1、功能与原理脉搏血氧饱和度 SPO2 指的是血氧含量与血氧容量的百分比值。 SPO2 作为一种无 创的、 反应快速的、 安全的、 可靠的连续监测指标， 已经得到公认。 目前在麻醉、 手术以及 PACU 和 ICU 中得以广泛使用。根据氧合血红蛋白 (HbO2) 和还原血红蛋白 (Hb) 在红光和红外光区域的 光谱特性，可知在红光区 (600 700nm)HbO2 和 Hb 的吸收差

18、别很大，血液的光吸收程度和光散 射程度极大地依赖于血氧饱和度；而在红外光谱区(800 1000nm) ，则吸收差别较大，血液的光吸收程度和光散射程度主要与血红蛋白含量有关，所以， HbO2 和 Hb 的含量不同吸收光谱也不 同，因此血氧饱和度仪血液导管中的血无论是动脉血还是静脉血饱和度仪均能根据 HbO2 和 Hb 的含量准确地反映出血氧饱和度。 ：血液在波长 660nm 附近和 900nm 附近反射之比 ( 660/900) 最敏感地反映出血氧饱和度的变化， 临床一般血氧饱和度仪 ( 如 Baxter 饱和度仪 )也采用该比值作为变量。在光传导的途径上，除动脉血血红蛋白吸收光外，其他组织(如

19、皮肤、软组织、静脉血 和毛细血管血液) 也可吸收光。 但入射光经过手指或耳垂时， 光可被搏动性血液和其他组织同时吸收，但两者吸收的光强度是不同的，搏动性动脉血吸收的光强度（ AC ）随着动脉压力波的变 化而改变。而其他组织吸收的光强度（DC ）不随搏动和时间而改变，由此，就可计算出在两个波长中的光吸收比率 R。R=（AC660/DC660）/（AC940/DC940） 。R与 SPO2呈负相关，根据 R值， 由标准曲线可得出相应的 SPO2 值。2、探头的特点与优势： SPO2 仪包括探头、功能模块和显示部分三个主要部件。对于市场上大 部分的监护仪来说，检测 SPO2 的技术都已经很成熟。一台监护仪所检测得到的SPO2 值准确与否，很大程度上与探头有关，其中影响探头检测的因素很多，探头所用的检测器件、医用导线、 连接工艺等都会影响检测结果。 1.检测器件：检测信号的发光二极管和光电探测器件是探头的核 心部件。 也是决定检测数值准确与否的关键所