血氧探头的工作原理.docx

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血氧探头的工作原理

血氧探头界说之老阳三干创作

创作时间：

二零二一年六月三十日

血氧探头,全称为血氧饱和度探头（英文SpO2Sensor/SpO2Probe）,是指将探头指套固定在病人指端,利用手指作为盛装血红卵白的透明容器,使用波长660nm的红光和940nm的近红外光作为射入光源,测定通过组织床的光传导强度,来计算血红卵白浓度及血氧饱和度.通过SpO2监护,可以获得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.

血氧饱和度界说

血氧饱和度是指血液中氧气的最年夜溶解度,血液中氧气结合主要是靠血红卵白.一般情况下不会发生什么改变,可是如果在一氧化碳含量较高的环境下就会发生变动,造成一氧化碳中毒,也就是煤气中毒,因为一氧化碳与血红卵白的亲和性很高,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.正凡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%以下为供氧缺乏.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比,认为SpO2读数可反映病人的呼吸功能,并在一定水平上*脉血氧的变动.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,惯例应用脉搏血氧饱和度监测,可为临床观察病情变动提供有意义的指标,防止了病人反复采血,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、平安的、可靠的连续监测指标,已经获得公认.

目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用.根据氧合血红卵白（HbO2）和还原血红卵白（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的吸收分歧很年夜,血液的光吸收水平和光散射水平极年夜地依赖于血氧饱和度；而在红外光谱区（800～1000nm）,则吸收分歧较年夜,血液的光吸收水平和光散射水平主要与血红卵白含量有关,所以,HbO2和Hb的含量分歧吸收光谱也分歧,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（ρ660/900）最敏感地反映出血氧饱和度的变动,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）也采纳该比值作为变量.在光传导的途径上,除动脉血血红卵白吸收光外,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,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分歧的,搏动性动脉血吸收的光强度（AC）随着动脉压力波的变动而改变.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、功能模块和显示部份三个主要部件.对市场上年夜部份的监护仪来说,检测SpO2的技术都已经很成熟.一台监护仪所检测获得的SpO2值准确与否,很年夜水平上与探头有关,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、连接工艺等城市影响检测结果.

（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时检测获得的数值比力理想,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.光波长的偏差的年夜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采纳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：

除资料使用进口的外（在高弹力强度、抗腐蚀性都很可靠）,还设计采纳了双层屏蔽,较单层或全无屏蔽更能抑制噪声干扰,坚持信号完整.

（3）软垫：

R-RUI生产的探头采纳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,可适用于分歧体形的病人.而且采纳的是全裹式设计,可防止因手指举措漏光而招致干扰.

（4）指夹：

本体指夹采纳防火级无毒ABS的资料,坚固不容易损坏.在指夹上还设计采纳了遮光板,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,弹力缺乏以至夹力缺乏,R-RUI采纳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,采纳特殊工艺镀金端子.

（7）连接工艺：

探头的连接工艺对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,误差不超越正负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

       可重复植物指夹式血氧探头

（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

       一次性植物指夹式血氧探头

血氧饱和度检测的基来源根基理

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,一定量的还原血红卵白（HbR）与肺部中摄取的氧气结合成氧和血红卵白（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卵白（HbO2）的容量占全部可结合的血红卵白（Hb）容量的百分比,即血液中血氧的浓度,它是呼吸循环的重要生理参数.而功能性氧饱和度为HbO2浓度与HbO2Hb浓度之比,有别于氧合血红卵白所占百分数.因此,监测动脉血氧饱和度（SaO2）可以对肺的氧合和血红卵白携氧能力进行估计.

2.1血氧饱和度检测分类

血氧浓度的丈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丈量要先进行人体采血（最常采纳的是取动脉血）,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,就不容易使病人获得及时的治疗.电化学法的优点是丈量结果精确可靠,缺点是比力麻烦,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丈量方法,它是一种连续无损伤血氧丈量方法,可用于急救病房、手术室、恢复室和睡眠研究中.目前采纳最多的是脉搏血氧测定法（PulseOximetry/血氧仪）,其原理是检测血液对光吸收量的变动,丈量氧合血红卵白（HbO2）占全部血红卵白（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丈量,且仪器使用简双方便,所以它已获得越来越普遍的重视.缺点是丈量精度比电化学法低,非凡是在血氧值较低时发生的误差较年夜.先后呈现了耳式血氧计,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丈量误差已经可以控制在1％以内,到达临床使用的要求.尽管它们在某些方面还不尽如人意,但其所发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动.无损伤血氧饱和度丈量是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变动的原理来进行丈量的.基础研究标明,氧合血红卵白和非氧合血红卵白对分歧波长入射光有着分歧的吸收率.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动,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.当用两种特定波长的恒定光λ1、λ2照射手指时,假如适被选择入射光波长λ1（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界说可推出动脉血氧饱和度的近似公式为：

SaO2=abQ

式中：

Q为两种波长（HbO2、Hb）的吸光度变动之比a、b为常数,与仪器传感器结构、丈量条件有关.

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,因此在实际丈量中无法用一个严格的公式来描述,所以一般是通过丈量双光束吸光度变动之比,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660nm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,它的损坏会直接招致检测禁绝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.光敏接收器件年夜都采纳接收面积年夜,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.

最新开发的脉搏血氧计年夜多采纳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（一般为指套式）等部份组成.也有些是直接研制成一体的或便携式的.假如采纳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机之间的电平电压分歧,它们之间还要通过电平转换模块连接起来,这样才华够进行正确的通讯.

3脉搏血氧计的把持使用

是否能够正确把持使用血氧计,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.而对采纳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,从而对丈量结果造成一定的影响.丈量时将中指夹在指套里,注重指甲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,以防止环境光的干扰.指套夹好并开机后,等候丈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、平安的、可靠的连续监测指标,已经获得公认.目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用.根据氧合血红卵白（HbO2）和还原血红卵白（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的吸收分歧很年夜,血液的光吸收水平和光散射水平极年夜地依赖于血氧饱和度；而在红外光谱区（800～1000nm）,则吸收分歧较年夜,血液的光吸收水平和光散射水平主要与血红卵白含量有关,所以,HbO2和Hb的含量分歧吸收光谱也分歧,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（ρ660/900）最敏感地反映出血氧饱和度的变动,临床一般血氧饱和度仪（如Baxter饱和度仪）也采纳该比值作为变量.在光传导的途径上,除动脉血血红卵白吸收光外,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,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分歧的,搏动性动脉血吸收的光强度（AC）随着动脉压力波的变动而改变.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、功能模块和显示部份三个主要部件.对市场上年夜部份的监护仪来说,检测SPO2的技术都已经很成熟.一台监护仪所检测获得的SPO2值准确与否,很年夜水平上与探头有关,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、连接工艺等城市影响检测结果.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时检测获得的数值比力理想,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.光波长的偏差的年夜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.我们提供的血氧探头采纳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：

除资料使用进口的外（在高弹力强度、抗腐蚀性都很可靠）,还设计采纳了双层屏蔽,较单层或全无屏蔽更能抑制噪声干扰,坚持信号完整.3.软垫：

我们提供的探头采纳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,可适用于分歧体形的病人.而且采纳的是全裹式设计,可防止因手指举措漏光而招致干扰.4.指夹：

本体指夹采纳防火级无毒ABS的资料,坚固不容易损坏.在指夹上还设计采纳了遮光板,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,弹力缺乏以至夹力缺乏,我们采纳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,采纳特殊工艺镀金端子.7.连接工艺：

探头的连接工艺对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,误差不超越正负2%,精度要更高,从而使得检测结果更可靠.

创作时间：

二零二一年六月三十日