生物医学传感器与检测技术第八章血氧饱和度和心输出量的无创伤测量方法8.1血氧饱和度的无创伤测量方法8.1-1血氧饱和度的概念细胞的氧的供给是通过人的呼吸运动将空气中的氧吸人肺泡内，经过气体交换进入血液，并随动脉血向全身输送，在毛细血管处与组织进行气体再交换，氧进入机体组织为细胞所摄取。血中的氧分子绝大部分与红细胞中的血红蛋白作可逆性结合，很少一部分是溶解在血浆中的。氧与血红蛋白的结合与解离是可逆反应，即：8.1血氧饱和度的无创伤测量方法血红蛋白可以结合O2的最大量称为血液的氧容量，血红蛋白实际结合的O2量称为氧含量，氧含量占氧容量的百分比称为氧饱和度SaO2(Bloodoxygensaturation)：SaO2=(氧含量/氧容量)×100%8.1血氧饱和度的无创伤测量方法8.1-2血氧饱和度测定的意义由于氧通过呼吸进入细胞进而被血红蛋白所氧合是由多个环节组成，其中任何一个环节出现问题均可导致供氧障碍。血氧饱和度，是临床医疗上重要的基础参数。例如：除了呼吸、循环系统本身的疾病之外，由于麻醉引起的机体自动调节功能受抑、手术创伤以及其他治疗、检查时的损伤等。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法无创伤连续检测动脉血氧饱和度的方法，即脉搏血氧测量法(PulseOximetry)。与以往各种方法的最大区别就是其传感器置于体表动脉处，不需要插入血管，也不需要采血样，所以极易为临床应用场合所接受。它实现了无创伤连续监测血氧饱和度的功能，已被临床接受，成为危重病人监护，麻醉手术监测所必不可少的设备。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法8.1-3脉搏血氧测量法基本建模原理脉搏血氧测量是基于传统光吸收测量方法和光学脉搏容积描计法，在体表浅动脉处来实现测量的。其建模方法有三方面。1.溶液对单色光吸收的基本规则-比尔定律当单色光通过溶液时，透射光的强度I符合比尔-朗伯特（Beer-Lambert）定律：I0为入射光的强度，C是溶液的浓度，D是溶液的厚度，即光程。ε是吸收系数，为常数。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法浓度测量或血氧饱和度测量时，正是利用这个特性，通过测量光强从而求出浓度C。取对数的形式：A－表示吸光度(absorbance)。测量出吸光度A值，利用上式就可以很容易地算出浓度C。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法2.血氧饱和度定义和血红蛋白光吸收特性在脉搏血氧测量法中，血氧饱和度指功能饱和度，常用SpO2表示血氧饱和度。其条件是忽略动脉血管中其它成分影响仅考虑氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)，所以血氧饱和度SpO2的定义是：CHbO2表示氧合血红蛋白含量，CHb表示还原血红蛋白含量8.1血氧饱和度的无创伤测量方法两种血红蛋白的光吸收特性曲线如图所示8.1血氧饱和度的无创伤测量方法在红光谱区(600nm-700nm)，HbO2和Hb的吸收差别很大，因而血液的光吸收程度极大地依赖于血氧饱和度的大小；在近红外光谱区(800nm-1000nm)，则其吸收差别较小，在805nm左右为等吸收点。所以不同氧饱和度的血液光吸收程度主要与两种血红蛋白含量比例有关。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法3.动脉组织的模型和血氧饱和度计算公式在体浅表动脉处用光电容积描记法获取动脉脉搏波区分动脉和其他组织，实现动脉血液中测量血氧饱和度。假设组织模型由两部分组成：无血组织(皮肤，骨骼，静脉血，其它组织等)，动脉血管(由氧合血红蛋白和还原血红蛋白组成的动脉血液)。脉搏波传感器接受的信号中包含两种成分，分别以直流DC和交流AC的形式存在。用电路方法区分，获得AC动脉信号。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法传感器光信号成分分析图8.1血氧饱和度的无创伤测量方法动脉血管光程变化等效示意8.1血氧饱和度的无创伤测量方法动脉充盈引起血管厚D增加到D+D，透光量IDC则减少为IDC+AC，为了求解，采用红光(1=660nm)和近红外光(2=940nm)二个波长比例的方法，运用比尔定律分别得到：01,02和r1,r2分别是1和2，两波长下的HbO2和Hb的光吸收系数，CHbO2表示氧合血红蛋白含量，CHb表示还原血红蛋白含量。8.1血氧饱和度的无创伤测量方法取K为两波长吸光度的比值：式中A1和A2分别表示两波长1和2条件下吸光度的变化值。...
