饱和度探头是测定人体血液中的氧浓度

血氧饱和度探头是测定人体血液中的氧含量即血氧饱和度的一种仪器血氧饱和度测试仪使用方法，传感由两只发光管和一只光电管组成，在内科放疗或重症病患的监护中可及时了解血液中氧浓度。

随着现代医疗技术和相关学科的不断发展，医用监护仪器已成为医用电子仪器不可缺乏的一大类仪器，在诊所中起着越来越重要的作用。监护仪器的使用，除了减少了医务人员的劳动，增强了护理工作的效率，更重要的是使大夫能随时了解病况，当出现危难情况时可及时进行处理，增强了护理质量。在监护的生理参数中，不仅心电、血压等之外，人体血液中的氧含量即血氧饱和度的测定在临床上也有非常重要的意义。在产科放疗或重症病患的监护中，防止患者缺氧，及时了解血液中氧浓度是非常必要的。

不管哪种血氧探头，它的传感都由两只发光管和一只光电管组成。其中一只发光管发出波长为660nm的可见绿光，另一只发光管发出波长为920～950nm之间的不可见红外光，各种探头元元件上的差别不是很大，只是接法上略有不同。它的内部结构通常可分为3种类型，笔者用自己的语言将其分为交流型、共阳型、共阴型，结构示意分别为图2、图3、图4。极性接法不同，发的光类不同，讯号接收及输出就不同。现用血氧探头内部结构大致这般，有一部份在接头处装置有不同电阻的阻值，作为探头接与未接的测量。

血氧探头的工作原理

血氧探头定义

血氧探头，全称为血氧饱和度探头（英语SpO2/SpO2Probe），是指将探头指套固定在患者指端，借助右手作为盛装血红蛋白的透明容器，使用波长660nm的绿光和940nm的近红外光作为射入光源，测定通过组织床的光传导硬度，来估算血红蛋白含量及血氧饱和度。通过SpO2监护，可以得到SpO2、脉率、脉搏波。应用于各类患者的血氧监护，一般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二氧化碳的最大溶化度，血液中二氧化碳结合主要是靠血红蛋白。通常情况下不会发生哪些改变，而且假如在一氧化碳浓度较高的环境下才会发生变化，导致一氧化碳中毒，也就是燃气中毒，由于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，进而导致血液中氧气浓度减少发生危险。正常人体动脉血的血氧饱和度为98%、静脉血为75%。

通常觉得SpO2正常应不高于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，并觉得当SpO2低于70%时确切性可达±2%，SpO2高于70%时则可有偏差。临床上曾对数例患者的SpO2数值，与动脉血氧饱和度数值进行对照，觉得SpO2读数可反映患者的呼吸功能，并在一定程度上*脉血氧的变化。胸内科术后患者除某些病例临床病症与数值不符需作血气剖析外，常规应用心跳血氧饱和度检测，可为临床观察病况变化提供有意义的指标，防止了患者反复采血，也降低护士的工作量，值得推广。

血氧探头工作原理

1、功能与原理

心跳血氧饱和度SpO2指的是血氧浓度与血氧容量的比率值。SpO2作为一种无创的、反应快速的、安全的、可靠的连续检测指标，早已得到公认。目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用。按照氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）在绿光和红外光区域的波谱特点，可知在绿光区（600～700nm）HbO2和Hb的吸收差异很大，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；而在红外波谱区（800～），则吸收差异较大，血液的光吸收程度和光散射程度主要与血红蛋白浓度有关血氧饱和度测试仪使用方法，所以，HbO2和Hb的浓度不同吸收波谱也不同，因而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依据HbO2和Hb的浓度确切地反映流血氧饱和度。

血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比（ρ660/900）最敏感地反映流血氧饱和度的变化，临床通常血氧饱和度仪（如泰嘉电子饱和度仪、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。但入射光经过中指或耳朵时，光可被搏动性血液和其他组织同时吸收，但二者吸收的光硬度是不同的，搏动性动脉血吸收的光硬度（AC）随着动脉压力波的变化而改变。而其他组织吸收的光硬度（DC）不随搏动和时间而改变，由此，就可估算出在两个波长中的光吸收百分比R。R=（AC660/DC660）/（AC940/DC940）。R与SpO2呈负相关，按照R值，由标准曲线可得出相应的SpO2值。

2、探头的特性与优势

SpO2仪包括探头、功能模块和显示部份三个主要部件。对于市场上大部份的监护仪来说，测量SpO2的技术都早已很成熟。一台监护仪所测量得到的SpO2值确切与否，很大程度上与探头有关，其中影响探头测量的诱因好多，探头所用的测量元件、医用导线、连接工艺等就会影响测量结果。

（1）测量元件：检查讯号的发光晶闸管和光电侦测元件是探头的核心部件。也是决定检查数值确切与否的关键所在。理论上的绿光波长为660nm，红外光为940nm时检查得到的数值比较理想，但因为制造元件的工艺的复杂，所生产下来的绿光，红外光的波长总有误差。光波长的误差的大小将影响所测量的数值。所以发光晶闸管和光电测量元件的制造工艺就变得很重要了。R-RUI采用的是福路科的测量设备，无论是在精度上，还是在可靠性上都很有优势。

（2）医用导线：不仅材料使用进口的外（在高弹力硬度、抗腐蚀性都很可靠），还设计采用了单层屏蔽，较双层或全无屏蔽更能抑制噪音干扰，保持讯号完整。（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），这些软垫舒适、可靠，接触皮肤无过敏性，可适用于不同体形的病患。而且采用的是全裹式设计，可防止因手臂动作坏点而造成干扰。

（4）指夹：本体指夹采用防火级无毒ABS的材料，结实不易破损。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）通常SpO2受损的主要诱因之一是因为弹簧松脱，弹力不足以至夹力不足，R-RUI采用高张力镀镍不锈钢弹簧，可靠耐用。

（6）端子：为了确保探头的可靠联接耐用，考虑讯号传递过程中的衰减在与监护仪的联接端子上，采用特殊工艺镀银端子。

（7）联接工艺：探头的联接工艺对于测量结果来说也很重要，软垫所放的位置均经过校准测试，以确保测量元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，偏差不超过正负2%，精度要更高，进而促使测量结果更可靠。

3、血氧探头的种类

（1）可重复使用心跳血氧饱和探头

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

可重复小孩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）一次性使用心跳血氧饱和探头

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

一次性小孩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

血氧饱和度测量的基本原理

氧是维系人类生命的基础，肾脏的收缩和舒张促使人体的血液脉动地流过胃部，一定量的还原血红蛋白（HbR）与脑部中摄入的二氧化碳结合成氧和血红蛋白（HbO2），另有约2％的氧溶化在血清里。那些血液通过动脉仍然输送到毛细血管，之后在毛细血管少将氧释放，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）容量的比率，即血液中血氧的含量，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2含量与HbO2Hb含量之比，有别于氧合血红蛋白所占百分率。为此，检测动脉血氧饱和度（SaO2）可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行恐怕。

2.1血氧饱和度测量分类

血氧含量的检测一般分为电物理法和光学法两类。

传统的电物理法血氧饱和度检测要先进行人体采血（最常采用的是取动脉血），再借助血气剖析仪进行电物理剖析，在数分钟公测得动脉氧分压（PaO2），并估算出动脉血氧饱和度（SaO2）。因为这些技巧须要动脉穿刺或则导尿，给患者导致痛楚，且不能连续检测，因而当处于危险状况时，就不易使患者得到及时的诊治。电物理法的优点是检测结果精确可靠，缺点是比较麻烦，且不能进行连续的检测，是一种有损伤的血氧测定法。

光学法是一种克服了电物理法的缺点的新型光学检测方式，它是一种连续无损伤血氧检测方式，可用于急救病区、手术室、恢复室和睡眠研究中。目前采用最多的是心跳血氧测定法（Pulse/血氧仪），其原理是测量血液对光吸收量的变化，检测氧合血红蛋白（HbO2）占全部血红蛋白（Hb）的比率，因而直接求得SpO2。该方式的优点是可以做到对人体连续无损伤检测，且仪器使用简单便捷，所以它已得到越来越普遍的注重。缺点是检测精度比电物理法低，非凡是在血氧值较低时形成的偏差较大。先后出现了耳式血氧计，多波长血氧计及新近问世的心跳式血氧计。最新的心跳式血氧计的检测偏差早已可以控制在1％以内，达到临床使用的要求。虽然它们在个别方面还不尽如人意，但其所形成的临床效益已被广泛认同。

2.2无损伤血氧饱和度测量原理

临床上多用功能氧饱和度来反映血液中氧浓度的变化。无损伤血氧饱和度检测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检测的。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产率。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。当用两种特定波长的恒定光λ1、λ2照射中指时，如果适当选择入射光波长λ1（HbO2、Hb在此处具有等吸收特点，即约805nm），运用-Bear定理并按照氧饱和度的定义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）的吸光度变化之比a、b为常数，与仪器传感结构、测量条件有关。

重视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，因而在实际检测中难以用一个严格的公式来描述，所以通常是通过检测双光束吸光度变化之比，之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，通常选择入射光波长为660nm和940nm。

2.3无损伤血氧饱和度测量用光电传感

血氧传感是测量血氧饱和度的重要部件，它的毁坏会直接造成测量不准或整机截瘫难以工作。血氧传感按外观主要可以分为指套型、耳垂型、包裹型和黏结型，按用途又可分为成人型和儿童型、婴儿型几种。不论外观和类型怎样，血氧传感的原理构成是一样的，它们均由发光元件和接收元件组成。发光元件是由波长为660nm（650nm）的绿光和波长为940nm（910nm）的红外光发射管组成。光敏接收元件大都采用接收面积大，灵敏度高，暗电压小，噪音低的PIN型光敏三极管，由它将接收到的入射光讯号转换成联通号。

最新开发的心跳血氧计大多采用的是指套式传感探头。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三极管，发光波长分别为660nm绿光和940nm红外光。下壁是一个光敏接收元件，它将透射过右手的绿光和红外光转换成联通号。血氧计运行时，分时驱动电路让两个发光晶闸管按一定的时间间隔并以较低的信噪比分别发光，依照光晶闸管发光硬度与光电管接收到的透射光的强弱比值可分别估算出全血吸产率a660和a940，之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

心跳血氧仪通常由血氧饱和度测量模块、工控机或PC机、血氧测量探头（通常为指套式）等部份组成。也有些是直接研发成一体的或便携式的。如果采用的是早已研发好的血氧饱和度测量模块来搭建的系统，因为模块与工控机或PC机之间的电平电流不同，它们之间还要通过电平转换模块连接上去，这样才才能进行正确的通信。

3心跳血氧计的操作使用

是否还能正确操作使用血氧计，关系到测量结果的确切性。透射式心跳血氧计多以拇指、耳垂、脚趾等作为测量部位，由于这种部位是光线最轻易透射过的部位。而对于采用指套式传感器探头的心跳血氧计，测量前最好应将手臂、指甲部位清洗干净，否则如果赃物过多，会妨碍光线的透射，因而对检测结果引起一定的影响。检测时将手指夹在指套里，重视趾甲应正对上壁的发光管，夹好后还应重视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，等待检测数据稳定后就可以读出血氧饱和度了，如今的血氧计通常还可以读出脉率值和心跳波形。

血氧探头的工作原理

1、功能与原理心跳血氧饱和度SPO2指的是血氧浓度与血氧容量的比率值。SPO2作为一种无创的、反应快速的、安全的、可靠的连续检测指标，早已得到公认。目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用。按照氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）在绿光和红外光区域的波谱特点，可知在绿光区（600～700nm）HbO2和Hb的吸收差异很大，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；而在红外波谱区（800～），则吸收差异较大，血液的光吸收程度和光散射程度主要与血红蛋白浓度有关，所以，HbO2和Hb的浓度不同吸收波谱也不同，因而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依据HbO2和Hb的浓度确切地反映流血氧饱和度。〕：血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比（ρ660/900）最敏感地反映流血氧饱和度的变化，临床通常血氧饱和度仪（如饱和度仪）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。但入射光经过中指或耳朵时，光可被搏动性血液和其他组织同时吸收，但二者吸收的光硬度是不同的，搏动性动脉血吸收的光硬度（AC）随着动脉压力波的变化而改变。而其他组织吸收的光硬度（DC）不随搏动和时间而改变，由此，就可估算出在两个波长中的光吸收百分比R。R=（AC660/DC660）/（AC940/DC940）。R与SPO2呈负相关，按照R值，由标准曲线可得出相应的SPO2值。

2、探头的特性与优势：SPO2仪包括探头、功能模块和显示部份三个主要部件。对于市场上大部份的监护仪来说，测量SPO2的技术都早已很成熟。一台监护仪所测量得到的SPO2值确切与否，很大程度上与探头有关，其中影响探头测量的诱因好多，探头所用的测量元件、医用导线、连接工艺等就会影响测量结果。1.检查元件：检查讯号的发光晶闸管和光电侦测元件是探头的核心部件。也是决定检查数值确切与否的关键所在。理论上的绿光波长为660nm，红外光为940nm时检查得到的数值比较理想，但因为制造元件的工艺的复杂，所生产下来的绿光，红外光的波长总有误差。光波长的误差的大小将影响所测量的数值。所以发光晶闸管和光电测量元件的制造工艺就变得很重要了。我们提供的血氧探头采用的是福路科的测量设备，无论是在精度上，还是在可靠性上都很有优势。2.医用导线：不仅材料使用进口的外（在高弹力硬度、抗腐蚀性都很可靠），还设计采用了单层屏蔽，较双层或全无屏蔽更能抑制噪音干扰，保持讯号完整。3.软垫：我们提供的探头采用的是一种特殊设计的软垫（指垫），这些软垫舒适、可靠，接触皮肤无过敏性，可适用于不同体形的病患。而且采用的是全裹式设计，可防止因手臂动作坏点而造成干扰。4.指夹：本体指夹采用防火级无毒ABS的材料，结实不易破损。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.通常SPO2受损的主要诱因之一是因为弹簧松脱，弹力不足以至夹力不足，我们采用高张力镀镍不锈钢弹簧，可靠耐用。6.端子：为了确保探头的可靠联接耐用，考虑讯号传递过程中的衰减在与监护仪的联接端子上，采用特殊工艺镀银端子。7.联接工艺：探头的联接工艺对于测量结果来说也很重要，软垫所放的位置均经过校准测试，以确保测量元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，偏差不超过正负2%，精度要更高，进而促使测量结果更可靠。