生醫電子

脈搏血氧測量(pulse oximetry)

脈搏血氧機就是夾在你指尖、靠把光射穿你來讀血氧的那個小夾子——一件不需要針的漂亮光電作品。富氧血(鮮紅)與缺氧血(暗紅)吸收紅光與紅外光的量不同,所以訣竅是用兩顆 LED(一顆約 660 nm 紅光、一顆約 940 nm 紅外)照穿手指,再用對側一顆光二極體量測有多少光存活下來。在暗房裡用手電筒照你指縫,你會看到同樣的物理:活組織是半透明的,而它把光染成什麼顏色,就透露了裡頭的血。

巧妙之處在於只挑出會「脈動」的那部分血。每一次心跳,動脈會脹大、短暫多吸收一些光,於是光二極體電流裡帶著一個微小、跳動的交流成分,騎在皮膚、骨頭與靜脈血造成的巨大穩定直流背景之上。電路量測兩個波長下交流對直流脈動量的比值(「R 比」),再對應到 SpO2——因為它只看脈動的部分,便自動忽略一切非流動的動脈血。同一組紅光/紅外 LED 加光二極體的訊號,若單獨拿來看,就是智慧手錶用來從手腕讀心率的光體積變化描記圖(PPG)。

R = (AC_red/DC_red) / (AC_IR/DC_IR); SpO2 ≈ f(R), empirically calibrated

因為它追蹤的是比值而非絕對亮度,脈搏血氧機對手指厚薄與膚色出奇地寬容——但它也會被騙:它分不出氧與一氧化碳(兩者都讓血變鮮紅),所以在一氧化碳中毒時,它會讀出危險的「正常」值。

又称
SpO2 sensorpulse oximeterPPG光體積變化描記法血氧機