標題: 關(guān)于血氧儀原理分析 [打印本頁]
作者: QWE4562012    時間: 2022-9-27 19:19
標題: 關(guān)于血氧儀原理分析
-----心率是綠光打入皮膚，得到PPG，通過算法得到心率。血氧是IR和紅光 兩種光源，通過檢測打入皮膚反射回的 IR和紅光的比例，通過算法算出相關(guān)的血氧值

----- 血氧飽和度測量原理：血紅蛋白的光吸收系數(shù)會根據(jù)血紅蛋白的類型和波長的不同而改變。血液中的血紅蛋白是氧傳輸?shù)綑C體組織的主要轉(zhuǎn)運者，除了氧合血紅蛋白 (HbO2) 和還原血紅蛋白（RHb）外，血紅蛋白也會結(jié)合產(chǎn)生額外的成分，如碳氧血紅蛋白 (COHb) 和高鐵血紅蛋白 (MetHb)，但這兩者的濃度通常非常低。因此，無創(chuàng)血氧測量技術(shù)中，血紅蛋白被假定為只由 RHb 和 HbO2，兩種物質(zhì)組成，血氧飽和度（SpO2）被定義為血液中的 HbO 濃度占 RHb 和 HbO2 濃度之和的百分比。

-----心率檢測是利用光電感測元件吸收光線能量的原理，紀錄光線於血管中受血液流動的變化而偵測出來的信號。血流速伴隨心臟的搏動而產(chǎn)生變化，光電感測元件會隨著血液量血管的收縮和擴張的變化使得感測器產(chǎn)生明暗的變化量或是光的反射量，而目前業(yè)界有兩類感測器可用來呈現(xiàn)，一、是光電二級體測器(Photodiode Sensor 圖一所示)，二、是互補性氧化金屬半導(dǎo)體傳感器(CMOS Sensor圖二所示) ，皆可用來量測皮下組織血液變化：

------光電測量法又分兩種情況
　　這兩種情況就是，一個發(fā)綠光，一個發(fā)紅光，無論是哪一種，這些光都是 LED 燈發(fā)出來的。發(fā)紅光，是利用血管內(nèi)血液血紅蛋白的吸光度的變化來測量脈搏，靠紅外發(fā)射光束回路和接收反射回路，但信號極為微弱而非常容易受到外界干擾而造成測量數(shù)據(jù)不準確，且一般需要安靜的狀態(tài)下測量發(fā)綠光，是由兩個綠色波長的發(fā)光 LED 和一個光敏傳感器組成，其原理是基于手臂血管中的血液在脈動的時候會發(fā)生密度改變而引起透光率的變化。它可以持續(xù)測量心率（運動中亦可），計算平均心率，記錄最大心率等。


之所以選擇綠光作為光源是考慮到一下·幾個特點：

       1. 皮膚的黑色素會吸收大量波長較短的波

       2. 皮膚上的水份也會吸收大量的UV和IR部分的光

       3. 進入皮膚組織的綠光(500nm)-- 黃光(600nm)大部分會被紅細胞吸收

       4. 紅光和接近IR的光相比其他波長的光更容易穿過皮膚組織

       5. 血液要比其他組織吸收更多的光

       6. 相比紅光，綠（綠-黃）光能被氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白吸收

      總體來說，綠光-- 紅光能作為測量光源。早起多數(shù)采用紅光為光源，隨著進一步的研究和對比，綠光作為光源得到的信號更好，信噪比也比其他光源好些，所以現(xiàn)在大部分穿戴設(shè)備采用綠光為光源。但是考慮到皮膚情況的不用（膚色、汗水），高端產(chǎn)品會根據(jù)情況自動使用換綠光、紅光和IR多種光源。雖然知道了上面的幾個特點，但是還不足以弄清楚為什么通過光照就能測出心率、血氧等參數(shù)呢？


當光照透過皮膚組織然后再反射到光敏傳感器時光照有一定的衰減的。像肌肉、骨骼、靜脈和其他連接組織等等對光的吸收是基本不變的（前提是測量部位沒有大幅度的運動），但是血液不同，由于動脈里有血液的流動，那么對光的吸收自然也有所變化。當我們把光轉(zhuǎn)換成電信號時，正是由于動脈對光的吸收有變化而其他組織對光的吸收基本不變，得到的信號就可以分為直流DC信號和交流AC信號。提取其中的AC信號，就能反應(yīng)出血液流動的特點

因為主要是用綠光來檢測，當心臟收 縮，手腕處血流增加，血液吸收綠光增加，反射綠光減少；而心臟舒張，則相反，吸收綠光減 少，反射綠光增加；手環(huán)傳感器通過反射的綠光頻率，計算出心率。這是通過光電容積脈搏波描記法（PhotoPlethysmoGraphy），簡稱PPG，來監(jiān)測心率。原理很簡單：血液是紅色的，反射紅光，吸收綠光。心率傳感器結(jié)合綠色LED光跟感光光電二極管，檢測特定時間手腕處流通的血液量，從而獲取心率信息。


一、心率傳感器技術(shù)原理

1. PPG 光電容積脈搏波描記法原理

簡單來說，就是反射而已，利用血液中透光率的脈動變化，折算成電信號，通過軟件算法轉(zhuǎn)換，對應(yīng)的就是心率。當一定波長的光束照射到指端皮膚表面時，光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器，在此過程中由于受到指，端皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用，檢測器檢測到的光強度將減弱。其中皮膚、肌肉組織等對光的吸收在整個血液循環(huán)中是保持恒定不變的，而皮膚內(nèi)的血液，容積在心臟作用下呈搏動性變化。當心臟收縮時外周血容量最多光吸收量也最大，檢測到的光強度最小。而在心臟舒張時，正好相反，檢測到的光強度最大，使光接收器接收到的光強度隨之呈脈動性變化。


計算公式：SpO2= HbO2/（HbO2+Hb）×100%

血紅蛋白含量和還氧血紅蛋白其中任何一種的含量都可以表示出血氧的含量。既然如此，測量紅光或者紅外光其中一種為何不能判斷出血氧的含量？？？？

血氧儀.rar

2.27 MB, 下載次數(shù): 36
作者: yzwzfyz    時間: 2022-9-28 09:48
道理很簡單：
假設(shè)能，且在某個時刻接收到的光能量是5，則必然得到一個與5對應(yīng)的血氧的含量：A。即5=A。
問題是：如果夾一個老人中指上是5，與夾中嬰孩中指上的5能得到同一個答案A嗎？
每個人的皮膚厚度、透明度都不一樣。你無法建立返回的光通量與血氧的含量的關(guān)系式。
不過有一個方案，是可以去深入研究的：
返回的光強的交流部分，只與變動的部分相關(guān)聯(lián)，而變動部分又多為血液。
這就有機會下手了，我的感覺是這樣，但我未做過這方面的研究，也就讀了你的上述文字，才有此感覺的。
作者: QWE4562012    時間: 2022-9-29 10:55
yzwzfyz 發(fā)表于 2022-9-28 09:48
道理很簡單：
假設(shè)能，且在某個時刻接收到的光能量是5，則必然得到一個與5對應(yīng)的血氧的含量：A。即5=A。
...

我的問題是

計算公式：SpO2= HbO2/（HbO2+Hb）×100%

血紅蛋白含量和還氧血紅蛋白其中任何一種的含量都可以表示出血氧的含量。既然如此，測量紅光或者紅外光其中一種為何不能判斷出血氧的含量？？？？
作者: QWE4562012    時間: 2022-9-29 10:56
yzwzfyz 發(fā)表于 2022-9-28 09:48
道理很簡單：
假設(shè)能，且在某個時刻接收到的光能量是5，則必然得到一個與5對應(yīng)的血氧的含量：A。即5=A。
...

為什么兩種光就可以計算出來
作者: iamluckman    時間: 2022-10-12 21:07
QWE4562012 發(fā)表于 2022-9-29 10:55
我的問題是

計算公式：SpO2= HbO2/（HbO2+Hb）×100%

血紅蛋白被假定為只由 RHb 和 HbO2，兩種物質(zhì)組成，血氧飽和度（SpO2）被定義為血液中的 HbO 濃度占 RHb 和 HbO2 濃度之和的百分比。
從這個定義看就必須測兩種血紅蛋白的濃度啊，只測一個沒法計算百分比



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