指尖脉搏血氧仪的工作原理是怎样的？

在物质传播的整个过程中，物质吸收的光能大小与光强度、光路距离和光路段上的吸光粒子数三个要素成比例。在均匀物质的前提下，光路段上的吸光粒子数量可视为单位体积的吸光粒子数量，即物质吸光粒子的浓度，可获得朗伯一比尔定律：

可以解释为物质浓度和光通道长度为单位量时的光密度，可以反映物质的吸光能力，表示物质的吸光本质特性。物质吸光的本质特性不会随浓度而变化。换句话说，同一物质的吸收光谱曲线形状相同，只会因浓度不同而改变吸收峰的绝对位置，但相对位置不变。

在吸收过程中，物质的吸收发生在同一截面的体积内。吸收的物质是无关的，没有荧光化合物，也没有因光辐射而改变媒体性质的现象。因此，它是n光密度A具有可加性。光密度的可加性为混合物中吸收成分的定量测量方法提供了理论依据。

在生物组织光学中，通常在 600~1300nm光谱区域被称为生物体光谱学之窗，对许多已知和未知的光谱治疗和光谱诊断具有特殊意义。在红外地区，水已成为生物组织中的主导吸光物质，因此系统使用的波长必须避免水的吸收峰值，以更好地获取目标物质对光的吸收信息。因此，在近红外光谱范围内 600~950nm 内部，人体指端末梢组织的主要成分包括血液中的水和 O2Hb(氧合血红蛋白)，RHb(还原血红蛋白) 及外周皮肤黑色素等组织。

因此，通过分析射谱数据，可以获得组织内待测成分浓度的有效信息.

当我们得到，O2Hb和RHb浓度可以知道氧饱和度.

血氧饱和度(SaO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)容量占所有可结合的血红蛋白(Hb，hemoglobin)容量百分比，即血氧浓度

那为什么叫脉搏血氧仪呢？

这里有一个新概念:血流容积脉搏波.

在每个心脏周期中，心脏的收缩会导致主动脉根部血管内的血压升高，进而使血管壁向外扩张。相反，心脏的舒张会导致主动脉根部血管内的血压下降，进而使血管壁收缩。随着心脏周期的重复，主动脉根部血管内血压的不断变化会传递到与之相连的下游血管甚至整个动脉系统，从而形成整个动脉壁的不断扩张和收缩。也就是说，心脏的周期性跳动会在主动脉中产生脉搏波，并沿着血管壁波向前传播到整个动脉系统。每次心脏扩张收缩一次，动脉系统内的压力变化，即产生周期性脉搏波。这就是我们通常所说的脉搏波的生成过程。

脉搏波的波形特征可以反映心脏、血压、血流等生理信息，为人体特定体征参数的无创检测提供重要信息。在医学上，脉搏波通常分为两种类型：压力脉搏波和体积脉搏波。压力脉搏波主要表示血压传输，体积脉搏波表示血流的周期性变化。与压力脉搏波相比，体积脉搏波将包含更多的重要心血管信息，如人体血管和血流，

体积脉冲波的无创检测可以通过光电体积脉冲波的描述来实现。使用特定波的光照射到达光电传感器，接收到的光束将携带体积脉冲波的有效特征信息。由于血容量随心脏的扩张和收缩而周期性变化，当心脏舒张时，血容量最小，如果传感器检测到的光强度最大；当心脏收缩时，体积最大，传感器检测到的光强度最小。

光谱测量部位的选择应遵循以下原则：

(1)血管脉络应丰富，以改善光谱中的血红蛋白ICG总物质信息中有效信息的比例；

(2)血流体积变化特征明显，能有效收集体积脉搏波信号；

(3)不易受到外界干扰，组织特征受个体差异影响较小，以获得重复性和稳定性好的人体光谱；

(4)光谱检测易于实施，易于受试者接受，避免了心率过快、测量位置移动等干扰因素。

手臂位置基本上无法检测到脉搏波，因此不适用于血流量脉搏波检测；手腕靠近桡动脉，压力脉搏波信号强，皮肤容易产生机械振动，可能导致检测信号除体积脉搏波外还携带皮表反射脉搏信息，难以准确表示血流量变化特征，不适合测量位置；虽然手掌是临床常用的血液位置之一，但其骨骼比手指厚，而漫反射收集的手掌体积脉搏波信号较低。图2-5 是手掌的血管分布。从图中可以看出，手指前部分布着丰富的毛细血管网络，能有效反映人体血红蛋白含量，该位置具有明显的血流量变化特征，是体积脉搏波的理想测量位置；手指肌肉和骨组织相对较薄，背景干扰信息影响较小；此外，手指前端易于测量，受试者无心理负担，有利于获得稳定的高信噪声比光谱信号.

人体手指成分包括骨骼、指甲、皮肤、组织、静脉血和动脉血。在与光相互作用的过程中，由于心脏收缩到动脉充血，手指末梢动脉中的血液体积随心脏的搏动而变化，导致测量光程的变化；其他成分在整个光作用过程中光程不变化是常数。

当特殊波长的光作用于指尖表皮时，人的手指可以被视为混合物，包括静态物质（光程不变）和动态物质（光程随物质体积而变化）。当光被指端组织吸收时，其透射光将被光电探测器接收。由于人体手指各组织的吸光能力，传感器收集的透射光强度显著降低。根据这一特点，建立了人体指端光吸收的等效模型。