信号处理和校准改进了血液测量

文章作者:Marc Smith

脉搏血氧计是一种光体积描记(PPG)传感器，是测量人血氧饱和度(SpO)的电子设备₂)和心率(HR)水平。自20世纪30年代问世以来，这些传感器已被广泛应用于外科手术、麻醉后监护病房、新生儿护理和新生儿ICU、紧急护理和呼吸病人监测等领域。最近，这些传感器被用于可穿戴的健康和健身应用。

PPG传感器是一种对器官(包括动脉)进行容积测量的仪器。这些传感器产生光学获得的体积图。市场上的产品使用专业的、高性能的模拟前端(AFEs)来驱动led并检测反射光信号。生成的原始信号可以以多种方式进行处理，以产生各种有用的结果，例如:

• 脉搏血氧测量(热点;₂)水平
• HR和HR可变性(HRV)水平
• 收缩期/舒张期血容量行为
• 周围灌注指数(PPI或PI)
• Pleth变异指数(PVI)

本文详细介绍了信号处理和校准的前两个应用:SpO₂和人力资源。

热点;₂基本面

脉搏血氧计，也称为脉搏氧传感器或监测器，无创地估计动脉氧饱和度(Sa O₂）.动脉氧饱和度可以提供病人呼吸功能的信息，在呼吸功能中，一系列器官负责吸入氧气和排出二氧化碳。肺是与这一功能相关的主要器官，它在我们呼吸时实现气体交换。其他参与的器官包括静脉和动脉，它们分别是氧气和二氧化碳进出细胞的通道[1,2]。

圣₂传统的测量方法是使用体外血气分析仪。这不仅耗时，而且还需要一个合适的医学实验室。另一方面，Pulse ox提供了一种估算SaO的技术₂以快速和无创的方式，具有合理的准确性(即医疗级器械为2%)[1,2]。

热点;₂表示周围毛细血管氧饱和度。虽然严格来说毛细血管不被认为是一个器官，但血液流动来自动脉(一种由两种或两种以上组织组成的器官)。通过脉氧，功能性spoo₂以含氧血红蛋白(含氧血红蛋白，HbO2)与总血红蛋白(含氧和非含氧血红蛋白，HbO₂+ Hb)。无氧血红蛋白也称为还原血红蛋白。其公式为:

血氧饱和度指的是血红蛋白分子对氧分子有很高的亲和力。以至于血红蛋白分子中的所有四个铁位点都会与氧分子结合。这种状态，即氧分子键的最大数目存在，被称为氧饱和。血红蛋白分子有两种状态:零氧分子(非氧合血红蛋白，Hb)或四氧分子(氧合血红蛋白，HbO)₂）.图1下面是血红蛋白分子的图表，它展示了氧是如何在四个结合位点结合的。

而热点;₂通常指的是血液的“氧饱和度”，这个术语在解释上可能有些误导。热点;₂或热点;₂，实际上是肺功能的测量。也就是在肺里血红蛋白分子与氧分子结合的程度。

热点;₂水平通常以百分比表示。表1下面显示了典型的脉冲氧量程。请注意，低氧血症是一种动脉血液缺氧的情况。低氧血症会导致缺氧，身体器官和组织缺氧。

[继续阅读EDN美国:反射脉冲血氧定量法］

马克·史密斯(Marc Smith)是Maxim Integrated的前雇员。关于这篇文章的问题或评论可以直接联系Steve Koh，steve.koh@maximintegrated.com．