1引言
自1977年Jobsis【1】以来，近红外光无创伤生体参数的监测开始日益引人注目，监测参数涉及脉率、血氧饱和度【2、3、4、5】血糖、血压等压【6、7、8】，因为生物体组织成份对波长在700nm至1200nm范围内的近红外光吸收较少，有较好的透过性，有利于信号的检测【9、10〕。
众所周知，吸入人体的氧是通过血液中的血红蛋白作为载体而供给身体各个组织和细胞的，因此氧合血红蛋白的含量直接反映了血液供氧情况。如果严重缺氧就会危及病人的生命，因此对血氧度实行监测是很有必要的。
血液当中的血红蛋白主要包括氧合血红蛋白(Hb02)和还原血红蛋白(Hb)两部份。所谓血氧饱和度即是血液中氧合血红蛋白与总的可与氧结合的血红蛋白(HbO2+Hb)的浓度的百分比值，记为SpO2，以与直接抽动脉血测得的血氧饱和度SaOZ相区别。
传统的血氧饱和度是通过直接抽取动脉血测得的，过程繁琐，可靠性差，而且给病人带来一定的痛苦，而脉搏血氧饱和度的无创伤测量自80年代初应用于临床以来，由于能实时无创伤连续经皮测定脉搏及氧饱和度，应用方便且数据可靠，为早期发现去氧饱和血症和低氧血症提供了可靠的监测手段，因为当病人有去氧饱和血症和低氧血症时，临床上往往不出现心率、心收缩力和呼吸变化，也不能发现心电图的改变;另外它还可提供一系列紧急情况的警报，包括呼吸器管道脱落，氧供应中断，严重静脉血掺杂以及脉搏消失等，早期发现这些情况可及时抢救病员的生命。因此脉搏血氧饱和度的无创监测在世界各国迅速获得推广，美国等国家已将脉搏血氧饱和度仪作为全麻手术期间的常规监测仪器。在介绍其工作原理前先介绍血氧饱和度与氧分压的关系。
2血红蛋白氧饱和度与氧分压的关系
图1为氧离曲线图，血红蛋白氧饱和度Sao:与氧分压Pa()2呈相关关系，故测定Sa()2可以代表相应的PaO:。由图可看出，在Pa()2为99mmHg以下时，Sa()2灵敏地反映Pa()2的变化。
特别当缺氧时，PaO2在6OmmHg以下，此时氧离曲线在陡直部，SaO:急剧下降，比Pa()2的下降更灵敏。表1为Sao，与I、0的对照表，从表中也可看出:Pao2<6ommHg，SaO:下降得很快，PaO:>7ommHg，Sa()2已达94%以上，但PaOZ>loommHg时，由于氧离曲线在平坦部份，Sa():并不随Pa():的升高而上升。
根据正常人及病人测定，Spo:与Sa():呈显著相关，相关系数为0.90一0..98〔11】，spoZ测定的可靠性已为众所公认。
3脉搏血氧饱和度的测量原理
脉搏血氧饱和度仪是通过两种不同波长的光线由两种血红蛋白吸收而分析氧饱和度的。按光的接收方式可分为透射式和反射式两种。透射式传感器的规格和形状有多种，可方便地固定在手指、耳垂、鼻翼等透光性较好处。传感器的发射光源LEDI和LEDZ与光敏接收器件的距离相等并且对称布置。从光源发出的光穿过皮肤进入深层组织，除被皮肤、色素、骨头、指甲、血液等吸收外，一部份由血液漫反射回，其余部份则透射出来。
在诸多组织成份中，除了血液含量随动脉搏动而有交替变化外，其它成份的含量可认为是不变的，而组织中的血又可为成两部分，一部分为非脉动血.(nonpulsatile)，它的含量在动脉搏动过程中相对恒定，另一部份则是脉动血(pulsatile)，它随着动脉搏动而有规律地往回流动。正是这一部份的血导致了光吸收的周期性变化，从而使得由光电接收器件接收的光强随动脉搏动而呈现周期性地改变，其波形如图2所示。图中Lm.二即是脉动血不存在时的最大透射光强，当脉动血往组织回流时，透射光强随着减小，一直到Lmm
如图3所示，发射光源LEDI和LEDZ由具有一定频率和占空比的脉冲信号控制交替点亮，透射光由同一光电器件接收后，经前置放大，由两采样保持器同步进行采样保持，微处理器控制A/D转换，将两路信号转换成所需的数字信号后，通过运算、显示结果。LEDI和LEDZ各自的中心波长典型值分别为660nm(RED)、940nm(NEARIN-FRARED).氧合血红蛋白和还原血红蛋白对波长为“onm的红光的吸光系数相差较大，成年人分别为。.12和。86，随着年龄的减小而均有所升高，对于婴幼儿两者分别为0.16和0.90，见表2。
因此在总的血红蛋白浓度没有改变的情况下，如果氧合血红蛋白的浓度稍有降低便会引起红光透过光强较大的减小，因为此时还原血红蛋白浓度增大，对红光的吸收也增大，因此用此波长可以监测氧合血红蛋白的浓度变化;从表2可知，氧合血红蛋白和还原血红蛋白对波长为940nm的红外光，两者的吸光系数很接近，此波长可看成是它们的等吸收点(isobestiCpoint)，因此用此波长可以监测总的血红蛋白浓度的变化。这就是为什么要选该两波长为工作波长的原因。
反射式脉搏血氧饱和度仪的测量原理与透射式的基本相同，所不同的是测头当中的发射光源和光敏接收器件位于同一侧，接收的是漫反射(baekseattering)回来的光，测头用双面胶带即可置于身体的关键部位额头、胸部等处，克服了前者使用的局限性闭。
4血氧饱和度与脉率的计量
4.1Beer一Lambert定律
由于脉搏血氧饱和度仪基于光吸收原理，因此在介绍血氧饱和度的理论计算前，先介绍一下Beer一Lamben定律。
Beer一Lambert定律的内容是:当一束光强为I。的光垂直照射一分子浓度为C的样品时，透射光光强It和I。存在下列关系：
4 .2血氧饱和度的理论计算
对于透射式脉搏血氧饱和度仪，如果我们近似地用Beer一Iambert定律来描述入射光通过搏动的血管组织的光强变化，而且认为入射光穿过的只是均匀的血液混合物和无血组织【12】，那么总的吸光度可表示为:
在实际应用中，为了减少电路的复杂性，比率y并不需要通过微分电路而是近似地通过1.(R)、1.(NIR)的微小变化量来求得，即:
4.3脉率的确定
脉率即是血管随心脏搏动的频率，一般用一分钟内搏动的次数(BPM)来表示，由图2可知从传感器出来的信号是周期信号，经整形变成脉冲信号便可送计数器计数，由微处理器定时刷新和读取，算得脉率，但这样会增加硬件的复杂性。事实上只要光电信号具有较大的峰峰值，由简单的软件即可确定该信号的频率，进而换算成脉率。
5结束语
本文介绍了基于分光光度测定法无创伤监测脉率和血氧饱和度的原理，并根据Beer一Lambert定律推导出了用双波长测定血氧度的理论计算公式，证明了用此法可消除诸如年龄、肤色等因素对结果的影响。但必须指出，上述方法是假设血内只存在氧合血红蛋白和还原血红蛋白，当血内超过两种血红蛋白而出现碳氧血红蛋白(COHb)或正铁血红蛋白(MetHb)时，SPO:测定结果可受干扰，读数较Sao:高，另外透射式氧饱和度仪是根据动脉搏动而引起的光吸收的变化量确定脉率和血氧饱和度的，低温<35℃，低血压<50mmHg或用血管收缩药使搏动波幅减小时.可影响SpO:的正确性，当无脉搏时，不能测出Spo2【1】。
总之，脉搏血氧饱度仪是无创伤监测的重要进展。由于它提供了一种连续快速测定动脉氧合血红蛋白含量的手段，应用及解释方便，对病人无危险性，因此在临床上将作为一常规监测方法是很适宜的。
参考文献(从略)
本文作者：胡跃全李胜利徐育
