以下文章来源于爱光学 ，作者有理想

近期，随着新冠病毒疫情常态化防控到来，越来越多的家庭开始意识到预备医学检测设备的重要性，比如血氧仪，并因此而引发了一轮抢购热潮。

目前市场上的血氧仪均充分利用了光学传感技术，可在极短时间内通过判断血液中氧含量来分析患者病情，进而避免延误最佳诊疗时机。本文将从血氧仪的工作原理、尤其是光学传感技术的应用出发，详细阐述脉搏血氧仪对新冠患者的医学诊疗价值；同时，也将介绍该技术在医学其他领域内的重要使用场景。

脉搏血氧仪：新冠患者病情的重要检测工具

人体血液中的氧气含量，常常会用血氧饱和度这一指标来衡量，该参数的定义是：氧合血红蛋白 (HbO2)的数量占血红蛋白 (Hb) 总量的百分比。对血氧饱和度的精准检测，能够对受测者红细胞中血红蛋白携氧能力进行有效研判，以免延误患者的治疗时机。由于新冠病毒会对人体肺部功能造成一定破坏，进而对血氧饱和度产生影响，因此，血氧饱和度能够从一定程度上反映出新冠病毒患者的健康状况，血氧饱和度越低，说明患者越处于缺氧状态，应该尽快前往医院诊治。对新冠患者病情的判断能力，也成为了血氧仪在近期大卖的本质原因。

图1 某些品牌血氧仪正面临“断货”(图源：京东线上购物平台)

常见的血氧饱和度检测手段，一般分为有创和无创两种，前者需要对患者进行血液采样，检测过程繁琐复杂，且无法在短时间内实现连续多次测试；因此，操作简单便捷、检测快速准确的无创式血氧检测技术，受到了更多医疗工作者的关注，并占据了绝大多数的市场份额。当前市场上的主流产品，绝大多数都是无创式脉搏血氧仪。

图2 脉搏式血氧仪的工作原理及分类：(a) 脉搏式血氧仪测量机制示意; (b) 透射式血氧仪工作原理及常见成品图例; (c) 反射式血氧仪工作原理及常见成品图例

无创式脉搏血氧仪的工作原理，主要遵循朗伯—比尔定律 (Lambert-Beer law)，该定律描述了物质对光的吸收能力，与光强、光波长以及物质浓度、厚度等参量之间的关系。在常见的脉搏血氧仪中，该定律则主要体现在含氧状况不同的血红蛋白，对光的吸收能力不同上：如图2 (a)所示，HbO2对660 nm的红光有着较强的吸收作用，因此可以在该波段下实现对HbO2吸光度的检测；而在红外波段 (800~940 nm) 下，Hb和HbO2吸光水平相似，因此通过对该波段吸光度的测试，则能够得到血红蛋白（无论是否含氧）的总量。利用不同波段下吸光度的比值，则可得到HbO2的相对含量，进而准确计算出待测者的血氧饱和度。

常见的脉搏血氧仪如图2 (b)及(c)所示，主要可分为透射式和反射式两种，二者对于患者血氧饱和度的检测能力相当；相关产品，如手指夹式血氧仪、智能手环等，也已被大家所熟知。根据国家新冠治疗方案（试行第八版）之规定，患有新冠病毒的成年病人，当其血氧饱和度≤93% 时，即被判定为重症患者，需要立刻采取专业的救治以脱离危险，因此血氧仪对于患者有着极其重要的意义，尤其是存在基础疾病的老人，更应该注重相关检测。

光学传感技术：无创式医疗检测领域的科技之星

无创式脉搏血氧仪充分利用了光学传感的设计思想，将氧合血红蛋白对光束吸收度不同的机制运用到了极致，进而拥有保障患者生命安全的“魔力”。光学传感技术在临床医疗领域的应用也远不止脉搏血氧仪一例，如图3所示，以对中风症状检测、动脉粥样硬化状况分析、辐射剂量测定以及人体温压测量等具体应用为代表的研究设计工作，由于拥有极具竞争力的医学诊疗和经济价值，也正在成为国内外众多实验室的研究重点。

图3 光学传感在医学检测领域的研究实例：(a) 中风症状的检测装置; (b) 动脉粥样硬化病变检测分析仪; (c) 放射剂量测定仪器; (d) 人体温度传感测试仪

基于光学传感、尤其是光纤传感的传感器已经越来越多出现在医学诊疗中。相较于传统的检测方式，基于光学传感技术的检测装置往往具有小型化、多功能、测量方式灵活、无毒环保以及可操作性强等若干显著优势。

相信通过本文的介绍，大家能够对基于光学传感的医疗检测装置有更加清晰的认知。我们笃信光学拥有改变世界的能力，现代医疗技术中光学的身影，就已经充分证明了这一点。