近红外光谱测血氧含量 | 光纤光谱仪

近红外光谱测血氧含量 | 光纤光谱仪

血氧饱和度（SpO2）是反映人体呼吸、循环功能的关键生理参数之一。传统的指夹型血氧仪利用光学原理检测血氧饱和度，而更精确的测量则需要通过光谱分析等技术手段实现。本文将详细介绍近红外光谱法测量血氧含量的原理和实验方法。

血氧饱和度（SpO2），顾名思义是指外周动脉血管内的血液含氧浓度。它也是继心率、血压、呼吸频率和体温之后，反映人体呼吸、循环功能的又一大关键生理参数。

现在常用的指夹型血氧仪利用的就是光学原理来检测血氧饱和度，主要原理就是利用血红蛋白的光谱，能得到大致的血氧数据，更精细的数据需要进一步的实验检测。

事实上，直接以溶解形式存在于血液中的O2确实寥寥无几，仅占总量的1.5%；而其余98.5%的O2需要借助血液中的“O2快递员”——血红蛋白，并以化学结合的形式，才能被远距离地派送至各个组织中去。其中，携带上O2的血红蛋白是氧合血红蛋白(HbO2)，当卸下O2后则变为去氧血红蛋白(Hb)，它们都属于参与氧运输的血红蛋白。

光谱方法所检测的血氧饱和度(SpO2)就是血红蛋白与O2结合的程度，即HbO2占氧运输血红蛋白的百分比。根据定义，血氧饱和度可简单表示为：

血红蛋白的分子结构会因是否携氧而发生一定的变化，颜色也会发生相应变化。我们可以利用血红蛋白分子的这个性质来对两者进行区分，根据两者的颜色来我们选用近红外光作为光源来获得光谱，搭建透射式系统，通过鉴知技术的SR50R17光谱仪对血红蛋白样本进行吸光度检测，可以得到如下吸光度曲线。

生物组织光学把波段为600–1000 nm的区间称为生物体光谱之窗。在采用该波段进行光吸收实验并绘制曲线后发现，HbO2和Hb呈现出了各自独特的吸收光谱。在波长为660 nm的红光处，Hb对光的吸收明显比HbO2强得多；而在波长为940 nm的红外光处，Hb对光的吸收反而弱于HbO2。因此，利用好血红蛋白在940 nm与660 nm光下的不同光吸收表现，是鉴明HbO2与Hb身份的关键。

下面简单介绍精细测量的实验方法:

我们可以按照一定的比例PBS缓冲液，脂肪乳，黑色素和血红蛋白混合制作出人体组织仿体。取与混合时相同浓度和体积的脂肪乳及黑色素分别做吸光度测试，得到这两组材料的光谱数据，然后分别改变脂肪乳及黑色素的浓度数据，得到多组数据，根据数据来分析两者分别对检测血红蛋白的影响，根据人体内两者的浓度，处理测量人体组织得到的光谱数据，便可以得到更为精确的血红蛋白浓度，进而得到更为精确的血氧浓度。