生物医学技术之血氧测量技术.doc

生物醫學技術之血氧測量技術 血氧飽和度概念 人體在組織細胞進行新陳代謝時需要的氧是從血液獲取的，氧氣是維持生命的重要物質。人類通過呼吸，把含有氧氣的氣體吸入肺中，在肺泡進行氣體交換後，氧氣和血液中的血紅蛋白結合，形成含氧血紅蛋白，含氧血紅蛋白隨動脈血的流動被輸送到全身各組織器官，在組織內的毛細血管網內含氧血紅蛋白和氧分離，組織細胞獲得維持生命活動所需要的氧。 血液中的血紅蛋白主要作用是運送氧氣，血液中的氧大部分是和血紅蛋白（Hb）結合在一起。1g血紅蛋白可以結合1.34~1.36ml的氧氣。健康成年人的血紅蛋白含量是15g/100ml，100ml血液能結合的氧氣最大為20ml，100ml血液中血紅蛋白能結合最大的氧氣量叫做血紅蛋白氧容量，100ml血液中血紅蛋白實際結合的氧氣量叫血紅蛋白氧含量。血液中血紅蛋白氧含量占血紅蛋白氧容量的百分比叫血紅蛋白氧飽和度。也就是常說的血氧飽和度，血液中以其他方式存在（如溶解）的氧氣含量很少，可以忽略不計。體血液中的氧分子絕大部分都與紅細胞中的血紅蛋白（Hb）作可逆性結合，每分子血紅蛋白最多可與4分子氧結合，結合後的Hb稱氧合血紅蛋白（HbO2 ），HbO2占整個血容量中血紅蛋白的百分比稱“血氧飽和度”。因此血氧飽和度的定義可表示為 ： ???????????????????????????????????????????????? 式中， 和Hb分別表示組織中氧和血紅蛋白和去氧血紅蛋白的濃度。下一期介紹測量理論基礎。 ?對於人類，維持生命的重要條件是充分吸入氧氣，使動脈血液溶入足夠的氧大氧氣供給過程中，從空氣中的氧到氧進入細胞中的這一整修過程中的任一環節出現問題，都會造成氧供給的障礙，因此 及時檢測動脈中含氧量是充分，在臨床上有重要意義，同時也是判斷人體呼吸系統、循環系統是否出現障礙或者周圍環境是否缺氧的重要指標。血氧監護在麻醉手術、危重病人及新生兒監護的應用為醫生的臨床行為提供了快速、直接、有效的操作依據，成為心血管外科、腦外科手術及新生兒、早產兒監護等領域的重大進展。 血氧飽和度的檢測分有創和無創兩種方法，有創的方法是抽取動脈中的血液，利用血氣分析法或在分光光度計測定光密度的基礎上計算血氧飽和度。血氣分析法是將采到的血樣利用分析儀進行電化學分析，測出血氧分PO2 ，進而進行計算，可為臨床提供準確的血氧飽和度值，應用於很多需要準確的血氧飽和度數據的場合，如深低溫停迴圈手術、產程中胎兒監護等；用分光光度計測定光密度的方法的原理則是以雙波長的朗伯比定律為基礎，並利用Hb和HBO2 的吸光係數隨波長改變的特性進行計算的。 事實上，朗伯比定律主(Lambert-Beer Law ，德國的August Beer發表於1851年)以及Hb和 的吸光係數隨波長改變的特性是所有血氧飽和度的光學測定法的基本原理。 根據朗伯-比爾定律(The Lambert-Beer Law)，一單色光透過某種物質的溶液時，其透射光強與入射光強有如下關係： 其中，I ……透射光的強度，?? I0 ……入射光的強度， ?……溶液對某特定波長光的吸收係數， C……溶液的濃度， L……光通過的路徑長度。 另外，可以認為生物組織在紅光、紅外光區(600nm-1000nm)是相對透明的，紅光、紅外光甚至能穿透頭皮、頭骨，深入到腦內數釐米。同時組織也是具有高散射係數的物質，組織的散射作用使光子運動在組織中呈現隨機性，可形成透射光(或前向散射光)和反射光(或後向散射光)。組織中的一些特殊物質如血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素a、a3等，它們有著依賴於波長的吸收特性，對透射光和反透射光強度影響極大。但因為組織中血紅蛋白的濃度遠遠高於其他吸光物質的濃度，普通組織的透射和反透射光譜強烈依賴於血紅蛋白的吸收光譜。人體血液中的氧合血紅蛋白( )和去氧血紅蛋白( )在波長為600nm-1000nm的連續光譜中(即紅光和紅外光區域)的光吸收係數存在顯著的差異，如圖所示；血氧飽和度的光學測定法正是利用了人體血液中去氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白的光吸收係數的差別，並以朗伯-比爾定律為理論依據進行的。 由於血氧飽和度的有創檢測方法不僅費時、易對患者造成痛苦甚至感染，且不能提供連續、即時的血氧飽和度數據，早在1940年，英國的J.R.Squire等人就發表了無創的“無血法”測定血氧飽和度的方法：通過壓迫組織造成組織的無血狀態，測定此時的“純組織”的透光量，再解除壓迫測定組織和血混合後的透光量，進而計算血氧飽和度。此後採用無創的光學測定獲得血氧飽和度和度數值的嘗試一直在不斷進行。 氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的光吸收係數 光是一種電磁波。自然是由不同波長（400～700nm）的電磁波按一定比例組成的混合光，通過棱鏡可分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種顏色相連續