隨著“量化生活運(yùn)動(dòng)”日益普及，人們對(duì)能夠集成到手表、智能手機(jī)或健身手環(huán)等所謂可佩戴式小配件中的醫(yī)療測(cè)量方法也越來(lái)越感興趣。這種興趣，始于使用加速傳感器來(lái)測(cè)定步頻的健身追蹤器?，F(xiàn)在，光學(xué)傳感器還能直接測(cè)量心率和血氧飽和度，進(jìn)一步擴(kuò)大了自我觀察的可能性。除此之外，在手腕或手指上進(jìn)行脈搏測(cè)量，比佩戴胸帶更加方便。最后同樣重要的是，光學(xué)方法在經(jīng)濟(jì)方面同樣具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楦咝ED的新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高能效和更緊湊的傳感器。
歐司朗光電半導(dǎo)體提供種類繁多的創(chuàng)新型元件，用于現(xiàn)代健身追蹤和健康監(jiān)測(cè)，其中包括采用不同封裝、尺寸和性能級(jí)別的綠光和紅光LED、光電二極管和紅外發(fā)光二極管。所有的傳感器產(chǎn)品均基于高效芯片技術(shù)，保證了低能耗和高信號(hào)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了極為可靠的測(cè)量。全新SFH7050是歐司朗光電半導(dǎo)體推出的首款適合自動(dòng)健身追蹤的集成光學(xué)傳感器，它結(jié)合了三個(gè)不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管和一個(gè)內(nèi)置光電檢測(cè)器。適用于測(cè)量心率和血氧飽和度的光學(xué)傳感器，利用的是血液對(duì)光的吸收，更具體地說(shuō)，是血液中所含血紅蛋白對(duì)光的吸收。
心率監(jiān)測(cè)
光照射到身體組織上，然后歷經(jīng)傳輸、吸收和反射(圖1)等過(guò)程。接受照射的血量越大，所反射的光量越低。動(dòng)脈中的血量會(huì)隨心動(dòng)周期而變化，因此可根據(jù)檢測(cè)器信號(hào)周期推算出心率(圖2)。這種血管中血量變化的光測(cè)量方法，稱為光電容積描記(PPG)。傳感器由并列光源和檢測(cè)器組成。在實(shí)踐中，傳感器直接放置在皮膚上(通常是手腕或手指部位)。因位置不同，測(cè)量所使用的波長(zhǎng)也有所不同：綠光已證明是手腕部位的最佳選擇，而紅光和紅外光則是手指部位的理想之選。
脈搏血氧飽和度
同時(shí)使用紅外光和紅光時(shí)，可測(cè)量血氧飽和度(圖3)。所謂的脈搏血氧飽和度，是基于血紅蛋白(Hb)與氧結(jié)合時(shí)(氧合血紅蛋白HbO2)吸收行為會(huì)發(fā)生變化這一事實(shí)。這兩種血紅蛋白變體的濃度可以通過(guò)測(cè)量?jī)煞N不同波長(zhǎng)下的吸收來(lái)確定。如此即可得出血氧飽和度。在此應(yīng)用中，紅光(660nm)和紅外光(940nm)是理想選擇，因?yàn)樵谶@兩個(gè)波長(zhǎng)下，兩種血紅蛋白分子的吸收行為差異最大。與只考慮光吸收相關(guān)變化的脈搏測(cè)量相反，這種情況下必須測(cè)量動(dòng)脈血液的光吸收絕對(duì)值。在實(shí)踐中，血氧飽和度可通過(guò)相應(yīng)波長(zhǎng)下最小與最大檢測(cè)器信號(hào)的比率函數(shù)(Imin/Imax)來(lái)表示。
SFH7050傳感器發(fā)射綠光、紅光或紅外光，這些光照射皮膚或組織并被吸收或反射。檢測(cè)器所記錄的反射光量，隨動(dòng)脈中的血量而變化(光電容積描記)。對(duì)于手腕部位，通過(guò)綠光進(jìn)行測(cè)量;對(duì)于手指部位，則使用紅光波長(zhǎng)或紅外波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。
圖1 生物測(cè)定數(shù)據(jù)的光學(xué)測(cè)量
[NT:PAGE]檢測(cè)器信號(hào)I的周期對(duì)應(yīng)動(dòng)脈中血量的脈動(dòng)。最小與最大信號(hào)值比率(Imin/Imax)與血氧飽和度(脈搏血氧飽和度)的測(cè)定相關(guān)。
圖2 心率的測(cè)量
血液(更準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該是血液色素血紅蛋白(Hb))的吸收行為隨吸氧量而變化(氧合血紅蛋白或HbO2)。通過(guò)測(cè)量紅光和紅外光的吸收，可測(cè)定血氧飽和度。
圖3 血氧飽和度的測(cè)定
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