一、血氧饱和度基础
什么是血氧饱和度？
血氧饱和度，说白了就是血液中氧气和血红蛋白结合的比例。我习惯用个简单比喻：血红蛋白就像公交车，氧气就是乘客。血氧饱和度就是看这辆车上坐了多少乘客。
医学上，我们通常用 SpO₂ 来表示。正常人的血氧饱和度在 95% 以上。低于 90% 就要警惕了，低于 80% 就危险了。
关键定义：血氧饱和度 = 氧合血红蛋白 / (氧合血红蛋白 + 脱氧血红蛋白) × 100%
我在项目中遇到过一位患者，血氧掉到 85% 自己还没感觉。等发现时已经晚了。所以血氧监测不是小事，它直接关系到生命安全。
为什么血氧饱和度这么重要？
你想想看，人体所有器官都需要氧气。大脑缺氧 4 分钟就可能造成不可逆损伤。心脏缺氧会引发心肌梗死。
临床上，血氧饱和度是判断呼吸功能、循环功能的金标准之一。比如：
- 麻醉手术中必须实时监测
- ICU 重症患者每天都要看
- 睡眠呼吸暂停综合征的诊断依据
- 新冠疫情期间，血氧仪成了家庭必备
嗯，这里要注意：血氧饱和度不能完全替代血气分析。它只能反映动脉血氧合情况，对贫血、一氧化碳中毒等情况会有偏差。我曾经吃过这个亏，后来就养成了交叉验证的习惯。
光电容积脉搏波（PPG）原理
PPG 的原理其实不复杂。说白了就是利用光在血液中的吸收特性。
血液中的血红蛋白有两种主要形态：
| 血红蛋白类型 | 对红光（660nm）吸收 | 对红外光（940nm）吸收 |
|---|---|---|
| 氧合血红蛋白（HbO₂） | 弱 | 强 |
| 脱氧血红蛋白（Hb） | 强 | 弱 |
为什么会这样？因为分子结构不同。氧合血红蛋白含氧，电子排布变了，吸收光谱也跟着变。
PPG 信号采集时，我们同时发射红光和红外光。透过组织后，光电探测器接收到的光强会随着脉搏波动而变化。这个变化量，就是 PPG 信号。
我的经验：PPG 信号中包含了直流分量和交流分量。直流分量来自组织、骨骼、静脉血等固定吸收。交流分量才是动脉血搏动引起的。提取交流分量时，我习惯用高通滤波器，截止频率设在 0.5Hz 左右。
计算血氧饱和度的公式是这样的：
R = (AC_red / DC_red) / (AC_ir / DC_ir)
SpO₂ = A - B × R其中 A 和 B 是经验系数，需要通过校准实验得到。我当年做这个校准时，用了 20 多个志愿者，从低氧到正常氧状态反复测试，才拟合出可靠的曲线。
避坑指南：我曾经因为探头位置没放好，导致 PPG 信号质量差，算出来的血氧值忽高忽低。后来总结出几个要点：
- 探头要避开强光直射
- 手指不能抖动
- 指甲油要擦掉
- 低温环境下要先暖手
PPG 信号还有一个特点：它不仅能测血氧，还能提取心率、呼吸率、甚至血压趋势。我做过一个项目，用单路 PPG 信号同时提取心率和呼吸率，效果还不错。不过那是后话了。
嗯，这一章先讲到这里。血氧饱和度的基础概念和 PPG 原理，是后面所有电路设计的前提。你把这些搞懂了，后面的内容就顺了。