PPG技术测量血氧饱和度的原理

PPG（Photoplethysmography）技术是一种无创的检测技术，通过监测光在通过皮肤时的吸收量变化，来推断血液流动的变化，从而获取心率和血氧饱和度等生物信号。以下是PPG技术测量血氧饱和度的原理详解：

1. 光源发射特定波长的光

PPG技术使用特定波长的光，如660nm和940nm的红光和近红外光。这些波长的光被选择是因为它们能够穿透皮肤组织，并且血红蛋白对这些波长的光有不同的吸收率。这种差异使得可以通过测量光强度的变化来推断血液流动的变化3。

2. 光线透过皮肤组织

光源发射的光线透过皮肤组织，血液中的氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对不同波长的光有不同的吸收系数。在红光区（600～700nm），HbO2和Hb的吸收差异很大，而在红外光谱区（800～1000nm），其吸收差异较小。动脉血液中的HbO2和Hb的浓度会随着动脉搏动而变化，从而引起光吸收量的变化3。

3. 光信号被光电探测器接收

光线穿过皮肤组织后，一部分光被血液吸收，另一部分光被反射回皮肤表面。在这个过程中，光电探测器（通常为光电二极管）被用来接收这些反射回来的光信号。光电探测器产生的电流大小与接收到的光量成比例7。

4. 利用朗伯-比尔定律计算血氧饱和度

通过测量不同波长光的吸收量，可以利用朗伯-比尔定律计算出血氧饱和度。该定律描述了溶液对光的吸收与溶液的浓度和光的波长之间的关系。通过测量血液对特定波长光的吸收量变化，可以推算出血红蛋白的浓度，进而计算出血氧饱和度3。

5. 数字信号处理和算法校准

在实际应用中，PPG信号可能会受到各种因素的影响，如皮肤厚度、肤色、运动等。因此，在计算血氧饱和度之前，需要对原始信号进行数字信号处理，以消除干扰信号。此外，还需要对算法进行校准，以确保测量结果的准确性467。

综上所述，PPG技术通过发射特定波长的光，透过皮肤组织，被血液吸收并反射回来，然后由光电探测器接收，最后利用朗伯-比尔定律和数字信号处理技术计算出血氧饱和度。