脉搏氧饱和度传感器的比较与选择

金 鑫 龚纯贵 郑 刚*

脉搏氧饱和度传感器的比较与选择

金 鑫①②龚纯贵①郑 刚①*

目的：阐述血氧饱和度指数的重要性，分析血氧饱和度指数的检测方法，为医院临床SpO2传感器的使用与选择提供科学依据。方法：采用与血氧检测仪及血气分析仪对比试验方法对各类SpO2传感器进行测试，选择具有代表性的进口原厂传感器、国产原厂传感器、进口副厂传感器、国产副厂传感器、一体式传感器及一次性传感器等6类传感器，逐一对其性能进行测试并分析。结果：对6类传感器测试所得数据进行分析，得出了6类传感器的主要特点，结合医院实际情况，推荐6类探头适用的检测需求与科室。结论：医院各临床科室在选择最适合的传感器后能够充分发挥各类探头的优势，快速检测患者血氧指数，在有效地进行辅助治疗的同时，合理配置传感器，降低使用成本，提高医院诊治水平。

血氧饱和度传感器；血氧饱和度指数；脉搏血氧饱和度监测仪

[First-author’s address]1.The Modern Minimally Invasive Medical Equipment and Technical Engineering Center of The Ministry of Education, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2.Department of Instrument, Shanghai Eastern Hepatobiliary Surgery Hospital, Shanghai 200438, China.

随着科技的发展与医疗器械制造水平的提高，各类医疗器械的科技含量越来越高，尤其是用于检测人体生命体征的医疗设备，正从微创检测向无创检测的方向发展。而其中具有代表性的是血氧饱和度指数的检测，由原来的一次性血液采集微创检测发展为连续性无创检测。同时，科技的进步与光电检测技术的日趋成熟，使血氧检测的精确度进一步提高。虽然以血气分析仪为代表的电化学分析法仍是血氧饱和度指数检测的金标准，但血氧饱和度的连续无创检测是未来的大势所趋，光学测量法将会取代电化学分析法，成为血氧饱和度检测的金标准[2]。

1 血氧饱和度的定义及重要性

1.1 血氧饱和度指数的定义

血氧饱和度指数是以百分比的形式表示，代表人体血液中氧合血红蛋白在所有血红蛋白中所占的百分比含量。在理想状态下，理论上血氧饱和度指数应为100%，但由于受到各种因素的影响，正常人在实际检测的血氧饱和度指数通常在98%～99%。

1.2 血氧饱和度指数的重要性

在临床诊疗科室，通过血氧饱和度指数评估患者肺的氧合功能与血红蛋白的携氧能力。当血氧饱和度指数＜90%时，即为低氧血症。当血氧指数长时间处于较低的水平时，人体处于缺氧状态，此状态下人体各脏器会产生不同程度的损伤与衰竭，严重危及患者的生命安全与身体健康[3]。血氧饱和度检测对于外科术中及术后患者尤为重要，而术中及术后患者需24 h连续检测血氧指数，以保证术中及术后患者的氧合血红蛋白处于安全的水平。

2 血氧饱和度仪的构成及原理

血氧饱和度仪由SpO2传感器与测量模块两部分组成。

2.1 SpO2传感器

SpO2传感器内部主要由2个能够发射特定波长的发光二极管及1个用于接收光的光敏二极管组成。2个发光二极管分别可发射固定660 nm的红光及发射固定940 nm的红外光，且通常并联于SpO2传感器同一侧，另一侧放置用于接收光的光敏二极管[4]。

2.2 血氧测量模块

血氧测量模块分为两类：①置于监护仪内的血氧模块，与监护仪融为一体，常用于重症患者的24 h连续生命体征检测，监护仪除了检测血氧饱和度指数以外，还可以同时检测人体的血压、心电等其他重要生命体征参数，监护仪体积相对较大，适合单个患者使用；②专门作为血氧饱和度检测的设备，只能检测血氧饱和度指数，而不能像监护仪那样进行多参数的检测，该设备的最大优点是体积小巧，便于携带，常用于病房内护士的巡检等场合[5](如图1所示)。

图1 SpO2传感器结构示意图

2.3 血氧饱和度仪的工作原理

血氧饱和度仪是由血氧测量模块驱动传感器中的2个发光二极管分别发射660 nm的红光及940 nm的红外光，可透过被测对象(如手指等)的皮肤、肌内、血管及骨骼等。由于人体的部分组织对光的吸收是恒定的，因此光波只会随着脉搏的搏动(氧合血红蛋白数量的变化)而产生变化。当动脉血液通过被测对象(如手指等)时，随着氧合血红蛋白数量的上升，红光吸收率下降，而红外光的吸收率则升高。此时，光波的这些变化通过光敏二极管的收集，转化为电信号，经过信号传输线传输至血氧测量模块，通过血氧测量模块的固定换算，即时得出被测对象的血氧饱和度指数[6]。

3 SpO2传感器的市场情况及常见SpO2传感器的比较

血氧饱和度仪的工作原理显示，传感器的性能好坏直接决定了血氧饱和度仪整体性能的优劣。各厂商品牌的血氧测量模块的算法及处理程序基本一致，对血氧饱和度仪整体性能的影响较小。但是传感器属于高精密的光学检测设备，制造厂商由于制造工艺与技术的差别，导致各品牌的传感器在检测精确度与检测耗时上均有差异。虽然在计量检测符合标准的情况下差异较小或不明显，但是在实际的使用过程中，由于受到被测对象各种客观因素的影响(如脏污或者湿润的手指等)，导致不同品牌的SpO2传感器在检测精确度与检测耗时上差异性较大[7]。除此以外，不同品牌的SpO2传感器在使用寿命上具有一定的差异。

3.1 SpO2传感器的市场情况

按照血氧测量模块的不同，SpO2传感器主要可分为两大类：①用于连接监护仪的SpO2传感器，测量模块作为植入监护仪的一个部分；②用于连接血氧饱和度仪主机的SpO2传感器，仅作为测量人体血氧指数的单一主机。

(1)监护仪使用的SpO2传感器市场情况。连接监护仪的传感器一般为监护仪生产厂商直接生产配置的原厂传感器，根据临床应用需求的不同，主要分为可重复使用的传感器，一次性使用的传感器等。此类探头的最大特点是检测精确度较高，适合24 h连续检测。但该类传感器的制造成本及价格较为昂贵，特别是原装进口的传感器，其价格往往是国产传感器的数倍。监护仪使用的传感器[8]市场上，比较具有代表性的进口品牌主要有荷兰飞利浦、美国GE及日本光电等品牌。国产品牌主要包括深圳迈瑞、深圳金科威、广东宝莱特及深圳理邦等品牌[9]。

(2)血氧饱和度仪使用的SpO2传感器市场情况。连接血氧饱和度仪的传感器既有原厂生产配置的传感器，也有第三方生产的兼容传感器。除监护仪所用传感器的数种探头外，为了便于临床使用，还有主机探头一体化设计的传感器。此类探头根据原厂及第三方生产的不同，检测精确度差异较大，可进行24 h连续检测。该类原厂传感器价格与监护仪用传感器价格较为接近，第三方生产的兼容传感器价格便宜，但检测精确度方面不如原厂探头。血氧饱和度仪使用的传感器市场上比较具有代表性的进口品牌主要有美国GE、美国柯惠及美国迈心诺等。国产传感器主要有深圳迈瑞、深圳美的连及深圳理邦等[10]。

上述两类传感器既有共性，又有一定的差异性。共性主要表现在血氧饱和度仪使用的传感器种类包括了所有监护仪使用的传感器种类，尤其是在原厂传感器的制造上，许多生产厂商既生产监护仪，又生产血氧饱和度仪，因此无论是在传感器的设计理念上或者是在制造工艺上，其共性尤为明显。差异性主要表现在医院可根据实际情况，拥有更多不同传感器的选择，包括原厂传感器、副厂传感器及一体式传感器等。

3.2 常见SpO2传感器的比较

(1)试验用传感器。根据目前传感器的市场情况，试验用传感器分别采用进口原厂传感器(A探头）、国产原厂传感器(B探头)、进口副厂传感器(C探头)、国产副厂传感器(D探头)、一体式传感器(E探头)及一次性传感器(F探头)。

(2)试验检测标准与操作。所有以人体(手指)为检测对象的标准值均以德国西门子RAPIDPoint500型血气分析仪检测结果为准，具体操作方法为：①使检测对象达到试验预期的状态(如压迫手指，阻碍血液流动等)；②快速连接SpO2传感器进行测量并使用秒表进行计时；③快速取血并送入血气分析仪进行测量与分析；④比较SpO2传感器的测量结果与血气分析仪的测量结果是否一致。

(3)试验结果的判定。①当SpO2传感器的测量结果与血气分析仪的测量结果有差异时，以血气分析仪的测量结果为准；②当两种SpO2传感器的测量结果与血气分析仪的测量结果有差异时，以较接近血气分析仪的测量结果为准；③当一种SpO2传感器与另一种SpO2传感器的测量结果一致时，以测量耗时作为第二比较依据；④测量耗时是指从传感器连接检测对象开始至显示的测量结果稳定后结束，所消耗的时间总和。通过以上的操作及试验结果判定方法，可以甄别不同种类的SpO2传感器在人体检测过程中的优劣，从而达到试验的目的。

(4)所有以检测仪为检测对象的标准值均以美国FLUKE Index2型血氧检测仪设定值为准，具体操作方法：①启动血氧检测仪并调整到试验需要的状态；②将SpO2传感器与血氧检测仪进行连接并对其进行测试；③记录SpO2传感器的测量结果与反应时间，并与其它种类的传感器进行比较。

(5)试验结果判定的4种情况：①当传感器的测量结果与血氧检测仪的设定值有差异时，以血氧检测仪的设定值为准；②当两种传感器的测量结果与血氧检测仪的设定值有差异时，以较接近血氧检测仪设定值的结果为准；③当一种传感器与另一种传感器的测量结果一致时，以测量耗时作为第二比较依据；④测量耗时是指从传感器连接检测对象开始至显示的测量结果稳定后结束，所消耗的时间总和。通过以上的操作及试验结果判定方法，可以区分不同种类血氧探头在专业检测仪测试下的优劣情况，以此进一步验证各类血氧探头之间的差距。

3.3 试验检测方法

结合血氧饱和度仪在临床使用的实际情况，分别对A、B、C、D、E和F共6类传感器探头进行正常人体手指检测和脚趾检测、检测仪正常值检测和非正常值检测、压迫手指(血液流动阻碍)检测和湿润手指检测共6种情况的检测。每种情况的检测重复5次，以平均值作为每种传感器的最终检测结果[11-12]。见表1、表2、表3、表4、表5和表6。

表1 正常人体手指检测

表2 正常人体脚趾检测

表3 检测仪正常值检测

表4 检测仪非正常值检测(由100～70快速下降)

表5 压迫手指(血液流动阻碍)检测

表6 湿润手指检测

3.4 检测数据分析

(1)表1的检测数据显示，E探头在检测时光波发射器与光信号接收器接收不畅。其他传感器除检测耗时不同以外，测定值均与标准值一致。

(2)表2的检测数据显示，所有以脚趾为检测对象的传感器检测耗时均高于手指，除A、B两种传感器探头外，其他传感器检测时光波发射器与光信号接收器接收不畅，临床在实际使用及操作过程中，应尽可能避免以脚趾为检测对象。

(3)表3的检测数据显示，所有传感器的光信号接收器接收良好，检测耗时趋近于正常人体手指检测耗时。检测仪正常值检测是利用血氧检测仪发出不同强度的模拟光波，传递到传感器的光敏二极管，得到虚拟的血氧指数，血氧指数可按照检测仪使用者的需要自由调整。检测仪正常值检测是设定人体正常血氧指数检测传感器的性能。

(4)检测仪非正常值检测是设定人体非正常血氧指数检测传感器的性能。表4检测数据显示，在血氧指数快速下降时，检测耗时快速增加。在血氧指数处于极低的状态下，大部分传感器的检测精确度降低，与实际标准值出现较大误差。当人体血氧指数处于极低状态下，应考虑使用血气分析仪测量精确值。

(5)表5的检测数据显示，压迫手指或其他测量部位导致血液流动阻碍，可直接影响传感器的检测结果。临床在实际使用及操作过程中，特别是对于需要长时间测量血氧指数的患者，应密切注意测量部位的血流通畅。

(6)表6的检测数据显示，湿润的手指(水或其他液体)对传感器的检测耗时与检测结果具有一定影响。临床在实际使用及操作过程中应注意测量部位的干燥，以免影响检测结果。

4 检测结果比较

(1)原厂传感器。检测数据显示，进口原厂传感器(A探头)的检测速度明显优于国产原厂传感器(B探头)，两者的检测精确度较为接近。进口原厂传感器(A探头)测量速度快且测量结果精确，但由于价格昂贵而无法在医院里普及，故推荐手术室、监护室及急诊等急救等有特殊需要的科室使用进口原厂传感器。国产原厂传感器(B探头)检测速度较慢，但检测结果较为精确，其价格低于进口原厂传感器。各类外科及其他术后患者较多且需要密切观察术后患者的科室可考虑选择国产原厂传感器[13]。

(2)副厂传感器(C探头及D探头)。副厂传感器的综合测试数据略差于原厂传感器。在人体血氧指数正常的情况下，其检测耗时略高于原厂传感器。在人体血氧指数异常的情况下其检测结果有一定误差，并在一定范围内具有小幅的波动。考虑到使用成本等因素，推荐在普通科室作为日常巡检使用[14]。

(3)一体式传感器(E探头)。在人体血氧指数正常的情况下，其检测耗时较快且对于快速变化的血氧指数灵敏度较高。但一体式传感器的精确度较差且检测结果的波动较大，往往只能测定血氧指数的大致范围；其优点是体积小巧，便于携带，推荐急诊或机动科室医护人员随身携带，用于应急或突发情况

(4)一次性传感器(F探头)。其检测耗时介于进口原厂传感器与国产原厂传感器之间。在人体血氧指数正常的情况下较为稳定。但在人体血氧指数非正常情况下，其检测结果误差较大，且在一定范围内具有小幅波动。由于一次性传感器专属性的优点，推荐在高干病房或特需病房供VIP患者使用[15]。

5 结语

目前，不同种类及不同档次的SpO2传感器均有其适用范围。通过对进口及国产等各类不同SpO2传感器进行测试，并对其实际测试结果进行比较，为医院提供最合理的配置与选择方案。各医院可根据实际情况选择相应的传感器，以满足不同检测的使用需求。随着医疗器械制造水平的提高及制造成本的下降，传感器的检测精确度及检测速度将会进一步提升，而不同种类、不同档次之间的SpO2传感器差异性将会越来越小，未来SpO2传感器将朝着高精度低成本的方向发展[16]。

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The comparison and selection for saturated pulse oximetry sensor/

JIN Xin, GONG Chun- gui, ZHENG Gang//China Medical Equipment,2017,14(2):27-31.

Objective:To expound the importance of blood oxygen saturation index, and to analyze the detection method of oxygen saturation index. Besides, to provide scientific and reasonable basis for use and selection of clinical saturated pulse oximetry(SpO2) sensor.Methods:To adopt pertinence detection method to test six kinds of SpO2sensors (included the original import, original domestic, import commission processing, domestic commission processing, integrated mode sensor and one-time sensor), and to detect and analyze their specifications.Results:The experiment results of six kinds of SpO2sensor were analyzed, and their main characteristics were obtained. And then, different sensor was recommended to different department or situation according to the actual situation of different hospital.Conclusion:Various clinical department and requirement can give full play to the advantages of various types of sensor, fast detect blood oxygen index for patients, reasonably allocate SpO2sensor, reduce using cost and improve diagnosis level, at the same time, effectively carry through adjuvant therapy after they select the most suitable SpO2sensor.

SpO2sensor; Oxygen saturation index; Pulse oximeter

1672-8270(2017)02-0027-05

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.008

2016-10-20

①上海理工大学现代微创医疗器械及技术教育部工程中心 上海 200093

②上海东方肝胆外科医院仪器科 上海 200438

*通讯作者：gangzheng@usst.edu.cn

金鑫,男,(1983- ),硕士研究生，助理工程师。上海理工大学现代微创医疗器械及技术教育部工程中心、上海东方肝胆外科医院仪器科，从事仪器设备的采购，管理以及医疗设备档案的建立与维护工作。