隨著“量化生活運動”日益普及，人們對能夠集成到手表、智能手機或健身手環(huán)等所謂可佩戴式小配件中的醫(yī)療測量方法也越來越感興趣。這種興趣，始于使用加速傳感器來測定步頻的健身追蹤器�，F(xiàn)在，光學傳感器還能直接測量心率和血氧飽和度，進一步擴大了自我觀察的可能性。除此之外，在手腕或手指上進行脈搏測量，比佩戴胸帶更加方便。最后同樣重要的是，光學方法在經(jīng)濟方面同樣具有優(yōu)勢，因為高效LED的新技術能夠?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，其中包括采用不同封裝、尺寸和性能級別的綠光和紅光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，保證了低能耗和高信號質(zhì)量，從而實現(xiàn)了極為可靠的測量。全新SFH7050是歐司朗光電半導體推出的首款適合自動健身追蹤的集成光學傳感器，它結(jié)合了三個不同波長的發(fā)光二極管和一個內(nèi)置光電檢測器。適用于測量心率和血氧飽和度的光學傳感器，利用的是血液對光的吸收，更具體地說，是血液中所含血紅蛋白對光的吸收。
 

心率監(jiān)測
 

光照射到身體組織上，然后歷經(jīng)傳輸、吸收和反射（圖1）等過程。接受照射的血量越大，所反射的光量越低。動脈中的血量會隨心動周期而變化，因此可根據(jù)檢測器信號周期推算出心率（圖2）。這種血管中血量變化的光測量方法，稱為光電容積描記(PPG)。傳感器由并列光源和檢測器組成。在實踐中，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，測量所使用的波長也有所不同：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
 

同時使用紅外光和紅光時，可測量血氧飽和度（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（氧合血紅蛋白HbO2）吸收行為會發(fā)生變化這一事實。這兩種血紅蛋白變體的濃度可以通過測量兩種不同波長下的吸收來確定。如此即可得出血氧飽和度。在此應用中，紅光(660nm)和紅外光(940nm)是理想選擇，因為在這兩個波長下，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變化的脈搏測量相反，這種情況下必須測量動脈血液的光吸收絕對值。在實踐中，血氧飽和度可通過相應波長下最小與最大檢測器信號的比率函數(shù)(Imin/Imax)來表示。
 

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。檢測器所記錄的反射光量，隨動脈中的血量而變化（光電容積描記）。對于手腕部位，通過綠光進行測量；對于手指部位，則使用紅光波長或紅外波長進行測量。
 

圖1生物測定數(shù)據(jù)的光學測量
 

檢測器信號I的周期對應動脈中血量的脈動。最小與最大信號值比率(Imin/Imax)與血氧飽和度（脈搏血氧飽和度）的測定相關。
 

圖2心率的測量
 

血液（更準確地說應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）。通過測量紅光和紅外光的吸收，可測定血氧飽和度。
 

圖3血氧飽和度的測定