随着“量化生活运动”日益普及，人们对能够集成到手表、智能手机或健身手环等所谓可佩戴式小配件中的医疗测量方法也越来越感兴趣。这种兴趣，始于使用加速传感器来测定步频的健身追踪器。现在，光学传感器还能直接测量心率和血氧饱和度，进一步扩大了自我观察的可能性。除此之外，在手腕或手指上进行脉搏测量，比佩戴胸带更加方便。最后同样重要的是，光学方法在经济方面同样具有优势，因为高效LED的新技术能够实现更高能效和更紧凑的传感器。
 

欧司朗光电半导体提供种类繁多的创新型元件，用于现代健身追踪和健康监测，其中包括采用不同封装、尺寸和性能级别的绿光和红光LED、光电二极管和红外发光二极管。所有的传感器产品均基于高效芯片技术，保证了低能耗和高信号质量，从而实现了极为可靠的测量。全新SFH7050是欧司朗光电半导体推出的首款适合自动健身追踪的集成光学传感器，它结合了三个不同波长的发光二极管和一个内置光电检测器。适用于测量心率和血氧饱和度的光学传感器，利用的是血液对光的吸收，更具体地说，是血液中所含血红蛋白对光的吸收。
 

心率监测
 

光照射到身体组织上，然后历经传输、吸收和反射（图1）等过程。接受照射的血量越大，所反射的光量越低。动脉中的血量会随心动周期而变化，因此可根据检测器信号周期推算出心率（图2）。这种血管中血量变化的光测量方法，称为光电容积描记(PPG)。传感器由并列光源和检测器组成。在实践中，传感器直接放置在皮肤上（通常是手腕或手指部位）。因位置不同，测量所使用的波长也有所不同：绿光已证明是手腕部位的最佳选择，而红光和红外光则是手指部位的理想之选。
 

脉搏血氧饱和度
 

同时使用红外光和红光时，可测量血氧饱和度（图3）。所谓的脉搏血氧饱和度，是基于血红蛋白(Hb)与氧结合时（氧合血红蛋白HbO2）吸收行为会发生变化这一事实。这两种血红蛋白变体的浓度可以通过测量两种不同波长下的吸收来确定。如此即可得出血氧饱和度。在此应用中，红光(660nm)和红外光(940nm)是理想选择，因为在这两个波长下，两种血红蛋白分子的吸收行为差异最大。与只考虑光吸收相关变化的脉搏测量相反，这种情况下必须测量动脉血液的光吸收绝对值。在实践中，血氧饱和度可通过相应波长下最小与最大检测器信号的比率函数(Imin/Imax)来表示。
 

SFH7050传感器发射绿光、红光或红外光，这些光照射皮肤或组织并被吸收或反射。检测器所记录的反射光量，随动脉中的血量而变化（光电容积描记）。对于手腕部位，通过绿光进行测量；对于手指部位，则使用红光波长或红外波长进行测量。
 

图1生物测定数据的光学测量
 

检测器信号I的周期对应动脉中血量的脉动。最小与最大信号值比率(Imin/Imax)与血氧饱和度（脉搏血氧饱和度）的测定相关。
 

图2心率的测量
 

血液（更准确地说应该是血液色素血红蛋白(Hb)）的吸收行为随吸氧量而变化（氧合血红蛋白或HbO2）。通过测量红光和红外光的吸收，可测定血氧饱和度。
 

图3血氧饱和度的测定