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基于 android手机的血氧饱和度检测

许方成，赵曙光，杨 峰，黄佳佳

(东华大学信息科学与技术学院，上海 201620)

摘要：血氧饱和度是人体健康状况的标准指标，连续记录血氧饱和度可以预测人体的心肺状态，在预防疾病方面有着重

大意义。当前，医用、家用血氧饱和度检测设备体积和重量都较大，不便于携带，而移动设备的广泛使用正在彻底改变健

康监测领域。因此，文章开发了一种基于 Android操作系统的手机血氧饱和度监测软件，能够帮助人们随时随地的了解

自身的血液含氧量。

关键词：血氧饱和度；健康监测；智能手机应用

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1673-1131(2017)12-0067-02

0 引言

人体需要一定程度的氧气来维持机体的正常运转，当人

体含氧量不足时会导致低血氧症等一系列症状。通过对血

氧饱和度的监测，可以很大程度上反映出其心肺功能状态，

对于预防疾病有着重大意义。由于移动设备的普及，越来越

多的基于智能手机平台的生理参数监测软件应运而生 [1,2]。

本文设计了基于 android手机的血氧饱和度和脉搏波数据检

测方案。这种检测方案可以实现人体脉搏数据的实时采集、

处理，实现数据的无线传送及显示；具有体积小、携带方便的

特点。

1 血氧饱和度测量原理

血氧饱和度(SPO2)是人体血液中氧合血红蛋白含量

(HbO2)占全部可结合氧气血红蛋白总量的百分比。血氧饱和

度定义式为：

(1)

血液饱和度测量方法分为有创检测与无创检测两种。

有创检测是抽取人体血液，利用血气分析法[3]计算血氧饱和

度，这种方法不仅费时，而且不能连续实时的提供血氧饱和

度数据，本文采取的是无创检测方法。无创检测测定原理包

括分光光度测定和血液容积描述两部分[4]，分光光度测定是

根据 Hb 与 HbO2对红光和红外光吸收特性不同；HbO2对

660nm 红光吸收量较少，而对 940nm 红外光吸收量较多；

Hb 则相反，用分光光度测定红外光吸收量与红光吸收量之

比值，就能确定血红蛋白的氧合程度；无创血氧饱和度检测

分为透射式和反射式两种检测方式。透射式血氧传感探头

的光源与检测器放置在被检测部位的两侧，主要接收和利用

穿透人体组织后的透射光。反射式血氧传感探头的光源与

检测器均置于被检测部位的同一侧，主要接收和利用经人体

组织后的反射光。根据手机的结构，本文采用反射式传感检

测方法。

血氧饱和度测量是以 Lambert—Beer定律为依据的 [5-7]。

根据Lambert—Beer定律，当一束光强为的光垂直照射一份子

浓度为 C的样品时，投射光的光强 I和存在[8]如下关系：

(2)

式中表示吸光度，为吸光系数，L为光的路径。

入射光线通过人手指反射后的信号会成周期性变化，周

期性变化是由心脏搏动引起的，心脏舒张，血管中血液含量

减少，对光的吸收减少，心脏收缩，血管中血液含量增多，对

光的吸收加强。反射光强最小值即为直流分量，反射光强最

大值与最小值之差即为交流分量。因此，光强在组织中的变

化率为：

(3)

当两束光探测人体组织时，仅考虑还原血红蛋白和氧合

血红蛋白的影响可得：

(4)

式中 kHb、CHb 分别为动脉血液中 Hb 的吸光系数与浓度

分别为动脉血液中 HbO2的吸光系数与浓度；1、2

分别为两束光波长。整理可得：

(5)

光波长在近红外光附近时有 。整理式(5)得：

(6)

式中 均为常数，改写为：

(7)

式中 k1、k2可经过实验定标得到。

2 系统的设计与实现

2.1 系统设计

基于Android手机的血