산소포화도 측정기 원리

 

산소포화도 측정기 원리

 

펄스 옥시미터는 비침습적으로 혈액의 산소 포화도를 측정하는 장치이다. 이 장치는 주로 의료 환경에서 환자의 산소 상태를 실시간으로 확인하거나 집에서 건강 관리 목적으로 사용된다. 산소 포화도는 혈액에서 산소가 얼마나 잘 운반되는지를 나타내는 지표이며, 산소화된 헤모글로빈(HbO₂)과 산소가 제거된 헤모글로빈(Hb)의 비율로 정의된다.

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1. 펄스 옥시미터의 기본 원리
펄스 옥시미터는 광학 센서와 광학 흡수 특성을 사용하여 작동한다. 주요 원리는 산소화된 헤모글로빈과 산소가 제거된 헤모글로빈의 특성을 활용하여 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 것이다. 이를 펄스 옥시메트리라고 한다.

1.1. 빛의 흡수와 헤모글로빈의 특성
헤모글로빈은 산소 분자에 결합하여 있는지에 따라 특정 파장의 빛을 다르게 흡수한다.

- 적외선(IR, 약 940nm): 산소화된 헤모글로빈(HbO₂)에 의해 더 많이 흡수됨.

- 적색광(약 660nm): 산소화되지 않은 헤모글로빈(Hb)에 의해 더 많이 흡수됨.

1.2. 펄스 신호 활용
장치가 손가락, 귀 또는 이마와 같은 부위에 부착되면 장치는 혈관을 흐르는 혈액에 빛을 비추고 전달된 빛을 감지한다. 측정기는 맥동 신호, 즉 동맥혈류로 인해 변동하는 신호를 기반으로 산소 포화도를 계산한다. 이 과정에서 다음과 같은 빛의 경로가 고려된다.

- 직류 성분: 조직, 정맥혈류 및 비맥동 동맥혈에서 일정한 흡수량을 나타냅니다.
- AC Component (교류 전류 Component): 맥박에 따라 달라지는 동맥혈 흡수량을 나타냅니다.

2. 펄스 옥시미터의 구성 요소
펄스 옥시미터는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성된다.

2.1. 광원
발광 다이오드(LED)에서 방출되는 적외선과 적색광이 사용된다. 이 빛은 피부를 통과하여 혈액과 조직에 도달한다.

2.2. 광 검출기
투과되거나 반사되는 빛을 감지하는 광 검출기는 LED에서 나오는 빛의 강도를 측정한다. 빛 흡수의 차이에 따라 헤모글로빈 상태를 분석한다.

2.3. 신호 처리 장치
광 검출기에서 얻은 데이터를 기반으로 DC 및 AC 구성 요소를 분리하고 산소 포화도를 계산한다. 계산은 다음 공식을 기반으로 한다.

\[ \textSpO₂} (\%) = \left( \FARC\textHbO₂}}\textHbO₂} + \textHb}} \right) \times 100 \]

2.4. 디스플레이 장치
계산된 산소 포화도와 맥박수를 디지털 화면에 표시한다.

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3. 측정 방법
펄스 옥시미터는 광 투과 또는 반사 방법을 사용한다.

- 통과형: 빛이 피부를 통과하여 반대쪽 센서에 도달한다. 주로 손가락, 귀 등에 사용된다.

- 반사형: 빛이 피부에서 반사되어 같은 방향으로 돌아옵니다. 신생아의 이마나 발과 같은 부위에 적합하다.

4. 펄스 옥시미터의 용도
펄스 옥시미터는 다음과 같은 목적으로 사용된다.
- 호흡기 질환 감시: 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD), 천식, 수면 무호흡증 등이 있는 환자 관리 - 수술 및 마취 중 감시: 환자의 산소 상태를 지속해서 확인한다.

고산병 예방: 고지대 등에서 산소 결핍 위험을 감시한다.

운동 중 산소 상태 확인: 운동 중 심폐 기능을 개선하는 데 사용된다.

5. 장점 및 한계
장점
- 비침습적: 피부를 관통하거나 혈액 표본을 채취할 필요가 없다.
- 실시간 감시: 환자의 상태를 즉시 확인한다.
- 편의성: 어디서나 사용할 수 있는 작은 장치이다.

제한 사항
- 측정 오류: 저체온증, 매니큐어, 주변과 간섭 및 저혈류 조건에서는 정확도가 떨어질 수 있다.
- 지역적 제한 사항: 혈류가 부족하거나 장치가 부적절하게 부착된 경우 측정이 불가능하다.

6. 최신 기술 및 발전 사항
최신 펄스 옥시미터는 Bluetooth 및 Wi-FI를 통해 데이터를 전송하거나 스마트폰에 연결하여 환자의 건강 상태를 원격에서 감시한다. AI 기반 분석 기술과 결합하여 더욱 정교한 진단이 가능해지고 있다.

펄스 옥시미터는 광 흡수 특성과 펄스 신호를 활용하여 간단하고 비침습적으로 산소 포화도를 측정하는 유용한 장치이다. 의료 환경과 가정에서 환자의 상태를 실시간으로 감시하여 생명 유지 및 질병 관리에 중요한 역할을 한다.

 

• 산소포화도 위험범위