在家庭医疗和临床监护中，脉搏血氧仪已成为不可或缺的设备。它以其无创、便捷的方式，为我们实时揭示着血液中的血氧饱和度（SpO₂）这一关键生命体征。然而，许多人可能不知道，在这个小巧设备的核心，有一组“看不见的守护者”——滤光片，它们是实现精准测量的光学基石。

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一、 脉搏血氧仪简介与光学原理

脉搏血氧仪是一种通过光电手段无创监测动脉血氧饱和度和脉搏率的医疗设备。它通常以指夹式、腕式或贴片式的形态出现，其核心部件包括：光源（LED）、光电探测器、信号处理电路以及我们今天的主角——滤光片。测量原理是基于朗伯-比尔定律。简单来说，当一束光穿过某种介质时，其被吸收的程度与介质的浓度和厚度成正比。

在人体组织中，血液对光的吸收能力会因血红蛋白的含氧状态而异：

氧合血红蛋白：对660nm的红光吸收较弱，对940nm的红外光吸收较强。

还原血红蛋白：对660nm的红光吸收较强，对940nm的红外光吸收较弱。

脉搏血氧仪正是利用了这种吸收特性的差异。设备会使用两颗LED，分别发出~660nm的红光和~940nm的红外光，交替照射指尖（或其它测量部位）。光线穿过组织后，被另一侧的光电探测器接收。

关键信号：脉搏与“交流/直流”分量
探测器接收到的光强信号包含两个部分：

直流分量：代表被皮肤、肌肉、静脉血和非搏动性动脉血等组织恒定吸收后的光强。这部分信号较强，但变化缓慢。

交流分量：代表由于心脏搏动导致的动脉血管周期性舒缩所引起的吸收变化。这部分信号很微弱，叠加在直流信号之上。

通过提取这两种光（红光和红外光）的交流分量与直流分量的比值（AC/DC），我们可以消除组织厚度、肤色等静态因素的干扰，最终通过经验公式计算出动脉血氧饱和度。

（NBP660窄带滤光片）

二、滤光片：精准测量的守护神

在上述原理中，一个核心前提是：探测器必须能清晰、准确地分辨出哪些是红光信号，哪些是红外光信号。然而，现实情况远比理想模型复杂，这正是滤光片大显身手的地方。

1. 为什么必须使用滤光片？

光源的非理想性：血氧仪使用的LED并非只发出单一波长的纯光，其发光光谱具有一定的半高宽，即它发出的光是以目标波长（如660nm）为中心的一个波段。如果没有滤光片，红光LED发出的光会“污染”红外光的测量通道，反之亦然。

探测器的“色盲”特性：光电探测器（如光电二极管）本质上是“色盲”的，它只能响应光子的总能量或总强度，但无法区分这些光子是来自660nm还是940nm。

环境光的强烈干扰：室内灯光、太阳光等环境光覆盖了从紫外到红外的广阔光谱，其强度可能远超血氧仪自身发出的微弱信号。若不加以滤除，探测器将完全被环境光“淹没”，无法进行有效测量。

2. 滤光片在系统中的工作方式

为了解决上述问题，滤光片通常以两种方式集成在系统中：

a) 在探测器端使用（主流且更有效的方法）
这是最经典和精密的方案。在光电探测器前方，会安装一个微型滤光轮，轮上嵌有两片关键的窄带干涉滤光片：

660nm窄带带通滤光片

940nm窄带带通滤光片

（NBP940窄带滤光片）

系统控制滤光轮高速旋转，使得探测器在极短的时间间隔内，依次只接收：

透过660nm滤光片的光（包含透射的660nm信号 + 环境光中的660nm成分）

透过940nm滤光片的光（包含透射的940nm信号 + 环境光中的940nm成分）

（部分设计会包含一个不透光区，用于测量纯环境光本底）

通过这种时序分离技术，信号处理器可以：

精确分离出纯净的红光信号和红外光信号。

实时扣除环境光的干扰，从而计算出准确的AC/DC比值。

b) 在光源端使用
也可以在LED的发光表面直接贴装或镀上相应的窄带滤光片，从源头上“净化”光源，使其发出的光波段更窄、更纯净，减少两种光源之间的串扰。

三、 滤光片的核心参数规格分析

对于脉搏血氧仪而言，滤光片的性能直接决定了测量的准确性和可靠性。以下是其关键的参数规格：

1. 中心波长：滤光片透光率最高的峰值波长，血氧仪的设计波长一般为660nm ± 2nm 和 940nm ± 5nm。任何偏差都会直接导致吸收系数计算的错误，从而影响SpO₂读数。940nm波段由于处于水的吸收峰附近，允许的公差通常稍宽。

2. 半高宽：透射谱峰值高度一半处所对应的波长宽度。它代表了滤光片的“颜色纯度”，血氧仪半高宽要求在10nm ~ 15nm以内。一个窄的半高宽能有效隔离660nm和940nm两个通道，防止信号串扰，并抑制环境光中非目标波段的影响。

3. 峰值透射率：在中心波长处的最大透光效率。这个值越高越好，通常要求>85%，高性能滤光片可达95%以上。高透射率意味着更多的信号光能到达探测器，从而提升信噪比，让微弱的脉搏信号（交流分量）更容易被检测到。

4. 截止范围与截止深度：滤光片需要阻挡的光谱范围（截止范围）及其阻挡能力（截止深度，通常用光密度OD值表示）。在非通带范围内，特别是另一个LED的波段（例如，660nm滤光片需要强力截止800nm-1000nm的红外光），需要有极深的截止度，通常要求OD > 4（即透射率 < 0.01%）。这是防止通道串扰的最关键保障。

5. 角度特性：入射光线角度变化对滤光片中心波长和透射率的影响。由于光路设计，光线可能非垂直入射。优质滤光片应具有较小的中心波长漂移，确保在不同角度下性能稳定。

6. 基材与镀膜：通常采用光学玻璃或石英玻璃作为基材，通过干涉镀膜技术制作。镀膜的质量决定了滤光片的耐久性、稳定性和光学性能。

脉搏血氧仪看似简单的“一夹一测”背后，蕴藏着精妙的光学设计和材料科学。滤光片作为其中的关键分光元件，如同一位技艺高超的指挥家，将混杂的光信号梳理得井井有条，确保了红光与红外光两个“声部”的纯净与和谐。对其核心参数的深刻理解与严格把控，是设计和制造出高性能、高可靠性血氧仪产品的根本前提。在追求更高精度和更小体积的穿戴式医疗设备趋势下，滤光片的性能优化与集成创新将继续扮演至关重要的角色。