为血氧测量的肤浅问题设计解决方案

在 COVID-19 大流行的早期，许多人首先了解了一种称为脉搏血氧仪的小型医疗设备。该设备夹在指尖上，可在几秒钟内测量人血液中的氧气含量。在大流行期间，脉搏血氧仪越来越受欢迎，因为越来越多的人开始对监测自己的氧气水平下降感兴趣，这是 COVID-19 的一种症状，需要立即就医。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授 Jesse Jokerst 在他的实验室里也备有一个脉搏血氧仪，但出于不同的原因。他对该设备的兴趣源于一个深入浅出的特殊问题：脉搏血氧仪在较深的肤色上可能不太准确。

最近的研究表明，对肤色较深的患者(特别是亚洲、黑人和西班牙裔患者)进行的血氧饱和度测试通常会产生错误的高血氧测量值。因此，这些患者接受的补充氧气通常少于具有相似真实血氧水平的白人患者。补充氧气对于治疗以低血氧水平为特征的心脏和肺部疾病至关重要，例如先天性心脏病、肺水肿和慢性阻塞性肺病。更多的研究表明，由于血氧读数不准确而未能给予补充氧气，或完全错过这些诊断，正在导致医疗保健中现有的种族不平等。

由于脉搏血氧仪如何依靠光来测量氧气水平，因此会出现这些不准确性。该设备通过皮肤照射一束光并进入血液。反射到设备的光量与人的血氧水平相关。检测到更多的光意味着该位置的血氧水平更高。但如果有什么东西挡住了这种光线——比如黑色素，皮肤中的一种色素——它会降低测量的准确性。黑色素以两种方式影响阅读：它阻止一些光线进入更深的组织，同时，它将光线反射回设备。

Jokerst 解释说，这就像在一个人戴着反光太阳镜时试图看到他们的眼睛。这很困难，因为太阳镜通过反射入射光而不让太多光线透过来保护人的眼睛。

“现在想象你的皮肤现在就像那些太阳镜，”Jokerst 说。“肤色越深，黑色素就会越多，阻挡和反射光线，就像一副额外的太阳镜阅读。”

因此，较深的肤色会导致皮肤表面的血氧测量值被高估。