맥박산소포화도 센서 (Pulse Oximetry Sensor)

의공학
한 줄 정의: 적혈구 내 헤모글로빈의 광흡수 특성 차이를 이용해 동맥혈 산소포화도와 맥박을 비접촉으로 측정하는 광학 센서입니다.
센서가 신호를 측정·기록하는 개념
대상의 물리량을 센서로 측정하고 신호로 기록하는 계측 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

손가락이나 귓불에 집게 형태로 부착해 두 가지 파장의 빛을 투과시킨 뒤, 산화헤모글로빈과 비산화헤모글로빈이 빛을 흡수하는 정도가 다르다는 점을 이용해 혈중 산소포화도를 계산하는 장치입니다. 손가락 끝에 클립처럼 끼우는 센서가 빛을 이용해 혈액 속 산소 농도를 측정한다는 것은 잘 알려져 있지만, 그 원리는 산소와 결합한 헤모글로빈과 그렇지 않은 헤모글로빈이 서로 다른 파장의 빛을 다르게 흡수한다는 성질을 이용합니다. 두 개의 LED에서 나오는 빛이 조직을 통과한 뒤 남은 빛의 양을 비교해 산소포화도를 계산합니다.

왜 중요한가

채혈 없이 실시간으로 저산소증을 조기에 발견할 수 있어 중환자실, 수술실, 재택 모니터링 등 임상 전반에서 필수 장비로 쓰이기 때문입니다. 비침습적으로 실시간 산소포화도를 확인할 수 있다는 점 때문에 중환자실, 수술실, 재택 모니터링 등 다양한 임상 환경에서 필수 장비로 자리 잡았으며, 의공학 연구에서는 신호 정확도와 측정 신뢰성을 높이는 방향으로 지속적인 개선이 이루어지고 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"본 연구에서는 pulse oximetry sensor로 측정한 SpO2 신호를 심박변이도 분석과 결합하여 수면무호흡 여부를 판별하였다."

산소포화도 신호와 심박 신호를 함께 분석해 수면 중 호흡 이상을 찾아냈다는 의미입니다.

"움직임 잡음이 심한 환경에서도 안정적인 측정을 위해 적응필터 기반 pulse oximetry sensor 알고리즘을 제안하였다."

운동 중에도 오차 없이 산소포화도를 측정할 수 있는 신호처리 방법을 개발했다는 내용입니다.

조금 더 깊게 보면

일반적으로 660nm(적색)와 940nm(적외선) 두 파장의 LED와 광검출기로 구성되며, 심장 박동에 따른 동맥혈류의 광흡수 변화(맥동성분)를 비율로 계산하는 비율측정법(ratio-of-ratios)이 핵심 원리입니다. 센서는 적색광(약 660nm)과 적외선(약 940nm) 두 파장을 교대로 조사하고, 심장 박동에 따라 동맥혈량이 변하면서 생기는 광흡수량의 주기적 변화(맥동성분)만을 추출해 정맥혈이나 조직의 흡수량 영향을 배제합니다. 이 비율을 경험적으로 보정된 검량곡선에 대입해 산소포화도 값을 산출합니다.

주의할 점

말초 혈류가 저하된 상태이거나 매니큐어, 강한 주변광, 심한 움직임이 있으면 측정값에 오차가 발생할 수 있어 해석에 주의가 필요합니다. 손끝 냉감, 매니큐어, 강한 주변광, 저혈압으로 인한 미약한 맥동 등은 측정값의 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있어 임상적으로 이상 수치가 나오면 다른 요인을 함께 점검해야 합니다.

관련 용어