血氧饱和仪：源自日本、因新冠疫情而备受瞩目的医疗仪器

美国总统川普确诊新冠病毒的新闻引发全世界关注，医师团的说明里提到他“血氧浓度下降2次，曾接受输氧措施”。用来测定血氧浓度的，便是这款名为“血氧饱和仪”的医疗仪器，尽管知道的人不多，但其与胃镜相同，都是源自日本而普及全球的医疗技术。

将两种不同波长的光照射到指尖，并对未被吸收而穿过手指的光线进行解析，便能立即测出“血氧饱和度（SpO2）”，这个数值显示了动脉里血红素的携氧比例，若血红素携氧比例高，会呈现鲜艳的红色；携氧比例低，则呈现暗红色。将红色的浓度进行数值化，便能计算出血氧浓度。

现在，这个仪器已变得相当简便，只要把像洗衣夹般的传感器夹在指尖，便能一并测量心跳频率与血氧浓度，并将数值显示在附属的小型液晶屏幕上。若血氧浓度充足则显示为100%，正常值范围为99%—96%，若数值低于90%将被诊断为发生缺氧（低氧血症），须立即采取供氧措施。

一般而言，医院检测病人的生命迹象，是以“血压”、“脉搏”、“呼吸速度”、“体温” 4个项目为主，而血氧饱和仪则被认为是第5项生命迹象的指标，可见“血氧浓度”与人命多么息息相关。

青柳发现原理，各企业开发实用仪器

早在1935年，德国学者Karl Matthes（1905--1962）便提出可以用红绿两个过滤仪来检测耳朵的血氧浓度，后来发展成耳夹式血氧饱和仪，夹住耳垂便可进行测量。但这种方式在测量前必须压迫耳朵，测量中也须温热耳朵，会对患者造成负担，因此并未广泛普及。

后来通过独自研究发现血氧测量原理的，便是青柳卓雄（1936--2020），他于1958年从新潟大学工学院毕业，进入岛津制作所工作，后于1971年跳槽，进入负责制造与销售医疗仪器的日本光电工业任职，于是偶然碰上了这个课题。“对患者进行观测的终极型态，便是医疗的自动化，为了接近这个理想，开发非侵入性连续检测的手段相当重要”，这便成了他的研究课题。讲明白点，便是要试图开发不用针头抽血便可稳定检测数值的仪器。

青柳卓雄，在日本光电的研究室（1994年）

1972年，在从事由心脏送出的动脉血的检测仪器改良作业时，青柳发现可以利用心脏的跳动（脉冲）来测量动脉血的血氧饱和度，这是制造血氧饱和仪基本原理的重大发现，由此后来仪器的开发成为可能。

他利用这个原理制作了样机，持续进行研究，并于1974年在学会发表，但当时并未受到医学界与医疗现场的关注，很长一段时间，这项原理的真正价值没能获得承认，受到了冷落。日本光电利用这个原理，曾于1975年推出耳夹式血氧饱和仪，但其使用小电珠作为光源，所以检测光线的传感器性能不佳，改良余地颇多，由于需求并未增加，只好停止开发。然而，就在1974年，收到前述样机的北海道大学应用电气研究所学者中岛进（现森山纪念医院院长），发表了第一篇关于血氧饱和仪的医学论文，并被译成了英文。

1977年，独自进行研究的美能达公司（现柯尼卡美能达）独家推出世界第一款指夹型血氧饱和仪“OXIMET MET-1471”，其性能在美国也受到好评。通过这个仪器人们得知，临床第一线中缺氧导致的死亡事故其实频繁发生，氧气不足对预后（prognosis，根据经验预测的疾病发展情况）也会产生影响，而血氧饱和仪能将血氧浓度的变化即刻显示，因此能立刻掌握危险征兆。人们预测，这个仪器将对今后的医疗现场产生重大影响。

1980年代，美国与日本在进行麻醉手术时，时常发生患者缺氧死亡的医疗事故，对不经抽血便能测量血氧浓度的仪器的需求大幅增加。当时青柳指出，要能稳定测量血氧浓度，又要在数值发生剧烈变化时能立刻进行处置，这2项条件的并存将是永远的课题。

1980年，美国的Biox公司以发光二极管（LED）连接计算机，推出可稳定使用的商业用血氧饱和仪。在史丹佛大学对该仪器进行评估的麻醉医师William New（1942--2017）也对这个仪器的实用化做出了大贡献，他为了推广该仪器，让大众认知到仪器的有效性，于是自己创设Nellcor公司，于1982年推出血氧饱和仪“N-100”，不仅在美国，更销售到全世界。

综上所述，血氧饱和仪是由青柳发现原理，由美能达公司想出透过指尖测量的方式，由Biox公司制造出高稳定度的机器，并由Nellcor公司开发出适用于临床的仪器，之后才得以广为普及、发展的。

被公认为血氧饱和仪的发明者

青柳虽将自己的发现写成日文论文发表，但并未译成英文。起源于日本的发现、发明、创意等有许多这样的例子，即便是独步全球的独创性发明或发现，若没有向国外发表的手段，往往得不到正当的评价而被其它国家超越，甚至被模仿制造。

但在血氧饱和仪上，出现了一个关键人物，那就是呼吸生理学的世界权威，美国的John W. Severinghaus教授（1922--）。就在青柳高超能力的口碑越传越广之中，他得知了青柳的存在，1987年来日本时便与青柳见面，其后又以英文论文介绍其功绩，这才使得青柳作为血氧饱和仪的发明者，获得世界的广泛认知。

青柳（图中央）与John W. Severinghaus（摄于1987年）

在1950年代，致命麻醉事故的发生率约为2000分之1；在此仪器引进的现代，则减少至10万分之1。日本的麻醉件数一年约200万件，计算下来，死亡人数从1年1000人减少至20人。虽然这并不完全是血氧饱和仪的功劳，但这台仪器的贡献也不可忽视。

血氧饱和仪除了让全世界的手术现场因麻醉造成缺氧死的事故数量剧减外，也对提高急救现场存活率做出了莫大贡献。随着仪器的小型化，也普及至一般小型诊所，得到广泛应用，例如对具有感冒症状或呼吸系统疾病的患者进行诊断，或是投药治疗后观察效果时，都派得上用场。

1997年，来日本小儿麻醉学会进行演讲的瑞典Sten Lindahl教授，据说在演讲后曾说:“有个人我很想推荐给诺贝尔奖，就是发现血氧饱和仪的青柳卓雄。”Sten Lindahl是隶属于诺贝尔委员会生理学或医学组的氧气生物学专家，若诺贝尔奖真颁给了血氧饱和仪，那么获奖的大概便是发现其原理的青柳，以及进行改良使其能进行临床使用，并普及至世界的William New。

青柳卓雄后来因其业绩而获得美国电机电子工程师学会（IEEE）健康技术改良奖，颁奖典礼于2015年6月20日在纽约举办，颁奖理由为“血氧饱和仪的先驱性发明，为医疗质量提升做出了莫大贡献”。青柳是首位荣获该奖的日本人。

美国电机电子工程师学会（IEEE）颁奖典礼会场（2015年）

拯救众多新冠重症患者的性命

2020年4月青柳过世时，正是新冠疫情在日本开始爆发之时。青柳直至过世前1年半，都孜孜不倦地指导后进，并致力于血氧饱和仪的改良研究。

凑巧的是，新冠疫情的流行使得血氧饱和仪再次受到瞩目。许多患者都在没有自觉症状的情况下，突然陷入呼吸衰竭的重症，这种“沉默的肺炎”案例在全世界发生，因此诊察时，血氧浓度的测量便成了必经手续。在日本，住进饭店疗养的轻症患者都会收到体温计与血氧饱和仪，必须自行测量并呈报。经过新闻报导后，据说家电量贩店的血氧饱和仪陆续出现售罄的情形。如果我们没有能轻松检测血氧饱和浓度的这一重症化指针的仪器，想必患者死亡数将达到难以想象的数字。

另外，今年9月推出的Apple Watch Series 6搭载“血氧浓度app”，可以从手腕测量血液里的氧气含量，这是以绿色与红色LED及红外线LED照射手腕血管，并用光电二极管读取反射光量，透过先进算法来计算血液颜色，血液颜色就代表了体内氧气浓度。虽然该产品无法用于医疗，但据说可用来确认运动中血氧浓度的变化。青柳所开辟出的道路，至今仍在持续拓展。

血氧饱和仪开发史

标题图片：血氧饱和仪的指夹（左）与口袋型SpO2显示器
图片提供：日本光电工业

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