青柳卓雄 新冠疫下我們要感謝的人

評論‧世情 2022/03/16

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在全球飽受新冠肆虐的今天,血氧監測比以往任何時候都重要,因為新冠病毒會損害病人呼吸功能,甚至輕度患者都可能出現情況危險的低血氧,導致嚴重併發症,如果沒有小巧、廉價、家用的血氧濃度檢測設備,也許麻煩會大得多。

本欄昨天提到,家中備有血氧儀,就可以為沒有呼吸困難的確診者或密切接觸者,監測血氧水平,提供自己不發覺的「隱形缺氧」警號,以便及時應對或就診,無形中挽救生命。

血氧儀是以不用拮針抽血的無創方式,測量動脈血液中的血氧飽和度,或稱血氧濃度,是醫院重要設備,也成為了口罩、快速測試包以外,全球對抗新冠的工具之一;不僅如此,許多慢性病患者亦可使用血氧儀,在家中監測自己的血氧濃度。

莫說大家近日也許在用的夾手指式小巧血氧儀,即使較大的醫用血氧儀,面世也只不過40多年,要多得青柳卓雄(Takuo Aoyagi),如果沒有他,這場新冠疫症可能更難熬。

傳統抽血驗血氧 無法即時監測

1936年的情人節,青柳夫婦迎來了自己的孩子卓雄,他在大學電氣工程系畢業後進入了科學儀器公司工作,卻不滿足;除了本科專業,他關心起病人護理,不少疾病或會令患者缺氧,就像今天新冠,有時病人做手術也有機會出現缺氧,因此血氧的實時監測,在臨床醫療救護中非常重要,醫護須不時查看病人血液中有多少氧氣,如果不足得補充。

在那個年代,血氧即時監測沒有好方法,傳統血氧測量是抽血再利用儀器分析,但抽血抽得多也不好,而且這種方法通常要15分鐘以上才知結果,不能即時知道,這種延誤莫說在手術室是致命,即使在病房,缺氧數分鐘已是大件事,抽血驗血氧的最大問題,是不能即時連續監測病人的血氧情況。

血液中的血紅素與氧氣結合,成為攜帶氧氣的血紅素,負責輸送氧氣到人體各部分組織。與氧氣結合後,血紅素吸收光綫的方式變得不同了,與沒有帶氧的血紅素吸收光綫方式不同,帶氧血紅素會吸收較多紅外綫,未攜帶氧氣的血紅素則吸收較多紅光。

夾手指式血氧儀的原理,正是利用不同血紅素吸收不同光譜的特性,將兩種不同波長的光,即紅外綫及紅光照射到指尖,分析穿過手指的光。當血液含氧濃度高時,由於帶氧血紅素會吸收紅外綫,因此紅外綫的吸收會比紅光吸收多;反過來當血液含氧濃度低,紅外綫的吸收就少過紅光的吸收。血氧儀將紅色的濃度數值化,便得出血氧濃度,就是指動脈中帶氧血紅素的比例。

二次大戰期間,夾手指血氧儀未發明,當時是夾耳式,夾着耳垂量,原理則已經有,就是以兩種不同波長的光來測量,在耳朵一邊打兩束光(紅外綫及紅光),在另一邊檢測光綫變化,以測量例如軍方飛行員的血氧狀況。

然而,這種耳朵檢測結果不夠精準,問題是耳朵中除了血液,還有皮膚、脂肪同樣具有吸光性,會干擾結果。為了解決問題,科學家曾嘗試不同辦法,例如同時測量皮膚和脂肪等的吸光度,修正測量結果,但誤差依然不小。

電氣工程轉行搞生理的青柳卓雄,開始尋找更方便且準確檢測血氧濃度的方法,研究耳式血氧儀後轉換思路,在38歲研究出不需要採血、只需將光綫照射耳朵便可測定血氧濃度的新方式,設計出新式血氧儀及相關測量計算法:有別於前人沒有考慮脈搏(心跳率)的因素,他考慮了心臟壓力引起的血液體積變化,來計算血氧濃度。

人的心臟將血液泵到身體各處,脈搏壓足以使動脈擴張,血容量改變,而令光的吸收量改變,青柳卓雄利用脈動引起血液量變化的特性,計算出血液灌注到耳朵皮下組織的動脈血氧濃度。由於這種關係,今天的血氧儀,全名叫脈搏血氧儀(pulse oximeter),亦可以替你測心跳率。

1975年,第一個利用青柳卓雄的方法做的耳夾式脈搏血氧儀面世,根據動脈血液的脈動,測量每個波長的吸光度變化,再計算出血氧濃度,不過它使用燈泡作為光源,且檢測光綫的感測器性能未達理想,改良餘地頗多;兩年後,有日本公司推出世界第一款夾手指式血氧儀,愈來愈多醫療器械公司生產血氧儀銷售,款式愈來愈多,但所有都是基於青柳卓雄的脈搏血氧測定原理。

脈搏血氧儀發明後,諸如重症肺炎、呼吸衰竭、急性哮喘等危及生命的情況,能夠及時被發現,醫學界後來還將血氧儀用於監測接受麻醉的病人。

一直以來,體溫、脈搏、呼吸頻率和血壓,被醫學界視為4種主要生命迹象,直到上世紀80年代末,青柳卓雄開創的脈搏血氧測定技術被廣泛接受後,血氧濃度才有了實時檢測的可能,從而被醫學界納入為病人的「第5生命迹象」指標。

今天血氧設備已經多元化,血氧儀體積愈來愈小、成本愈來愈低,走進全世界病房和手術室,也走入了今天疫下我們的家,多得被譽為「現代血氧測量之父」的青柳卓雄。

傳統血氧測量需要抽血再利用儀器分析,不能即時連續監測病人的血氧情況,多得青柳卓雄(圖)開創脈搏血氧測定技術,血氧濃度才有了實時檢測的可能。

撰文 : 馮兆寧 資深媒體人

欄名 : 放晴

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