산소포화도 측정기의 작동 원리

산소포화도란 무엇인가

산소포화도는 우리 몸의 혈액 속에 포함된 산소의 농도를 나타내는 중요한 생리학적 지표다. 일반적으로는 SpO2(Peripheral capillary oxygen saturation)라는 용어로 표기되며, 혈액 내의 헤모글로빈이 산소와 결합한 비율을 백분율로 표현한다. 건강한 사람의 경우 SpO2 수치는 대개 95% 이상을 유지하며, 이 수치가 90% 이하로 떨어질 경우에는 저산소증이 의심된다. 특히 호흡기 질환, 심혈관계 이상, 마취 중 환자의 상태를 확인할 때 산소포화도는 실시간으로 모니터링되어야 하는 핵심 생체 신호 중 하나다. Pulse Oximeter(산소포화도 측정기)는 이 수치를 빠르고 비침습적으로 측정할 수 있도록 개발된 장비로, 최근에는 병원뿐 아니라 가정용, 웨어러블 기기에도 널리 탑재되고 있다. 산소포화도는 단순한 숫자 이상으로, 생명 유지에 직결된 지표이며, 그 원리를 이해하는 것은 생체 측정 기술에 대한 통찰을 제공한다.

 

광학 센서의 구조

Pulse Oximeter는 광학 기술을 기반으로 동작하는 장비다. 기본적으로는 두 개의 발광 다이오드(LED)와 하나의 광센서(포토다이오드)로 구성되어 있다. 이 장치는 손가락, 귀, 발가락 등 피부가 얇고 혈류가 풍부한 부위에 부착되어 사용된다. 두 개의 LED는 서로 다른 파장의 빛을 방출하는데, 일반적으로 하나는 적색광(약 660nm), 다른 하나는 적외선(약 940nm)을 사용한다. 이 빛은 피부를 통과해 혈관을 지나며 반대편의 광센서에 도달한다. 이때 혈액 내의 산소결합헤모글로빈(Oxyhemoglobin, HbO2)과 탈산소헤모글로빈(Deoxyhemoglobin, Hb)은 각각의 파장에 대해 다른 흡광도를 가진다. 예를 들어, 산소가 결합된 헤모글로빈은 적외선을 더 많이 통과시키고, 탈산소 헤모글로빈은 적색광을 더 많이 흡수한다. 광센서는 이 빛의 세기를 감지하여, 두 파장에서의 흡수율을 비교 분석한다. 이 비교값을 통해 전체 헤모글로빈 중 산소가 결합된 비율, 즉 산소포화도를 계산하게 된다.

 

 

측정 원리의 핵심

Pulse Oximeter가 단순히 빛의 흡수량만 측정하는 것은 아니다. 이 장치는 맥박이 뛰는 순간에만 변화하는 신호를 감지하여 산소포화도를 계산하는 방식으로 동작한다. 사람의 맥박은 심장이 수축할 때마다 일시적으로 손끝의 혈류량이 증가하고, 이로 인해 광 흡수량도 순간적으로 변한다. 측정기는 이 맥박성 변화(AC 성분)와 맥박 이외의 안정적인 광 흡수값(DC 성분)을 구분하여 분석한다. 두 파장에서의 AC/DC 비율을 계산하고, 이를 바탕으로 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 SpO2 값을 도출한다. 이러한 방식은 간접적인 산소포화도 측정이지만, 매우 정밀하고 빠르며, 피부를 절개하거나 혈액을 채취할 필요가 없다는 점에서 큰 장점을 가진다. 다만 이 방식은 주변광 간섭, 손의 움직임, 피부색, 저체온 등 외부 조건에 영향을 받을 수 있어 정확한 측정을 위해 안정된 상태가 필요하다. 최근에는 이러한 변수를 자동으로 보정하는 알고리즘이 탑재되어 정확도가 더욱 향상되고 있다.

 

산소포화도 측정기의 기술 발전

산소포화도 측정기는 의료현장에서 다양한 목적으로 사용된다. 수술 중 마취 환자의 호흡 상태 모니터링, 중환자의 호흡 보조기 관리, 폐질환 환자의 산소 치료 효과 확인 등에 필수적으로 활용된다. 특히 코로나19 팬데믹 이후 저산소증 초기 진단을 위한 가정용 Pulse Oximeter 수요가 폭발적으로 증가했으며, 일반 가정에서도 상비 의료기기로 자리잡았다. 기술적으로는 웨어러블 기기와의 통합이 빠르게 진행되고 있다. 스마트워치, 피트니스 트래커에도 산소포화도 측정 기능이 탑재되며, 수면 중 무호흡 상태나 고산지대 체류 시의 산소 부족 상황을 실시간으로 감지할 수 있게 되었다. 또한, 인공지능과 연계된 분석 시스템이 발전하면서, 단순 수치 제공을 넘어 경고 알림, 패턴 분석, 장기적인 건강 관리까지 가능해지고 있다. 이처럼 산소포화도 측정기는 단순한 센서를 넘어 생체신호 통합 플랫폼으로 진화하고 있으며, 향후에는 다른 생체 데이터와 함께 연동되어 더 정밀한 건강 모니터링 체계를 구축할 수 있을 것으로 기대된다.