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最初的一台血氧饱和仪由Millikan在20世纪40年代开发。它监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例。典型的血氧饱和仪带有两个发光二极管。这两个发光二极管面向病人的待测部位 - 通常是指尖或耳垂。一只二极管释放波长为660纳米的光束，另一只释放905,910或者940纳米。含氧的血红蛋白对这两种波长的吸收率与不含氧的差别很大。利用这个性质，可以计算出两种血红蛋白的比例。测试的过程通常不需要从病人身上抽血。通常的血氧仪也可以显示病人的脉搏。
按照Beer-Lambert定律，比值R/IR与动脉血氧饱和度(SaO2)的函数关系应为线性关系，但由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统〔2～4〕，不完全符合经典的Beer-Lambert定律，因而导致了表达红光和红外光吸光度相对变化测量值(R/IR值)，与动脉血氧饱和度(SaO2)之间关系的数学模型建立困难。只能通过实验的方法来确定R/IR与SaO2的对应关系，即定标曲线。大多数脉搏血氧仪生产厂家都以实验方法获取经验定标曲线以完成产品出厂前的预定标。
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指夹式（指甲式）手掌式脉搏血氧仪的工作原理