还原血红蛋白与氧气结合后变成氧合血红蛋白，还原血红蛋白呈暗红色，氧合血红蛋白呈鲜红色，两者对红光和红外光的吸收不同。
在波长为660nm的红光处，还原血红蛋白对光的吸收比氧合血红蛋白强十倍以上，而在波长为940nm的红外光处，还原血红蛋白对光的吸收则比氧合血红蛋白弱的多。测量660nm的红光和940nm的红外光穿过动脉血管组织后的光强度及其变化，利用光吸收的比率系数即可得到血氧饱和度值。
简言之，血氧仪发射不同波长的光穿过手指，然后再接收这些光，然后通过中央芯片的算法处理换算成血氧值。
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