有多少人想重启2020？自打新冠肺炎袭来，无数人的学业、工作、生活乃至命运都因之改变。其中也包括他。
可是，如果没有他——青柳卓雄，这一场大疫可能会更加难熬。
青柳卓雄（右），图片来源：xtech.nikkei
青柳其人
1936年的情人节，青柳夫妇迎来了自己的孩子，青柳卓雄（Takuo Aoyagi）。
青柳卓雄，图片来源：nihonkohden
青柳夫妇看起来十分普通，他们大约也没有对孩子有什么特别的期待，但事情的发展却超出了所有人的预料。
1958年，儿子青柳卓雄考上了大学，从新潟大学电气工程专业毕业之后，又进入了名企，位于京都市的岛津制作所（shimadzu corporation）。
如此锦绣前程，青柳卓雄却不肯满足。除了本专业，他又瞄向了病人护理。以新冠肺炎为例，病毒会损害病人的呼吸功能；医生和护士必须时时查看病人的动脉血里有多少氧气，如果不足，得想办法补充氧气。
在这个过程中，血氧含量监测找遍全世界也没有好的方法。
颜色的奥秘
为了研究，青柳卓雄加入了贝勒大学（baylor university）举办的培训班，参观全世界最先进的护理病房。但仍没办法连续检测患者的血氧含量。[2]
其实，其他科学家们也并非什么都没做。
第一，他们发明了血气分析仪。[3]采取取病人血样放入仪器，就能知道病人的动脉血中有多少氧气。但是，血气分析仪是个大块头，里面藏着各种各样的电子元件，这样的设备操作起来肯定很不方便，而且，它不能连续监测病人的情况。[4,5]
血气分析仪，图片来源：《The Wondrous Story of Anesthesia》
第二，他们找到了一个非常有希望的方向。
为什么动脉血看起来是鲜红的？因为血红蛋白有着独特的吸光度。富含氧气的动脉血看起来颜色鲜红。[6]
光线，图片来源：commons.wikimedia
败也脉搏
依据血红蛋白的吸光度，诞生了耳式血氧仪。在耳朵上一边打两束光（红光、红外光），在另一边检查光线的变化，就能推测耳部有多少氧合血红蛋白。原理如下：
血氧仪原理，图片来源：作者自制
可惜，耳朵里除了血液还有皮肤、脂肪。这些成分同样具有吸光性，进而对检测结果产生干扰。
耳式血氧仪，图片来源：《The Wondrous Story of Anesthesia》
为了解决这个问题，学者们尝试了很多办法。比如，厄尔·伍德（Earl Howard Wood）的方案：用气球挤压耳朵、把血液都排出去，测量耳朵的基准吸光度，即皮肤和脂肪等组织的吸光度，用以修正测量结果。但是，这个方案误差很大。
伍德，图片来源：Mayo Clinic
病人护理有许多个检测指标，除了血氧含量，心输出量也可以。青柳卓雄决定转换思路，用染料法检测患者的心输出量。往心脏里注入无害的染料，接着同样利用吸光度原理检测有多少染料离开心脏，进而估算心脏喷射出多少血液。
电气工程师转行搞生理，自然有许多困难。青柳卓雄虚心跟同事请教小鼠的实验办法、设法搞来许多能用的仪器，好不容易做出结果来了却十分不理想。
因为脉搏。
成也脉搏
心脏每一次收缩，都有大量的血液进入动脉血管。这些血液可不像平静的河水那样乖巧，而是如海浪一般。血液在血管里分布不均匀，自然会严重影响检测结果——这也是为什么伍德的方案有那么大误差。
青柳卓雄的笔记，图片来源：xtech.nikkei
因为伍德没有考虑脉搏，随着心脏的跳动血液在人体内像波浪一样分布。浪头到达的时候，被检测部位吸光度受什么影响？动脉血、皮肤、脂肪，还可能是骨骼、肌肉、静脉血。浪头离开的时候，被检测部位的吸光度受什么影响？皮肤、脂肪，也可能是骨骼、肌肉、静脉血。
两者一比较就会发现，随着心脏的跳动，唯一会影响检测结果的只有动脉血；而我们想要测量的，恰恰是动脉血中的氧合血红蛋白的含量。因此，只要用浪头处的吸光度减去浪谷处的吸光度，就能得到动脉血的吸光度，进而估算患者的血氧含量。
青柳卓雄发明的血氧仪，图片来源：nihonkohden
尾声
当然，在灵感之后更多的是汗水。青柳卓雄必须找到最合适的光波总结估算公式，甚至改进电子元件。当然，有了思路这些都是可以解决的问题。
1974年，青柳卓雄为自己的发明申请专利。随后，在全世界学者的不断改进之下，脉搏血氧仪体积越来越小，终于变成了我们熟悉的模样。
血氧仪，图片来源：亚马逊
今年的新冠疫情，对世界各国的医疗卫生体系都是一个巨大的考验，如果没有脉搏血氧仪这样小巧、廉价、可以连续检测患者血氧饱和度的设备，也许麻烦会大得多。[8]
我相信，人类最终会战胜新型冠状病毒。可惜，青柳卓雄看不到了。4月24号，全球疫情最吃紧的时候，他溘然长往只留下他的发明继续为我们服务。[9]
讣告，图片来源：日本经济新闻
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参考文献
[1]SCHWARTZ J, HIDA H. Takuo Aoyagi, an Inventor of the Pulse Oximeter, Dies at 84[N/OL]. The New York Times, 2020. https://www.nytimes.com/2020/05/01/science/takuo-aoyagi-an-inventor-of-the-pulse-oximeter-dies-at-84.html.
[2]AOYAGI T. Pulse oximetry: Its invention, theory, and future[J]. Journal of Anesthesia, 2003, 17(4): 259–266. DOI:10.1007/s00540-003-0192-6.
[3]EGER E I, SAIDMAN L J, WESTHORPE R N. The wondrous story of anesthesia[M]//The Wondrous Story of Anesthesia. Springer New York, 2014[2020–07–03]. DOI:10.1007/978-1-4614-8441-7.
[4]沈军, 郑峥. 脉搏血氧饱和度监测在老年慢性心脏疾病患者中的应用[J]. 中国临床医学, 2016, 023(005): 648–650.
[5]衡正军, 肖春玲. 浅议脉搏血氧仪在院前急救中的重要性[J]. 中国医药指南, 2014(31): 198–199.
[6]METER A van, WILLIAMS U, ZAVALA A, et al. Beat to Beat: A Measured Look at the History of Pulse Oximetry[J/OL]. Journal of Anesthesia History, 2017, 3(1): 24–26. https://www.anesthesiahistoryjournal.org/article/S2352-4529(15)30030-X/abstract. DOI:10.1016/j.janh.2016.12.003.
[7] SEVERINGHAUS J W. Takuo Aoyagi: Discovery of Pulse Oximetry:[J/OL]. Anesthesia & Analgesia, 2007, 105(On Line Suppl.): S1–S4. https://journals.lww.com/00000539-200712001-00001. DOI:10.1213/01.ane.0000269514.31660.09.
[8]WHO. 脉搏氧饱和度监护仪的使用[Z](2010).
[9]日本経済新聞. 青柳卓雄氏が死去 日本光電青柳研究室長[EB/OL]([no date]). https://www.nikkei.com/article/DGXMZO58448360U0A420C2CZ8000/.
作者：赵言昌
