2026年8月24日，中国人民大学化学与生命资源学院王亚培教授团队，联合首都医科大学附属北京积水潭医院烧伤科、北京丰台右安门医院烧伤整形与创面修复科，在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter & Light上发表了题为“Fiber-optic spectroscopy with machine learning-based analysis for skin oxygen saturation assessment”的研究成果。研究团队构建了不依赖脉搏的光纤光谱血氧评估系统OASIS（Optical Assessment of SpO2 via Intelligent Spectroscopy），为游离皮瓣这类缺乏搏动信号的组织提供连续、定量的氧合评估。论文第一作者为周鸿涛，通讯作者为马英超、陈辉和王亚培。
机器学习辅助的光纤光谱可对非搏动组织给出等效血氧饱和度。
非侵入式探头可采集深层组织光谱，约15%的信号来自皮肤5 mm以上深度。
经过仿体、动物、健康志愿者与皮瓣患者四个层级的验证展示准确性与鲁棒性。
对皮瓣与周围健康组织的区分结果与临床医生的判断一致。
图 1、OASIS与脉搏血氧仪、多普勒超声在皮瓣评估中的对比，以及系统的整体工作流程。
脉搏血氧仪依赖心脏搏动引起的动脉血容积变化，在游离皮瓣这类缺乏搏动、恢复过程中表面相对脆弱的组织上无法给出有效读数。OASIS系统采用卤素光源与Y 型双路光纤探头，在可见与近红外区域采集组织漫反射光谱。该波段内血红蛋白与氧合血红蛋白在805 nm附近存在等吸收点、两侧吸收随氧合呈相反变化，而皮肤与水的背景吸收较弱。在权衡信噪比与探测深度后，光源与探测端的间距定为5 mm，加权平均贡献深度为2.934 ± 0.141 mm，其中15.47%的信号来自5 mm以上深度，可覆盖真皮与皮下血管网。
图 2、OASIS的原理与光学表征：探头结构、血红蛋白吸收特征、光源与探测端间距及仿体厚度对信号强度的影响，以及染料–散射仿体的解耦结果。
光谱经预处理后输入多层感知机（MLP）。在大鼠梯度低氧模型中，OASIS与脉搏血氧仪参考值的R2为0.951，MAE为0.99%；小型猪实验覆盖了人体研究中难以获得的深度低氧区间，在400秒连续低氧诱导中MAE为1.21%，平均偏差为0.194 %。21名志愿者的静息测量MAE为0.64%。最能说明问题的是袖带阻断实验：上臂加压超过收缩压后远端脉搏消失，基于光电容积描记原理的商用血氧仪在100秒阻断期内完全失效，OASIS则完整记录了前臂氧合的下降与释放后的快速回升。此外，系统还与基于近红外光谱技术（NIRS）的组织血氧仪进行了对比，两者均能检测到由于加压阻断而导致的氧合情况的变化。SHAP分析表明，模型主要依据光谱形态特征做出判断，色素沉着虽影响原始光谱响应，但未影响预测精度。
图 3、健康志愿者实验：SHAP特征贡献分析、静息状态对比、屏气循环追踪与袖带阻断测试。
研究在6名接受不同区域皮瓣重建的患者身上采集了7137条光谱，部位涵盖颈部、前臂、大腿、小腿和足部。五例成活皮瓣的等效SpO2平均略高于周围健康组织，与血管吻合建立后术后早期反应性充血的生理机制相符。在一例足部皮瓣患者中，OASIS识别出一处等效SpO2明显低于同一皮瓣其他区域及健康皮肤的局部区域，该区域正是医师判定的缺血区，后续进展为坏死。对一名颈部皮瓣患者的随访覆盖术前1天至术后第7天，曲线完整呈现了从术后早期充血到回归稳定生理状态的过程。
图 4、五例患者的临床皮瓣监测：不同部位的皮瓣与健康皮肤对比、足部皮瓣缺血区的识别，以及颈部皮瓣的围手术期纵向随访。
这项工作将光纤光谱系统与机器学习分析结合，构建了一套面向非搏动皮肤组织的床旁等效血氧评估系统，并在仿体、动物、健康志愿者和患者四个层级上完成了性能与可行性验证。在袖带阻断和临床皮瓣监测这两类脉搏信号缺失的场景中，系统仍能给出连续、稳定的读数，其临床输出与医师评估相符。作者指出，这一思路还能拓展到糖尿病足溃疡的早期缺血评估、创面愈合监测，以及骨筋膜室综合征等常规血氧设备难以监测的情形。
原文刊载于Cell Press细胞出版社
旗下期刊Matter & Light，
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Fiber-optic spectroscopy with machine learning-based analysis for skin oxygen saturation assessment
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S311758482600092X
https://doi.org/10.1016/j.matlit.2026.100092
