Pulsoksymetr palcowy został wynaleziony przez Millikana w latach czterdziestych XX wieku w celu monitorowania stężenia tlenu we krwi tętniczej, ważnego wskaźnika ciężkości choroby Covid-19.Yonker teraz wyjaśnia, jak działa pulsoksymetr palcowy?
Charakterystyka absorpcji widmowej tkanki biologicznej: Kiedy tkankę biologiczną napromieniowuje się światłem, wpływ tkanki biologicznej na światło można podzielić na cztery kategorie, w tym absorpcję, rozpraszanie, odbicie i fluorescencję. Jeśli wykluczono rozpraszanie, odległość, jaką światło pokonuje przez tkanki biologiczne tkanka podlega głównie procesowi wchłaniania.Kiedy światło przenika przez pewne przezroczyste substancje (stałe, ciekłe lub gazowe), natężenie światła znacznie maleje w wyniku ukierunkowanej absorpcji określonych składowych częstotliwości, co jest zjawiskiem absorpcji światła przez substancje.Ilość światła pochłanianego przez substancję nazywa się jej gęstością optyczną, znaną również jako absorbancja.
Schematyczny diagram absorpcji światła przez materię w całym procesie propagacji światła, ilość energii świetlnej pochłoniętej przez materię jest proporcjonalna do trzech czynników, którymi są natężenie światła, odległość drogi światła i liczba cząstek pochłaniających światło na przekrój drogi światła.Zakładając, że materiał jest jednorodny, liczbę cząstek pochłaniających światło na przekroju poprzecznym można uznać za cząstki pochłaniające światło na jednostkę objętości, a mianowicie stężenie cząstek światła zasysanego przez materiał, można uzyskać prawo Lamberta: można je interpretować jako stężenie materiału i długość ścieżki optycznej na jednostkę objętości gęstości optycznej, zdolność światła ssącego materiału do reagowania na charakter światła zasysanego przez materiał. Innymi słowy, kształt krzywej widma absorpcji tej samej substancji jest taki sam, a położenie bezwzględne pik absorpcji zmieni się tylko ze względu na różne stężenia, ale względna pozycja pozostanie niezmieniona.W procesie absorpcji cała absorpcja substancji odbywa się w objętości tego samego przekroju, a substancje absorbujące nie są ze sobą powiązane, nie występują związki fluorescencyjne i nie występuje zjawisko zmiany właściwości ośrodka pod wpływem promieniowanie świetlne.Dlatego w przypadku roztworu zawierającego składniki absorpcyjne N gęstość optyczna jest addytywna.Addytywność gęstości optycznej stanowi teoretyczną podstawę do ilościowego pomiaru składników absorbentów w mieszaninach.
W biologicznej optyce tkanek obszar widmowy 600 ~ 1300 nm nazywany jest zwykle „oknem spektroskopii biologicznej”, a światło w tym paśmie ma szczególne znaczenie dla wielu znanych i nieznanych terapii spektralnych i diagnostyki spektralnej.W obszarze podczerwieni woda staje się dominującą substancją pochłaniającą światło w tkankach biologicznych, dlatego przyjęta przez system długość fali musi unikać szczytu absorpcji wody, aby lepiej uzyskać informacje o absorpcji światła przez substancję docelową.Dlatego w zakresie widma bliskiej podczerwieni wynoszącym 600–950 nm głównymi składnikami tkanki opuszki palca ludzkiego o zdolności pochłaniania światła są woda we krwi, O2Hb (hemoglobina utleniona), RHb (hemoglobina zredukowana) oraz melanina skóry obwodowej i inne tkanki.
Dlatego też efektywną informację o stężeniu mierzonego składnika w tkance możemy uzyskać analizując dane widma emisyjnego.Zatem gdy mamy stężenia O2Hb i RHb, znamy nasycenie tlenem.Nasycenie tlenem SpO2to procent objętości utlenionej hemoglobiny związanej z tlenem (HbO2) we krwi jako procent całkowitej hemoglobiny wiążącej (Hb), stężenie tlenu we krwi, puls, więc dlaczego nazywa się to pulsoksymetrem?Oto nowa koncepcja: fala pulsacyjna objętości przepływu krwi.Podczas każdego cyklu pracy serca skurcz serca powoduje wzrost ciśnienia krwi w naczyniach krwionośnych korzenia aorty, co powoduje rozszerzenie ścian naczyń krwionośnych.I odwrotnie, rozkurcz serca powoduje spadek ciśnienia krwi w naczyniach krwionośnych korzenia aorty, co powoduje skurcz ściany naczyń krwionośnych.Przy ciągłym powtarzaniu cyklu serca, ciągła zmiana ciśnienia krwi w naczyniach krwionośnych korzenia aorty będzie przenoszona na połączone z nim dalsze naczynia, a nawet na cały układ tętniczy, powodując w ten sposób ciągłe rozszerzanie i kurczenie się cała ściana naczyń tętniczych.Oznacza to, że okresowe bicie serca wytwarza fale tętna w aorcie, które przemieszczają się wzdłuż ścian naczyń krwionośnych w całym układzie tętniczym.Za każdym razem, gdy serce rozszerza się i kurczy, zmiana ciśnienia w układzie tętniczym powoduje okresową falę tętna.Nazywamy to falą tętna.Fala tętna może odzwierciedlać wiele informacji fizjologicznych, takich jak serce, ciśnienie krwi i przepływ krwi, co może dostarczyć ważnych informacji do nieinwazyjnego wykrywania określonych parametrów fizycznych organizmu człowieka.
W medycynie falę tętna dzieli się zwykle na falę tętna ciśnienia i falę tętna objętościowego na dwa typy.Fala tętna ciśnienia reprezentuje głównie transmisję ciśnienia krwi, podczas gdy fala tętna objętości reprezentuje okresowe zmiany w przepływie krwi.W porównaniu z falą tętna ciśnienia, fala tętna wolumetrycznego zawiera ważniejsze informacje dotyczące układu sercowo-naczyniowego, takie jak ludzkie naczynia krwionośne i przepływ krwi.Nieinwazyjne wykrywanie typowej fali tętna przepływu krwi można osiągnąć poprzez fotoelektryczne śledzenie fali tętna wolumetrycznego.Do oświetlenia części pomiarowej ciała wykorzystywana jest określona fala światła, a wiązka po odbiciu lub transmisji dociera do czujnika fotoelektrycznego.Odebrana wiązka będzie zawierać efektywną informację charakterystyczną wolumetrycznej fali impulsowej.Ponieważ objętość krwi zmienia się okresowo wraz z rozszerzaniem i kurczeniem się serca, gdy serce się rozkurcza, objętość krwi jest najmniejsza, absorpcja światła przez krew, czujnik wykrył maksymalne natężenie światła;Kiedy serce się kurczy, objętość jest maksymalna, a natężenie światła wykrywane przez czujnik jest minimalne.W nieinwazyjnej detekcji opuszków palców, w której jako bezpośrednie dane pomiarowe wykorzystuje się falę tętna przepływu krwi, przy wyborze miejsca pomiaru spektralnego należy przestrzegać następujących zasad:
1. Żyły naczyń krwionośnych powinny być bardziej obfite i zwiększyć udział informacji efektywnej, takiej jak hemoglobina i ICG, w całkowitej informacji materialnej w widmie
2. Ma oczywistą charakterystykę zmiany objętości przepływu krwi, aby skutecznie zbierać sygnał fali tętna objętości
3. Aby uzyskać widmo ludzkie o dobrej powtarzalności i stabilności, różnice indywidualne w mniejszym stopniu wpływają na charakterystykę tkanki.
4. Łatwo jest przeprowadzić detekcję widmową i łatwo ją zaakceptować przez obiekt, aby uniknąć czynników zakłócających, takich jak szybkie tętno i ruch pozycji pomiarowej spowodowany emocjami stresowymi.
Schematyczny diagram rozmieszczenia naczyń krwionośnych w ludzkiej dłoni. Położenie ramienia z trudem wykrywa falę tętna, dlatego nie nadaje się do wykrywania fali tętna objętości przepływu krwi;Nadgarstek znajduje się w pobliżu tętnicy promieniowej, sygnał fali tętna ciśnienia jest silny, skóra łatwo wytwarza wibracje mechaniczne, może prowadzić do sygnału detekcji Oprócz fali tętna objętościowego niesie również informacje o pulsie odbicia skóry, jest to trudne do dokładnego scharakteryzować charakterystykę zmiany objętości krwi, nie nadaje się do pozycji pomiarowej;Chociaż dłoń jest jednym z częstych miejsc pobierania krwi w warunkach klinicznych, jej kość jest grubsza niż palec, a amplituda fali tętna w objętości dłoni zebranej w wyniku odbicia rozproszonego jest niższa.Rycina 2-5 przedstawia rozmieszczenie naczyń krwionośnych w dłoni.Obserwując figurę, można zauważyć, że w przedniej części palca znajdują się liczne sieci naczyń włosowatych, które mogą skutecznie odzwierciedlać zawartość hemoglobiny w organizmie człowieka.Co więcej, pozycja ta ma oczywistą charakterystykę zmiany objętości przepływu krwi i jest idealną pozycją pomiaru objętości fali tętna.Tkanki mięśniowe i kostne palców są stosunkowo cienkie, więc wpływ informacji o zakłóceniach tła jest stosunkowo niewielki.Ponadto czubek palca jest łatwy do zmierzenia, a badany nie ma obciążenia psychicznego, co sprzyja uzyskaniu stabilnego sygnału widmowego o wysokim stosunku sygnału do szumu.Ludzki palec składa się z kości, paznokci, skóry, tkanek, krwi żylnej i krwi tętniczej.W procesie interakcji ze światłem objętość krwi w tętnicy obwodowej palca zmienia się wraz z pracą serca, co powoduje zmianę pomiaru drogi optycznej.Natomiast pozostałe składniki są stałe w całym procesie światła.
Kiedy na naskórek opuszki palca zostanie przyłożone światło o określonej długości fali, palec można uznać za mieszaninę składającą się z dwóch części: materii statycznej (droga optyczna jest stała) i materii dynamicznej (ścieżka optyczna zmienia się wraz z objętością palca). materiał).Kiedy światło jest pochłaniane przez tkankę palca, przechodzące światło jest odbierane przez fotodetektor.Natężenie przechodzącego światła zbieranego przez czujnik jest oczywiście osłabione ze względu na wchłanialność różnych składników tkanek palców ludzkich.Zgodnie z tą charakterystyką ustalono równoważny model absorpcji światła palca.
Odpowiednia osoba:
Pulsoksymetr palcowyjest odpowiedni dla osób w każdym wieku, w tym dzieci, dorosłych, osób starszych, pacjentów z chorobą niedokrwienną serca, nadciśnieniem, hiperlipidemią, zakrzepicą mózgu i innymi chorobami naczyniowymi oraz pacjentów z astmą, zapaleniem oskrzeli, przewlekłym zapaleniem oskrzeli, chorobą płuc, serca i innymi chorobami układu oddechowego.
Czas publikacji: 17 czerwca 2022 r
