Prstni pulzni oksimeter je izumil Millikan v štiridesetih letih 20. stoletja za spremljanje koncentracije kisika v arterijski krvi, ki je pomemben pokazatelj resnosti COVID-19.Yonker zdaj pojasnjuje, kako deluje pulzni oksimeter na konici prsta?
Spektralne absorpcijske značilnosti biološkega tkiva: Ko je svetloba obsevana v biološkem tkivu, lahko učinek biološkega tkiva na svetlobo razdelimo v štiri kategorije, vključno z absorpcijo, sipanjem, odbojem in fluorescenco. Če je sipanje izključeno, je razdalja, ki jo svetloba prepotuje skozi biološke tkivo v glavnem ureja absorpcija.Ko svetloba prodre skozi nekatere prosojne snovi (trdne, tekoče ali plinaste), se jakost svetlobe bistveno zmanjša zaradi ciljne absorpcije nekaterih specifičnih frekvenčnih komponent, kar je pojav absorpcije svetlobe v snoveh.Koliko svetlobe snov absorbira, se imenuje njena optična gostota, znana tudi kot absorbanca.
Shematski diagram absorpcije svetlobe s strani snovi v celotnem procesu širjenja svetlobe, količina svetlobne energije, ki jo absorbira snov, je sorazmerna s tremi dejavniki, ki so jakost svetlobe, razdalja svetlobne poti in število delcev, ki absorbirajo svetlobo na presek svetlobne poti.Na predpostavki homogenega materiala lahko svetlobno pot števila delcev, ki absorbirajo svetlobo, na prečnem prerezu obravnavamo kot delce, ki absorbirajo svetlobo, na enoto volumna, in sicer koncentracijo svetlobnih delcev, ki absorbirajo svetlobo, lahko dobimo Lambertov Beerov zakon: lahko razlagamo kot koncentracijo materiala in dolžina optične poti na enoto prostornine optične gostote, sposobnost sesalne svetlobe materiala, da se odzove na naravo sesalne svetlobe materiala. Z drugimi besedami, oblika krivulje absorpcijskega spektra iste snovi je enaka in absolutni položaj absorpcijski vrh se bo spremenil le zaradi različne koncentracije, relativni položaj pa bo ostal nespremenjen.V procesu absorpcije absorpcija snovi poteka v prostornini istega odseka, absorbcijske snovi pa med seboj niso povezane in ne obstajajo fluorescentne spojine in ni pojava spreminjanja lastnosti medija zaradi svetlobno sevanje.Zato je za raztopino z N absorpcijskimi komponentami optična gostota aditivna.Aditivnost optične gostote zagotavlja teoretično osnovo za kvantitativno merjenje vpojnih komponent v mešanicah.
V optiki bioloških tkiv se spektralno območje 600 ~ 1300 nm običajno imenuje "okno biološke spektroskopije" in svetloba v tem pasu ima poseben pomen za številne znane in neznane spektralne terapije in spektralne diagnoze.V infrardečem območju voda postane prevladujoča snov, ki absorbira svetlobo v bioloških tkivih, zato se mora valovna dolžina, ki jo sprejme sistem, izogniti vrhu absorpcije vode, da bi bolje pridobili informacije o absorpciji svetlobe ciljne snovi.Zato v območju bližnjega infrardečega spektra od 600 do 950 nm glavne sestavine tkiva konice človeškega prsta z zmožnostjo absorpcije svetlobe vključujejo vodo v krvi, O2Hb (oksigeniran hemoglobin), RHb (zmanjšan hemoglobin) ter melanin periferne kože in druga tkiva.
Zato lahko z analizo podatkov emisijskega spektra pridobimo učinkovito informacijo o koncentraciji komponente, ki jo merimo v tkivu.Torej, ko imamo koncentraciji O2Hb in RHb, poznamo nasičenost s kisikom.Nasičenost s kisikom SpO2je odstotek volumna na kisik vezanega oksigeniranega hemoglobina (HbO2) v krvi kot odstotek skupnega vezave hemoglobina (Hb), koncentracija kisika v krvi impulz, zakaj se torej imenuje pulzni oksimeter?Tukaj je nov koncept: volumen krvnega pretoka pulzni val.Med vsakim srčnim ciklom krčenje srca povzroči zvišanje krvnega tlaka v krvnih žilah korena aorte, kar razširi steno krvnih žil.Nasprotno pa diastola srca povzroči padec krvnega tlaka v krvnih žilah korena aorte, kar povzroči krčenje žilne stene.Z nenehnim ponavljanjem srčnega cikla se nenehna sprememba krvnega tlaka v krvnih žilah korena aorte prenese na spodnje žile, ki so z njim povezane, in celo na celoten arterijski sistem, s čimer se oblikuje nenehno širjenje in krčenje aortne korenine. celotno arterijsko žilno steno.To pomeni, da občasno bitje srca ustvarja pulzne valove v aorti, ki valovijo naprej vzdolž sten krvnih žil po celotnem arterijskem sistemu.Vsakič, ko se srce razširi in skrči, sprememba tlaka v arterijskem sistemu povzroči periodični pulzni val.Temu pravimo pulzni val.Pulzni val lahko odraža številne fiziološke informacije, kot so srce, krvni tlak in pretok krvi, kar lahko zagotovi pomembne informacije za neinvazivno odkrivanje specifičnih fizičnih parametrov človeškega telesa.
V medicini se pulzni val običajno deli na dve vrsti tlačnega pulznega vala in volumskega pulznega vala.Tlačni pulzni val v glavnem predstavlja prenos krvnega tlaka, volumski pulzni val pa periodične spremembe krvnega pretoka.V primerjavi s tlačnim pulznim valom volumetrični pulzni val vsebuje pomembnejše kardiovaskularne informacije, kot so človeške krvne žile in pretok krvi.Neinvazivno zaznavanje tipičnega volumskega pulznega vala krvnega pretoka je mogoče doseči s fotoelektričnim volumetričnim sledenjem pulznega vala.Za osvetlitev merilnega dela telesa se uporablja specifičen val svetlobe, žarek pa po odboju ali transmisiji doseže fotoelektrični senzor.Prejeti žarek bo nosil učinkovito karakteristično informacijo volumetričnega pulznega vala.Ker se volumen krvi občasno spreminja s širitvijo in krčenjem srca, ko je srčna diastola, je volumen krvi najmanjši, absorpcija svetlobe v krvi, senzor zazna največjo intenzivnost svetlobe;Ko se srce skrči, je glasnost največja, intenzivnost svetlobe, ki jo zazna senzor, pa minimalna.Pri neinvazivni detekciji konic prstov z pulznim valom volumna krvnega pretoka kot neposrednim merilnim podatkom mora izbira mesta spektralne meritve slediti naslednjim načelom
1. Žile krvnih žil bi morale biti bolj bogate, delež učinkovitih informacij, kot sta hemoglobin in ICG, v skupnih materialnih informacijah v spektru pa je treba izboljšati
2. Ima očitne značilnosti spreminjanja volumna pretoka krvi za učinkovito zbiranje volumskega signala pulznega vala
3. Za pridobitev človeškega spektra z dobro ponovljivostjo in stabilnostjo individualne razlike manj vplivajo na značilnosti tkiva.
4. Enostavno je izvesti spektralno zaznavanje in subjekt ga zlahka sprejme, da se izognete motečim dejavnikom, kot sta hiter srčni utrip in gibanje položaja merjenja, ki ga povzroči stresno čustvo.
Shematski diagram porazdelitve krvnih žil v človeški dlani Položaj roke komajda zazna pulzni val, zato ni primeren za zaznavanje pulznega vala volumna pretoka krvi;Zapestje je blizu radialne arterije, signal tlačnega pulznega vala je močan, koža je enostavna za ustvarjanje mehanskih vibracij, lahko vodi do zaznavnega signala poleg volumskega pulznega vala nosi tudi informacije o pulzu odseva kože, težko je natančno določiti karakterizira značilnosti spremembe volumna krvi, ni primeren za položaj merjenja;Čeprav je dlan eno od pogostih kliničnih mest za odvzem krvi, je njena kost debelejša od prsta in amplituda pulznega vala volumna dlani, zbranega z difuznim odbojem, je nižja.Slika 2-5 prikazuje razporeditev krvnih žil v dlani.Če opazujemo sliko, je razvidno, da so v sprednjem delu prsta obilne kapilarne mreže, ki lahko učinkovito odražajo vsebnost hemoglobina v človeškem telesu.Poleg tega ima ta položaj očitne značilnosti spremembe volumna krvnega pretoka in je idealen položaj merjenja volumskega pulznega vala.Mišična in kostna tkiva prstov so relativno tanka, zato je vpliv informacij o motnjah v ozadju relativno majhen.Poleg tega je konico prsta enostavno izmeriti in subjekt nima psihološke obremenitve, kar je ugodno za pridobitev stabilnega spektralnega signala z visokim razmerjem med signalom in šumom.Človeški prst je sestavljen iz kosti, nohta, kože, tkiva, venske in arterijske krvi.V procesu interakcije s svetlobo se volumen krvi v prstni periferni arteriji spreminja z utripanjem srca, kar povzroči spremembo meritve optične poti.Medtem ko so druge komponente konstantne v celotnem procesu svetlobe.
Ko se določena valovna dolžina svetlobe nanaša na povrhnjico konice prsta, lahko prst obravnavamo kot mešanico dveh delov: statično snov (optična pot je konstantna) in dinamično snov (optična pot se spreminja z volumnom material).Ko svetlobo absorbira tkivo konice prsta, prepuščeno svetlobo sprejme fotodetektor.Intenzivnost prepuščene svetlobe, ki jo zbere senzor, je očitno oslabljena zaradi vpojnosti različnih komponent tkiva človeških prstov.Glede na to značilnost je vzpostavljen enakovredni model absorpcije svetlobe prstov.
Primerna oseba:
Pulzni oksimeter na konici prstaje primerna za ljudi vseh starosti, vključno z otroki, odraslimi, starejšimi, bolniki s koronarno boleznijo, hipertenzijo, hiperlipidemijo, možgansko trombozo in drugimi žilnimi boleznimi ter bolniki z astmo, bronhitisom, kroničnim bronhitisom, pljučno srčno boleznijo in drugimi boleznimi dihal.
Čas objave: 17. junij 2022
