Пальцевий пульсоксиметр був винайдений Мілліканом у 1940-х роках для моніторингу концентрації кисню в артеріальній крові, важливого показника тяжкості COVID-19.Йонкер тепер пояснює, як працює пульсоксиметр пальця?
Характеристики спектрального поглинання біологічної тканини. Коли світло випромінюється на біологічну тканину, вплив біологічної тканини на світло можна розділити на чотири категорії, включаючи поглинання, розсіювання, відображення та флуоресценцію. Якщо розсіювання виключено, відстань, яку світло проходить через біологічну тканину тканина в основному регулюється поглинанням. Коли світло проникає через деякі прозорі речовини (тверді, рідкі або газоподібні), інтенсивність світла значно зменшується через цілеспрямоване поглинання деяких специфічних частотних компонентів, що є явищем поглинання світла речовинами. Кількість світла, що поглинає речовина, називається її оптичною густиною, також відомою як поглинання.
Схема поглинання світла речовиною в усьому процесі розповсюдження світла, кількість світлової енергії, поглиненої речовиною, пропорційна трьом факторам, якими є інтенсивність світла, відстань шляху світла та кількість світлопоглинаючих частинок на поперечний переріз шляху світла. Виходячи з однорідного матеріалу, кількість світлопоглинаючих частинок на поперечному перерізі можна розглядати як світлопоглинаючі частинки на одиницю об’єму, а саме концентрацію легких частинок, що всмоктують матеріал, можна отримати за законом Ламберта Бера: можна інтерпретувати як концентрацію матеріалу та довжина оптичного шляху на одиницю об’єму оптичної щільності, здатність всмоктуваного світла матеріалу реагувати на природу всмоктуваного світла матеріалу. Іншими словами, форма кривої спектру поглинання тієї самої речовини є однаковим, і абсолютне положення піку поглинання зміниться лише через різну концентрацію, але відносне положення залишиться незмінним. У процесі поглинання поглинання речовин відбувається в об’ємі однієї секції, і поглинаючі речовини не пов’язані між собою, не існує флуоресцентних сполук, і немає явища зміни властивостей середовища через світлове випромінювання. Отже, для розчину з N компонентами поглинання оптична густина є адитивною. Адитивність оптичної щільності забезпечує теоретичну основу для кількісного вимірювання абсорбуючих компонентів у сумішах.
В оптиці біологічних тканин спектральну область 600 ~ 1300 нм зазвичай називають «вікном біологічної спектроскопії», і світло в цій смузі має особливе значення для багатьох відомих і невідомих спектральної терапії та спектральної діагностики. В інфрачервоному діапазоні вода стає домінуючою світлопоглинаючою речовиною в біологічних тканинах, тому довжина хвилі, прийнята системою, повинна уникати піку поглинання води, щоб краще отримати інформацію про поглинання світла цільовою речовиною. Тому в ближньому інфрачервоному діапазоні спектру 600-950 нм основні компоненти тканини кінчика пальця людини зі здатністю поглинати світло включають воду в крові, O2Hb (кисневий гемоглобін), RHb (відновлений гемоглобін) і меланін периферичної шкіри та інші тканини.
Таким чином, ми можемо отримати ефективну інформацію про концентрацію вимірюваного компонента в тканині, аналізуючи дані спектру випромінювання. Отже, коли ми маємо концентрації O2Hb і RHb, ми знаємо насичення киснем.Насичення киснем SpO2це відсоток об’єму пов’язаного з киснем оксигенованого гемоглобіну (HbO2) у крові як відсоток від загального зв’язування гемоглобіну (Hb), концентрація кисню в крові, пульс, чому його називають пульсоксиметром? Ось нове поняття: об’єм кровотоку, пульсова хвиля. Під час кожного серцевого циклу скорочення серця викликає підвищення артеріального тиску в кровоносних судинах кореня аорти, що розширює стінку кровоносної судини. І навпаки, діастола серця спричиняє падіння артеріального тиску в кровоносних судинах кореня аорти, що призводить до скорочення стінки кровоносної судини. При безперервному повторенні серцевого циклу постійна зміна кров'яного тиску в кровоносних судинах кореня аорти буде передаватися на сполучені з ним нижчі судини і навіть на всю артеріальну систему, таким чином формуючи безперервне розширення і звуження аорти. всієї стінки артеріальних судин. Тобто періодичні удари серця створюють пульсові хвилі в аорті, які пливуть уздовж стінок кровоносних судин по всій артеріальній системі. Кожного разу, коли серце розширюється і стискається, зміна тиску в артеріальній системі викликає періодичну пульсову хвилю. Це те, що ми називаємо пульсовою хвилею. Пульсова хвиля може відображати багато фізіологічної інформації, такої як серце, артеріальний тиск і кровотік, що може надати важливу інформацію для неінвазивного виявлення конкретних фізичних параметрів людського тіла.
У медицині пульсову хвилю зазвичай поділяють на два типи пульсової хвилі тиску та пульсової хвилі об’єму. Пульсова хвиля тиску в основному відображає передачу артеріального тиску, тоді як пульсова хвиля об’єму відображає періодичні зміни кровотоку. Порівняно з пульсовою хвилею тиску, об’ємна пульсова хвиля містить більш важливу серцево-судинну інформацію, таку як кровоносні судини людини та кровотік. Неінвазивне виявлення типової об’ємної пульсової хвилі кровотоку може бути досягнуто за допомогою фотоелектричного об’ємного відстеження пульсової хвилі. Спеціальна хвиля світла використовується для освітлення вимірюваної частини тіла, і промінь досягає фотоелектричного датчика після відбиття або передачі. Отриманий промінь буде нести ефективну характеристичну інформацію об'ємної пульсової хвилі. Оскільки об'єм крові періодично змінюється з розширенням і скороченням серця, коли серцева діастола, об'єм крові є найменшим, поглинання кров'ю світла, датчик виявив максимальну інтенсивність світла; Коли серце скорочується, гучність максимальна, а інтенсивність світла, яку виявляє датчик, мінімальна. При неінвазивному виявленні кінчиків пальців із пульсовою хвилею об’єму кровотоку як прямих даних вимірювання вибір місця спектрального вимірювання має відповідати наступним принципам
1. Вени кровоносних судин мають бути більш багатими, а частка ефективної інформації, такої як гемоглобін та ICG, у загальній матеріальній інформації в спектрі має бути покращена
2. Він має очевидні характеристики зміни об’єму кровотоку для ефективного збору об’ємного сигналу пульсової хвилі
3. Щоб отримати людський спектр із хорошою повторюваністю та стабільністю, на характеристики тканин менше впливають індивідуальні відмінності.
4. Виконувати спектральне виявлення легко, і його легко прийняти об’єктом, щоб уникнути факторів перешкод, таких як прискорене серцебиття та рух позиції вимірювання, спричинені емоцією стресу.
Схематичний малюнок розподілу кровоносних судин на долоні людини Положення руки навряд чи може виявити пульсову хвилю, тому воно не підходить для виявлення пульсової хвилі об’єму кровотоку; Зап’ястя знаходиться поблизу променевої артерії, сигнал пульсової хвилі тиску сильний, шкіра легко виробляти механічну вібрацію, може призвести до сигналу виявлення на додаток до об’ємної пульсової хвилі також передавати інформацію про пульс відбиття шкіри, це важко точно характеризують особливості зміни об'єму крові, не підходить для вимірювання положення; Хоча долоня є одним із поширених клінічних місць взяття крові, її кістка товща за палець, а амплітуда пульсової хвилі об’єму долоні, зібрана шляхом дифузного відбиття, нижча. На малюнку 2-5 показано розподіл кровоносних судин на долоні. Спостерігаючи за малюнком, видно, що в передній частині пальця є рясні капілярні сітки, які можуть ефективно відображати вміст гемоглобіну в організмі людини. Крім того, це положення має очевидні характеристики зміни об’єму кровотоку та є ідеальним положенням для вимірювання об’ємної пульсової хвилі. М'язові та кісткові тканини пальців відносно тонкі, тому вплив фонової інформації про перешкоди відносно невеликий. Крім того, кінчик пальця легко вимірювати, і суб'єкт не має психологічного навантаження, що сприяє отриманню стабільного спектрального сигналу з високим співвідношенням сигнал/шум. Палець людини складається з кістки, нігтя, шкіри, тканин, венозної крові та артеріальної крові. У процесі взаємодії зі світлом об'єм крові в периферичній артерії пальця змінюється разом із серцебиттям, що призводить до зміни вимірювання оптичного шляху. У той час як інші компоненти є постійними у всьому процесі світла.
Коли певна довжина хвилі світла подається на епідерміс кінчика пальця, палець можна розглядати як суміш, що включає дві частини: статичну матерію (оптичний шлях постійний) і динамічну матерію (оптичний шлях змінюється з об’ємом матеріал). Коли світло поглинається тканиною кінчика пальця, пропущене світло приймається фотодетектором. Інтенсивність світла, що проходить, зібраного датчиком, очевидно, послаблюється через здатність до поглинання різних тканинних компонентів людських пальців. За цією характеристикою встановлено еквівалентну модель світлопоглинання пальця.
Відповідна особа:
Пальцевий пульсоксиметрпідходить для людей будь-якого віку, включаючи дітей, дорослих, людей похилого віку, пацієнтів з ішемічною хворобою серця, гіпертонією, гіперліпідемією, церебральним тромбозом та іншими судинними захворюваннями, а також пацієнтів з астмою, бронхітом, хронічним бронхітом, легеневим серцем та іншими захворюваннями органів дихання.
Час публікації: 17 червня 2022 р
