Pulsni oksimetar za prst izumio je Millikan 1940-ih kako bi pratio koncentraciju kisika u arterijskoj krvi, što je važan pokazatelj težine COVID-19.Yonker sada objašnjava kako radi pulsni oksimetar na vrhu prsta?
Spektralne apsorpcijske karakteristike biološkog tkiva: Kada se svjetlost ozrači na biološko tkivo, učinak biološkog tkiva na svjetlost može se podijeliti u četiri kategorije, uključujući apsorpciju, raspršenje, refleksiju i fluorescenciju. Ako se isključi raspršenje, udaljenost koju svjetlost prelazi kroz biološko tkivo uglavnom je određena apsorpcijom. Kada svjetlost prodire kroz neke prozirne tvari (krute, tekuće ili plinovite), intenzitet svjetlosti značajno se smanjuje zbog ciljane apsorpcije nekih specifičnih frekvencijskih komponenti, što je fenomen apsorpcije svjetlosti od strane tvari. Količina svjetlosti koju tvar apsorbira naziva se njezina optička gustoća, poznata i kao apsorbancija.
Shematski dijagram apsorpcije svjetlosti materijom. U cijelom procesu širenja svjetlosti, količina svjetlosne energije koju apsorbira materija proporcionalna je trima faktorima: intenzitetu svjetlosti, udaljenosti svjetlosnog puta i broju čestica koje apsorbiraju svjetlost na presjeku svjetlosnog puta. Na temelju homogenog materijala, broj čestica koje apsorbiraju svjetlost na presjeku svjetlosnog puta može se smatrati česticama koje apsorbiraju svjetlost po jedinici volumena, odnosno koncentracija čestica svjetlosti koje apsorbiraju svjetlost u materijalu, može se protumačiti kao koncentracija materijala i duljina optičkog puta po jedinici volumena optičke gustoće, sposobnost materijala da reagira na prirodu svjetlosti koja usisava svjetlost. Drugim riječima, oblik krivulje apsorpcijskog spektra iste tvari je isti, a apsolutni položaj apsorpcijskog vrha mijenjat će se samo zbog različite koncentracije, dok će relativni položaj ostati nepromijenjen. U procesu apsorpcije, apsorpcija svih tvari odvija se u volumenu istog presjeka, a apsorbirajuće tvari nisu međusobno povezane, ne postoje fluorescentni spojevi i ne postoji fenomen promjene svojstava medija zbog svjetlosnog zračenja. Stoga je za otopinu s N apsorpcijskim komponentama optička gustoća aditivna. Aditivnost optičke gustoće pruža teorijsku osnovu za kvantitativno mjerenje apsorpcijskih komponenti u smjesama.
U optici biološkog tkiva, spektralno područje od 600 ~ 1300 nm obično se naziva "prozor biološke spektroskopije", a svjetlost u ovom pojasu ima posebno značenje za mnoge poznate i nepoznate spektralne terapije i spektralne dijagnoze. U infracrvenom području voda postaje dominantna tvar koja apsorbira svjetlost u biološkim tkivima, stoga valna duljina koju usvoji sustav mora izbjegavati apsorpcijski vrh vode kako bi se bolje dobile informacije o apsorpciji svjetlosti ciljane tvari. Stoga, unutar raspona bliskog infracrvenog spektra od 600-950 nm, glavne komponente tkiva ljudskog prsta s kapacitetom apsorpcije svjetlosti uključuju vodu u krvi, O2Hb (oksigenirani hemoglobin), RHb (reducirani hemoglobin) i periferni melanin kože i drugih tkiva.
Stoga, analizom podataka emisijskog spektra možemo dobiti učinkovite informacije o koncentraciji komponente koja se mjeri u tkivu. Dakle, kada imamo koncentracije O2Hb i RHb, znamo zasićenost kisikom.Zasićenost kisikom SpO2je postotak volumena oksigeniranog hemoglobina (HbO2) vezanog za kisik u krvi kao postotak ukupnog vezanog hemoglobina (Hb), koncentracija kisika u krvi puls pa zašto se zove pulsni oksimetar? Evo novog koncepta: pulsni val volumena protoka krvi. Tijekom svakog srčanog ciklusa, kontrakcija srca uzrokuje porast krvnog tlaka u krvnim žilama korijena aorte, što širi stijenku krvne žile. Suprotno tome, dijastola srca uzrokuje pad krvnog tlaka u krvnim žilama korijena aorte, što uzrokuje kontrakciju stijenke krvne žile. Kontinuiranim ponavljanjem srčanog ciklusa, stalna promjena krvnog tlaka u krvnim žilama korijena aorte prenosit će se na nizvodne žile povezane s njom, pa čak i na cijeli arterijski sustav, čime se stvara kontinuirano širenje i kontrakcija cijele arterijske vaskularne stijenke. To jest, periodično kucanje srca stvara pulsne valove u aorti koji se šire naprijed duž stijenki krvnih žila kroz arterijski sustav. Svaki put kada se srce širi i skuplja, promjena tlaka u arterijskom sustavu proizvodi periodični pulsni val. To nazivamo pulsnim valom. Pulsni val može odražavati mnoge fiziološke informacije poput srca, krvnog tlaka i protoka krvi, što može pružiti važne informacije za neinvazivno otkrivanje specifičnih fizičkih parametara ljudskog tijela.
U medicini se pulsni val obično dijeli na dva tipa: pulsni val tlaka i pulsni val volumena. Pulsni val tlaka uglavnom predstavlja prijenos krvnog tlaka, dok pulsni val volumena predstavlja periodične promjene u protoku krvi. U usporedbi s pulsnim valom tlaka, volumetrijski pulsni val sadrži važnije kardiovaskularne informacije poput ljudskih krvnih žila i protoka krvi. Neinvazivno otkrivanje tipičnog pulsnog vala volumena protoka krvi može se postići fotoelektričnim volumetrijskim praćenjem pulsnog vala. Specifični val svjetlosti koristi se za osvjetljavanje mjernog dijela tijela, a snop svjetlosti dopire do fotoelektričnog senzora nakon refleksije ili prijenosa. Primljeni snop će nositi efektivne karakteristične informacije volumetrijskog pulsnog vala. Budući da se volumen krvi periodički mijenja s ekspanzijom i kontrakcijom srca, kada je srce u dijastoli, volumen krvi je najmanji, a apsorpcija svjetlosti u krvi, senzor detektira maksimalni intenzitet svjetlosti; kada se srce kontrahira, volumen je maksimalan, a intenzitet svjetlosti koji detektira senzor minimalan. Kod neinvazivnog otkrivanja vrhova prstiju s pulsnim valom volumena protoka krvi kao izravnim mjernim podacima, odabir mjesta spektralnog mjerenja treba slijediti sljedeća načela.
1. Vene krvnih žila trebale bi biti obilnije, a udio učinkovitih informacija poput hemoglobina i ICG-a u ukupnim materijalnim informacijama u spektru trebao bi se poboljšati.
2. Ima očite karakteristike promjene volumena protoka krvi kako bi učinkovito prikupljao signal pulsnog vala volumena
3. Kako bi se dobio ljudski spektar s dobrom ponovljivošću i stabilnošću, karakteristike tkiva su manje pogođene individualnim razlikama.
4. Spektralnu detekciju je lako provesti i subjekt je lako prihvati, kako bi se izbjegli faktori interferencije poput ubrzanog rada srca i pomicanja položaja mjerenja uzrokovanog stresnom emocijom.
Shematski dijagram raspodjele krvnih žila u ljudskom dlanu. Položaj ruke teško detektira pulsni val, pa nije prikladan za detekciju pulsnog vala volumena protoka krvi; Ručni zglob je blizu radijalne arterije, signal pulsnog vala tlaka je jak, koža lako proizvodi mehaničke vibracije, što može dovesti do signala detekcije, osim pulsnog vala volumena, koji također nosi informacije o pulsu od kože, teško je točno karakterizirati karakteristike promjene volumena krvi, nije prikladan za položaj mjerenja; Iako je dlan jedno od uobičajenih mjesta kliničkog vađenja krvi, njegova kost je deblja od prsta, a amplituda pulsnog vala volumena dlana prikupljenog difuznom refleksijom je niža. Slika 2-5 prikazuje raspodjelu krvnih žila u dlanu. Promatrajući sliku, može se vidjeti da u prednjem dijelu prsta postoje obilne kapilarne mreže, koje mogu učinkovito odražavati sadržaj hemoglobina u ljudskom tijelu. Štoviše, ovaj položaj ima očite karakteristike promjene volumena protoka krvi i idealan je položaj za mjerenje pulsnog vala volumena. Mišićno i koštano tkivo prstiju relativno je tanko, pa je utjecaj pozadinskih interferencijskih informacija relativno mali. Osim toga, vrh prsta je lako izmjeriti, a ispitanik nema psihološkog opterećenja, što pogoduje dobivanju stabilnog spektralnog signala visokog omjera signala i šuma. Ljudski prst sastoji se od kosti, nokta, kože, tkiva, venske krvi i arterijske krvi. U procesu interakcije sa svjetlošću, volumen krvi u perifernoj arteriji prsta mijenja se s otkucajima srca, što rezultira promjenom mjerenja optičkog puta. Dok su ostale komponente konstantne u cijelom procesu svjetlosti.
Kada se određena valna duljina svjetlosti primijeni na epidermu vrha prsta, prst se može smatrati smjesom koja uključuje dva dijela: statičku materiju (optički put je konstantan) i dinamičku materiju (optički put se mijenja s volumenom materijala). Kada tkivo vrha prsta apsorbira svjetlost, fotodetektor prima propuštenu svjetlost. Intenzitet propuštene svjetlosti koju prikuplja senzor očito je smanjen zbog apsorpcije različitih komponenti tkiva ljudskih prstiju. Prema ovoj karakteristici, uspostavljen je ekvivalentni model apsorpcije svjetlosti prsta.
Prikladna osoba:
Pulsni oksimetar na vrh prstaPrikladan je za ljude svih dobnih skupina, uključujući djecu, odrasle, starije osobe, pacijente s koronarnom bolešću srca, hipertenzijom, hiperlipidemijom, cerebralnom trombozom i drugim vaskularnim bolestima te pacijente s astmom, bronhitisom, kroničnim bronhitisom, plućnom bolešću srca i drugim respiratornim bolestima.
Vrijeme objave: 17. lipnja 2022.
