Pulsni oksimetar na vrhu prsta izumio je Millikan 1940-ih za praćenje koncentracije kisika u arterijskoj krvi, važnog pokazatelja ozbiljnosti COVID-19.Yonker sada objašnjava kako radi pulsni oksimetar na vrhu prsta?
Spektralne karakteristike apsorpcije biološkog tkiva: Kada se svjetlost dovede do biološkog tkiva, učinak biološkog tkiva na svjetlost može se podijeliti u četiri kategorije, uključujući apsorpciju, raspršenje, refleksiju i fluorescenciju. Ako se raspršenje isključi, udaljenost koju svjetlost putuje kroz biološke tkivo je uglavnom regulirano apsorpcijom. Kada svjetlost prodre kroz neke prozirne tvari (krute, tekuće ili plinovite), intenzitet svjetlosti značajno opada zbog ciljane apsorpcije nekih specifičnih frekvencijskih komponenti, što je fenomen apsorpcije svjetlosti od strane tvari. Koliko svjetlosti tvar apsorbira naziva se njezina optička gustoća, također poznata kao apsorbancija.
Shematski dijagram apsorpcije svjetlosti od strane tvari u cijelom procesu širenja svjetlosti, količina svjetlosne energije koju apsorbira tvar proporcionalna je tri faktora, a to su intenzitet svjetlosti, udaljenost puta svjetlosti i broj čestica koje apsorbiraju svjetlost na presjek puta svjetlosti. Na premisi homogenog materijala, broj puteva svjetlosti čestica koje apsorbiraju svjetlost na poprečnom presjeku mogu se smatrati česticama koje apsorbiraju svjetlost po jedinici volumena, odnosno koncentracija laganih čestica usisnog materijala, može dobiti Lambertov Beerov zakon: može se tumačiti kao koncentracija materijala i duljina optičkog puta po jedinici volumena optičke gustoće, sposobnost usisne svjetlosti materijala da odgovori na prirodu usisne svjetlosti materijala. Drugim riječima, oblik krivulje apsorpcijskog spektra iste tvari je isti, a apsolutni položaj vrh apsorpcije će se promijeniti samo zbog različite koncentracije, ali će relativni položaj ostati nepromijenjen. U procesu apsorpcije, apsorpcija svih tvari odvija se u volumenu istog odjeljka, a apsorbirajuće tvari nisu međusobno povezane, ne postoje fluorescentni spojevi i nema pojave promjene svojstava medija zbog svjetlosno zračenje. Stoga je za otopinu s apsorpcijskim komponentama N optička gustoća aditivna. Aditivnost optičke gustoće daje teoretsku osnovu za kvantitativno mjerenje upijajućih komponenti u smjesama.
U optici bioloških tkiva, spektralno područje od 600 ~ 1300 nm obično se naziva "prozor biološke spektroskopije", a svjetlost u ovom pojasu ima poseban značaj za mnoge poznate i nepoznate spektralne terapije i spektralne dijagnoze. U infracrvenom području voda postaje dominantna tvar koja apsorbira svjetlost u biološkim tkivima, tako da valna duljina koju usvaja sustav mora izbjeći vrh apsorpcije vode kako bi se bolje dobile informacije o apsorpciji svjetlosti ciljne tvari. Stoga, unutar raspona bliskog infracrvenog spektra od 600-950 nm, glavne komponente tkiva vrha ljudskog prsta s kapacitetom apsorpcije svjetlosti uključuju vodu u krvi, O2Hb (oksigenirani hemoglobin), RHb (reducirani hemoglobin) i melanin periferne kože i druga tkiva.
Stoga možemo dobiti učinkovitu informaciju o koncentraciji komponente koja se mjeri u tkivu analizom podataka spektra emisije. Dakle, kada imamo koncentracije O2Hb i RHb, znamo zasićenje kisikom.Zasićenost kisikom SpO2je postotak volumena kisikom vezanog oksigeniranog hemoglobina (HbO2) u krvi kao postotak ukupnog vezanog hemoglobina (Hb), koncentracija kisika u krvi puls pa zašto se zove pulsni oksimetar? Evo novog koncepta: volumen protoka krvi pulsni val. 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 prenijet će se na nizvodne žile koje su s njim povezane, pa čak i na cijeli arterijski sustav, tvoreći tako kontinuirano širenje i skupljanje cijeli arterijski vaskularni zid. To jest, povremeni otkucaji srca stvaraju pulsne valove u aorti koji se mreškaju prema naprijed duž stijenki krvnih žila u cijelom arterijskom sustavu. Svaki put kad se srce širi i skuplja, promjena tlaka u arterijskom sustavu proizvodi periodični pulsni val. To je ono što nazivamo pulsnim valom. Pulsni val može odražavati mnoge fiziološke informacije kao što su srce, krvni tlak i protok krvi, što može pružiti važne informacije za neinvazivno otkrivanje specifičnih fizičkih parametara ljudskog tijela.
U medicini se pulsni val obično dijeli na dva tipa tlačnog pulsnog vala i volumenskog pulsnog vala. Tlačni pulsni val uglavnom predstavlja prijenos krvnog tlaka, dok volumenski pulsni val predstavlja periodične promjene protoka krvi. U usporedbi s tlačnim pulsnim valom, volumetrijski pulsni val sadrži važnije informacije o kardiovaskularnom sustavu kao što su ljudske krvne žile i protok krvi. Neinvazivna detekcija tipičnog volumenskog pulsnog vala protoka krvi može se postići fotoelektričnim volumetrijskim praćenjem pulsnog vala. Za osvjetljavanje mjernog dijela tijela koristi se određeni val svjetlosti, a zraka nakon refleksije ili transmisije dolazi do fotoelektričnog senzora. Primljeni snop nosit će učinkovitu karakterističnu informaciju volumetrijskog pulsnog vala. Budući da se volumen krvi povremeno mijenja s ekspanzijom i kontrakcijom srca, kada je dijastola srca, volumen krvi je najmanji, krvna apsorpcija svjetlosti, senzor je otkrio maksimalni intenzitet svjetlosti; Kada se srce steže, glasnoća je maksimalna, a intenzitet svjetlosti koji detektira senzor minimalan. U neinvazivnoj detekciji 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 kao što su hemoglobin i ICG u ukupnim materijalnim informacijama u spektru trebao bi se poboljšati
2. Ima očite karakteristike promjene volumena protoka krvi za učinkovito prikupljanje signala volumena pulsnog vala
3. Kako bi se dobio ljudski spektar s dobrom ponovljivošću i stabilnošću, na karakteristike tkiva manje utječu individualne razlike.
4. Lako je izvesti spektralnu detekciju i subjekt ju je lako prihvatiti, kako bi se izbjegli čimbenici smetnji kao što su brzi otkucaji srca i pomicanje položaja mjerenja uzrokovano stresnom emocijom.
Shematski dijagram distribucije krvnih žila u ljudskom dlanu Položaj ruke teško može detektirati pulsni val, stoga nije prikladan za detekciju volumena protoka krvi pulsni val; Zglob je u blizini radijalne arterije, signal pulsnog vala tlaka je jak, koža lako proizvodi mehaničke vibracije, može dovesti do detekcijskog signala uz volumen pulsnog vala također nosi informacije o refleksiji pulsa kože, teško je precizno karakteriziraju karakteristike promjene volumena krvi, nije prikladan za položaj mjerenja; Iako je dlan jedno od uobičajenih kliničkih mjesta za vađenje krvi, njegova je kost deblja od prsta, a amplituda pulsnog vala volumena dlana prikupljena difuznom refleksijom niža je. Slika 2-5 prikazuje raspored krvnih žila u dlanu. Promatrajući sliku, može se vidjeti da postoje obilne kapilarne mreže u prednjem dijelu prsta, 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 volumena pulsnog vala. Mišićno i koštano tkivo prstiju relativno je tanko, pa je utjecaj informacija o pozadinskim smetnjama relativno mali. Osim toga, vrh prsta je lako mjeriti, a subjekt nema psihološki teret, što je pogodno za dobivanje stabilnog spektralnog signala visokog omjera signala i šuma. Ljudski prst se sastoji od kosti, nokta, kože, tkiva, venske krvi i arterijske krvi. U procesu interakcije sa svjetlom, 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 mješavinom koja uključuje dva dijela: statičku materiju (optički put je konstantan) i dinamičku materiju (optički put se mijenja s volumenom materijal). Kada svjetlo apsorbira tkivo vrha prsta, propušteno svjetlo prima fotodetektor. Intenzitet propuštene svjetlosti koju prikuplja senzor očito je oslabljen zbog sposobnosti upijanja različitih komponenti tkiva ljudskih prstiju. Prema ovoj karakteristici, uspostavljen je ekvivalentni model apsorpcije svjetlosti prsta.
Prikladna osoba:
Pulsni oksimetar na vrhu prstapogodan je za osobe svih dobnih skupina, uključujući djecu, odrasle, starije osobe, bolesnike s koronarnom bolešću, hipertenzijom, hiperlipidemijom, cerebralnom trombozom i drugim krvožilnim bolestima te bolesnike s astmom, bronhitisom, kroničnim bronhitisom, plućnim srcem i drugim bolestima dišnog sustava.
Vrijeme objave: 17. lipnja 2022
