Pulsoximetrul degetului a fost inventat de Millikan în anii 1940 pentru a monitoriza concentrația de oxigen din sângele arterial, un indicator important al severității COVID-19.Yonker Acum explică cum funcționează pulsoximetrul degetului?
Caracteristicile de absorbție spectrală ale țesutului biologic: Când lumina este iradiată asupra unui țesut biologic, efectul țesutului biologic asupra luminii poate fi împărțit în patru categorii, inclusiv absorbția, împrăștierea, reflexia și fluorescența. Dacă se exclude împrăștierea, distanța pe care lumina o parcurge prin țesutul biologic este guvernată în principal de absorbție. Când lumina pătrunde în anumite substanțe transparente (solide, lichide sau gazoase), intensitatea luminii scade semnificativ datorită absorbției specifice a unor componente de frecvență specifice, fenomen care reprezintă absorbția luminii de către substanțe. Cantitatea de lumină absorbită de o substanță se numește densitatea sa optică, cunoscută și sub numele de absorbanță.
Schema de absorbție a luminii de către materie în întregul proces de propagare a luminii arată că, în secțiunea transversală a acesteia, cantitatea de energie luminoasă absorbită de materie este proporțională cu trei factori: intensitatea luminii, distanța traseului luminos și numărul de particule care absorb lumina. Pornind de la premisa unui material omogen, numărul de particule care absorb lumina pe secțiunea transversală a traseului luminos poate fi considerat ca particule care absorb lumina pe unitatea de volum, și anume concentrația particulelor de lumină absorbite de material, putând fi interpretată ca fiind concentrația materialului și lungimea traseului optic pe unitatea de volum, densitatea optică fiind capacitatea materialului de a absorbi lumina în funcție de natura materialului de a absorbi lumina. Cu alte cuvinte, forma curbei spectrului de absorbție al aceleiași substanțe este aceeași, iar poziția absolută a vârfului de absorbție se va schimba doar datorită concentrației diferite, dar poziția relativă va rămâne neschimbată. În procesul de absorbție, absorbția tuturor substanțelor are loc în volumul aceleiași secțiuni, iar substanțele absorbante nu sunt legate între ele, nu există compuși fluorescenți și nu există niciun fenomen de modificare a proprietăților mediului din cauza radiației luminoase. Prin urmare, pentru soluția cu componente de absorbție N, densitatea optică este aditivă. Aditivitatea densității optice oferă o bază teoretică pentru măsurarea cantitativă a componentelor absorbante din amestecuri.
În optica țesuturilor biologice, regiunea spectrală de 600 ~ 1300nm este denumită de obicei „fereastra spectroscopiei biologice”, iar lumina din această bandă are o semnificație specială pentru multe terapii spectrale și diagnostice spectrale, cunoscute și necunoscute. În regiunea infraroșie, apa devine substanța dominantă care absoarbe lumina în țesuturile biologice, astfel încât lungimea de undă adoptată de sistem trebuie să evite vârful de absorbție al apei pentru a obține mai bine informațiile de absorbție a luminii de către substanța țintă. Prin urmare, în intervalul spectral apropiat infraroșu de 600-950nm, principalele componente ale țesutului vârfului degetelor umane cu capacitate de absorbție a luminii includ apa din sânge, O2Hb (hemoglobină oxigenată), RHb (hemoglobină redusă) și melanina pielii periferice și alte țesuturi.
Prin urmare, putem obține informații eficiente despre concentrația componentei care urmează să fie măsurată în țesut prin analizarea datelor spectrului de emisie. Așadar, atunci când avem concentrațiile de O2Hb și RHb, cunoaștem saturația de oxigen.Saturația de oxigen SpO2este procentul volumului de hemoglobină oxigenată legată de oxigen (HbO2) din sânge ca procent din hemoglobina totală legată de oxigen (Hb), concentrația pulsului de oxigen din sânge, așa că de ce se numește pulsoximetru? Iată un concept nou: unda de puls a volumului fluxului sanguin. În timpul fiecărui ciclu cardiac, contracția inimii determină creșterea tensiunii arteriale în vasele de sânge ale rădăcinii aortice, ceea ce dilată peretele vasului de sânge. În schimb, diastola inimii determină scăderea tensiunii arteriale în vasele de sânge ale rădăcinii aortice, ceea ce determină contracția peretelui vasului de sânge. Odată cu repetarea continuă a ciclului cardiac, modificarea constantă a tensiunii arteriale în vasele de sânge ale rădăcinii aortice va fi transmisă vaselor din aval conectate la aceasta și chiar întregului sistem arterial, formând astfel expansiunea și contracția continuă a întregului perete vascular arterial. Adică, bătăile periodice ale inimii creează unde de puls în aortă care se propagă înainte de-a lungul pereților vaselor de sânge în întregul sistem arterial. De fiecare dată când inima se extinde și se contractă, o modificare a presiunii în sistemul arterial produce o undă de puls periodică. Aceasta este ceea ce numim undă de puls. Unda de puls poate reflecta multe informații fiziologice, cum ar fi inima, tensiunea arterială și fluxul sanguin, putând oferi informații importante pentru detectarea neinvazivă a unor parametri fizici specifici ai corpului uman.
În medicină, unda pulsului este de obicei împărțită în două tipuri: unda pulsului de presiune și unda pulsului de volum. Unda pulsului de presiune reprezintă în principal transmiterea tensiunii arteriale, în timp ce unda pulsului de volum reprezintă modificările periodice ale fluxului sanguin. Comparativ cu unda pulsului de presiune, unda pulsului volumetrică conține informații cardiovasculare mai importante, cum ar fi vasele de sânge umane și fluxul sanguin. Detectarea neinvazivă a undei pulsului de volum tipice poate fi realizată prin trasarea undei pulsului volumetrice fotoelectrice. O undă specifică de lumină este utilizată pentru a ilumina partea măsurată a corpului, iar fasciculul ajunge la senzorul fotoelectric după reflexie sau transmisie. Fasciculul recepționat va transporta informațiile caracteristice efective ale undei pulsului volumetrice. Deoarece volumul sângelui se modifică periodic odată cu expansiunea și contracția inimii, atunci când inima se află în diastol, volumul sângelui este cel mai mic, absorbția luminii de către sânge, senzorul detectează intensitatea maximă a luminii; când inima se contractă, volumul este maxim, iar intensitatea luminii detectată de senzor este minimă. În detectarea neinvazivă a vârfurilor degetelor cu unda pulsului de volum al fluxului sanguin ca date de măsurare directă, selectarea locului de măsurare spectrală trebuie să respecte următoarele principii.
1. Venele vaselor de sânge ar trebui să fie mai abundente, iar proporția informațiilor eficiente, cum ar fi hemoglobina și ICG, în totalul informațiilor materiale din spectru ar trebui îmbunătățită.
2. Are caracteristici evidente de modificare a volumului fluxului sanguin pentru a colecta eficient semnalul undei pulsului de volum
3. Pentru a obține spectrul uman cu o bună repetabilitate și stabilitate, caracteristicile țesuturilor sunt mai puțin afectate de diferențele individuale.
4. Detecția spectrală este ușoară și ușor de acceptat de către subiect, evitând factorii de interferență precum ritmul cardiac rapid și mișcarea poziției de măsurare cauzate de emoția de stres.
Schema distribuției vaselor de sânge în palma umană. Poziția brațului poate detecta cu greu unda pulsului, deci nu este potrivită pentru detectarea undei pulsului volumului fluxului sanguin; încheietura mâinii este aproape de artera radială, semnalul undei pulsului de presiune este puternic, pielea produce ușor vibrații mecanice, ceea ce poate duce la faptul că semnalul de detectare, pe lângă unda pulsului volumului, poate transporta și informații despre pulsul prin reflexie a pielii, fiind dificil de caracterizat cu precizie caracteristicile modificării volumului sanguin, nefiind potrivită pentru măsurarea poziției; Deși palma este unul dintre locurile comune pentru recoltarea de sânge clinică, osul său este mai gros decât cel al degetului, iar amplitudinea undei pulsului volumului palmei colectat prin reflexie difuză este mai mică. Figura 2-5 prezintă distribuția vaselor de sânge în palmă. Observând figura, se poate observa că există rețele capilare abundente în partea din față a degetului, care pot reflecta eficient conținutul de hemoglobină din corpul uman. Mai mult, această poziție are caracteristici evidente ale modificării volumului fluxului sanguin și este poziția ideală pentru măsurarea undei pulsului volumului. Țesuturile musculare și osoase ale degetelor sunt relativ subțiri, astfel încât influența informațiilor de interferență de fundal este relativ mică. În plus, vârful degetului este ușor de măsurat, iar subiectul nu are nicio povară psihologică, ceea ce conduce la obținerea unui semnal spectral stabil cu un raport semnal-zgomot ridicat. Degetul uman este alcătuit din os, unghie, piele, țesut, sânge venos și sânge arterial. În procesul de interacțiune cu lumina, volumul sângelui din artera periferică a degetului se modifică odată cu bătăile inimii, rezultând o modificare a măsurătorii căii optice. În timp ce celelalte componente rămân constante în întregul proces de măsurare a luminii.
Când o anumită lungime de undă a luminii este aplicată pe epiderma vârfului degetului, acesta poate fi considerat un amestec, ce include două părți: materie statică (calea optică este constantă) și materie dinamică (calea optică se modifică odată cu volumul materialului). Când lumina este absorbită de țesutul vârfului degetului, lumina transmisă este recepționată de un fotodetector. Intensitatea luminii transmise colectate de senzor este evident atenuată datorită absorbției diferitelor componente tisulare ale degetelor umane. Conform acestei caracteristici, se stabilește modelul echivalent de absorbție a luminii degetelor.
Persoană potrivită:
Pulsoximetru degetEste potrivit pentru persoane de toate vârstele, inclusiv copii, adulți, vârstnici, pacienți cu boli coronariene, hipertensiune arterială, hiperlipidemie, tromboză cerebrală și alte boli vasculare, precum și pacienți cu astm, bronșită, bronșită cronică, boli pulmonare de inimă și alte boli respiratorii.
Data publicării: 17 iunie 2022
