Pulsoximetrul cu vârful 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 pulsioximetrul cu vârful degetului?
Caracteristicile de absorbție spectrală a țesutului biologic: atunci când lumina este iradiată în țesutul biologic, efectul țesutului biologic asupra luminii poate fi împărțit în patru categorii, inclusiv absorbția, împrăștierea, reflexia și fluorescența. Dacă împrăștierea este exclusă, distanța pe care o parcurge lumina țesutul este guvernat în principal de absorbție.Cand lumina patrunde in unele substante transparente (solide, lichide sau gazoase), intensitatea luminii scade semnificativ datorita absorbtiei vizate a unor componente specifice de frecventa, care este fenomenul de absorbtie a luminii de catre substante.Câtă lumină absoarbe o substanță se numește densitate optică, cunoscută și sub denumirea de absorbanță.
Diagrama schematică a absorbției luminii de către materie în întregul proces de propagare a luminii, cantitatea de energie luminoasă absorbită de materie este proporțională cu trei factori, care sunt intensitatea luminii, distanța pe calea luminii și numărul de particule care absorb lumina pe secțiunea transversală a căii luminii.Pe premisa unui material omogen, numărul de particule de absorbție a luminii de pe secțiune transversală poate fi privit ca particule de absorbție a luminii pe unitate de volum, și anume concentrația de particule luminoase de aspirare a materialului, poate obține legea berii Lambert: poate fi interpretată ca concentrație de material și lungimea căii optice pe unitatea de volum de densitate optică, capacitatea luminii de aspirare a materialului de a răspunde la natura luminii de aspirare a materialului. Cu alte cuvinte, forma curbei spectrului de absorbție a aceleiași substanțe este aceeași și poziția absolută a Vârful de absorbție se va modifica doar din cauza concentrației diferite, dar poziția relativă va rămâne neschimbată.În procesul de absorbție, absorbția substanțelor are loc toate în volumul aceleiași secțiuni, iar substanțele absorbante nu sunt legate între ele și nu există compuși fluorescenți și nu există nici un fenomen de modificare a proprietăților mediului datorită radiații luminoase.Prin urmare, pentru soluția cu N componente de absorbție, 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 ~ 1300 nm este de obicei numită „fereastra spectroscopiei biologice”, iar lumina din această bandă are o semnificație specială pentru multe terapii spectrale și diagnostice spectrale cunoscute și necunoscute.În regiunea infraroșu, apa devine substanța de absorbție a luminii dominantă 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 a substanței țintă.Prin urmare, în intervalul spectrului de infraroșu apropiat de 600-950 nm, principalele componente ale țesutului degetului uman cu capacitate de absorbție a luminii includ apa din sânge, O2Hb (hemoglobina oxigenată), RHb (hemoglobina redusă) și melanina pielii periferice și alte țesuturi.
Prin urmare, putem obține informația efectivă a concentrației componentei de măsurat în țesut prin analiza datelor din spectrul de emisie.Deci, când avem concentrațiile de O2Hb și RHb, știm saturația de oxigen.Saturația în oxigen SpO2este procentul din volumul de hemoglobină oxigenată legată de oxigen (HbO2) din sânge ca procent din hemoglobina totală de legare (Hb), concentrația pulsului de oxigen din sânge, deci de ce se numește pulsioximetru?Iată un nou concept: unda pulsului 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 face ca peretele vaselor de sânge să se contracte.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 cu aceasta și chiar întregului sistem arterial, formând astfel expansiunea și contracția continuă a întreg peretele vascular arterial.Adică, bătăile periodice ale inimii creează unde de puls în aortă care se unduiește înainte de-a lungul pereților vaselor de sânge în tot sistemul arterial.De fiecare dată când inima se extinde și se contractă, o schimbare a presiunii în sistemul arterial produce o undă periodică de puls.Aceasta este ceea ce numim unda pulsului.Unda de puls poate reflecta multe informații fiziologice, cum ar fi inima, tensiunea arterială și fluxul sanguin, care pot oferi informații importante pentru detectarea neinvazivă a parametrilor fizici specifici ai corpului uman.
În medicină, unda de puls este de obicei împărțită în două tipuri de undă de puls de presiune și undă de puls de volum.Unda de puls de presiune reprezintă în principal transmiterea tensiunii arteriale, în timp ce unda de puls de volum reprezintă modificări periodice ale fluxului sanguin.În comparație cu unda pulsului de presiune, unda pulsului volumetric conține informații cardiovasculare mai importante, cum ar fi vasele de sânge și fluxul sanguin uman.Detectarea neinvazivă a undei pulsului volumului fluxului sanguin tipic poate fi realizată prin trasarea undelor puls volumetrice fotoelectrice.O undă specifică de lumină este utilizată pentru a ilumina partea de măsurare a corpului, iar fasciculul ajunge la senzorul fotoelectric după reflectare sau transmisie.Fasciculul primit va transporta informațiile caracteristice efective ale undei pulsului volumetric.Deoarece volumul de sânge se modifică periodic odată cu extinderea și contracția inimii, atunci când inima diastola, volumul sanguin este cel mai mic, absorbția sângelui de lumină, senzorul a detectat 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 de puls al volumului fluxului de sânge ca date de măsurare directă, selectarea locului de măsurare spectrală ar trebui să respecte următoarele principii
1. Venele vaselor de sânge ar trebui să fie mai abundente, iar proporția de informații eficiente, cum ar fi hemoglobina și ICG, în totalul informațiilor materiale din spectru ar trebui îmbunătățită
2. Are caracteristici evidente ale modificării volumului fluxului de sânge pentru a colecta eficient semnalul de undă de puls de volum
3. Pentru a obține spectrul uman cu repetabilitate și stabilitate bună, caracteristicile țesuturilor sunt mai puțin afectate de diferențele individuale.
4. Este ușor de efectuat detectarea spectrală și ușor de acceptat de către subiect, astfel încât să se evite factorii de interferență, cum ar fi ritmul cardiac rapid și mișcarea poziției de măsurare cauzate de emoția de stres.
Diagrama schematică a 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 de puls de presiune este puternic, pielea este ușor de a produce vibrații mecanice, poate duce la semnalul de detectare, în plus față de unda de puls de volum, transportă și informații despre pulsul de reflecție a pielii, este dificil de precis. caracterizează caracteristicile modificării volumului sanguin, nu este potrivit pentru poziția de măsurare;Deși palma este unul dintre locurile clinice comune de extragere a sângelui, osul său este mai gros decât degetul, iar amplitudinea undei de puls a volumului palmei colectat prin reflexie difuză este mai mică.Figura 2-5 arată distribuția vaselor de sânge în palmă.Observând figură, 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 de măsurare a undei pulsului de volum.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 este propice pentru obținerea unui semnal spectral stabil și ridicat de raport semnal-zgomot.Degetul uman este format din os, unghii, piele, țesut, sânge venos și sânge arterial.În procesul de interacțiune cu lumina, volumul de sânge din artera periferică a degetului se modifică odată cu bătăile inimii, ducând la modificarea măsurării căii optice.În timp ce celelalte componente sunt constante în întregul proces de lumină.
Când o anumită lungime de undă a luminii este aplicată pe epiderma vârfului degetului, degetul poate fi privit ca un amestec, care include două părți: materie statică (calea optică este constantă) și materie dinamică (calea optică se modifică odată cu volumul material).Când lumina este absorbită de țesutul vârfului degetelor, lumina transmisă este recepționată de un fotodetector.Intensitatea luminii transmise colectată de senzor este evident atenuată datorită absorbabilității diferitelor componente ale țesutului degetelor umane.Conform acestei caracteristici, se stabilește modelul echivalent de absorbție a luminii degetelor.
Persoana potrivita:
Pulsoximetru cu vârful degetuluieste potrivit pentru persoane de toate vârstele, inclusiv pentru copii, adulți, vârstnici, pacienți cu boală coronariană, hipertensiune arterială, hiperlipidemie, tromboză cerebrală și alte boli vasculare și pacienți cu astm bronșic, bronșită, bronșită cronică, boli pulmonare cardiace și alte boli respiratorii.
Ora postării: 17-jun-2022
