Piršto galiuko pulsoksimetras buvo išrastas Millikano 1940-aisiais, skirtas deguonies koncentracijai arteriniame kraujyje stebėti, o tai yra svarbus COVID-19 sunkumo rodiklis.Jonkeris Dabar paaiškinkite, kaip veikia piršto galiuko pulsoksimetras?
Biologinio audinio spektrinės sugerties charakteristikos: Kai biologinis audinys apšvitinamas šviesa, biologinio audinio poveikį šviesai galima suskirstyti į keturias kategorijas: sugertį, sklaidą, atspindį ir fluorescenciją. Jei sklaida neįtraukiama, atstumą, kurį šviesa nukeliauja per biologinį audinį, daugiausia lemia sugertis. Kai šviesa prasiskverbia pro kai kurias skaidrias medžiagas (kietas, skystas ar dujines), šviesos intensyvumas žymiai sumažėja dėl tikslinės kai kurių specifinių dažnio komponentų sugerties, t. y. medžiagų šviesos sugerties reiškinio. Kiek šviesos medžiaga sugeria, vadinama jos optiniu tankiu, dar vadinamu absorbcija.
Šviesos sugerties schemoje, vaizduojančioje medžiagą visame šviesos sklidimo procese, medžiagos sugertos šviesos energijos kiekis yra proporcingas trims veiksniams: šviesos intensyvumui, šviesos kelio ilgiui ir šviesą sugeriančių dalelių skaičiui šviesos kelio skerspjūvyje. Remiantis homogeninės medžiagos prielaida, šviesos kelio skaičius skerspjūvyje gali būti laikomas šviesą sugeriančiomis dalelėmis tūrio vienete, t. y. medžiagos įsiurbiamos šviesos dalelių koncentracija, galima gauti Lamberto-Bure'o dėsnį: tai galima interpretuoti kaip medžiagos koncentraciją ir optinio kelio ilgį tūrio vienete, optinį tankį, medžiagos įsiurbiamos šviesos gebėjimą reaguoti į medžiagos įsiurbiamos šviesos pobūdį. Kitaip tariant, tos pačios medžiagos sugerties spektro kreivės forma yra ta pati, o absoliuti sugerties smailės padėtis keičiasi tik dėl skirtingos koncentracijos, o santykinė padėtis išlieka nepakitusi. Sugerties procese visos medžiagos sugertis vyksta to paties tūrio sekcijoje, o sugeriančios medžiagos nėra tarpusavyje susijusios, nėra fluorescencinių junginių, nėra jokio reiškinio, kad terpės savybės keistųsi dėl šviesos spinduliuotės. Todėl tirpalui su N2 absorbcijos komponentais optinis tankis yra adityvinis. Optinio tankio adityvumas suteikia teorinį pagrindą kiekybiniam absorbcijos komponentų matavimui mišiniuose.
Biologinių audinių optikoje 600–1300 nm spektrinis regionas paprastai vadinamas „biologinės spektroskopijos langu“, o šios juostos šviesa turi ypatingą reikšmę daugeliui žinomų ir nežinomų spektrinės terapijos ir spektrinės diagnostikos sričių. Infraraudonųjų spindulių srityje vanduo tampa dominuojančia šviesą sugeriančia medžiaga biologiniuose audiniuose, todėl sistemos pasirinktas bangos ilgis turi vengti vandens sugerties piko, kad būtų galima geriau gauti tikslinės medžiagos šviesos sugerties informaciją. Todėl artimojo infraraudonųjų spindulių spektro 600–950 nm diapazone pagrindiniai žmogaus pirštų galiukų audinių komponentai, turintys šviesos sugerties gebėjimą, yra vanduo kraujyje, O2Hb (deguonimi prisotintas hemoglobinas), RHb (redukuotas hemoglobinas) ir periferinės odos melaninas bei kiti audiniai.
Todėl efektyvią informaciją apie matuojamo komponento koncentraciją audinyje galime gauti analizuodami emisijos spektro duomenis. Taigi, kai turime O2Hb ir RHb koncentracijas, žinome deguonies prisotinimą.Deguonies prisotinimas SpO2yra deguonies prisotinto hemoglobino (HbO2) tūrio procentinė dalis kraujyje, palyginti su bendru prisijungiančio hemoglobino (Hb) kiekiu, kraujo deguonies koncentracija pulse, tad kodėl jis vadinamas pulsoksimetru? Štai nauja sąvoka: kraujotakos tūris – pulso banga. Kiekvieno širdies ciklo metu širdies susitraukimas sukelia kraujospūdžio padidėjimą aortos šaknies kraujagyslėse, dėl ko kraujagyslės sienelė išsiplečia. Priešingai, širdies diastolė sukelia kraujospūdžio sumažėjimą aortos šaknies kraujagyslėse, dėl ko kraujagyslės sienelė susitraukia. Nuolat kartojantis širdies ciklui, nuolatinis kraujospūdžio pokytis aortos šaknies kraujagyslėse bus perduotas su ja susijusiems kraujagyslėms ir net visai arterinei sistemai, taip suformuojant nuolatinį visos arterinės kraujagyslių sienelės išsiplėtimą ir susitraukimą. Tai yra, periodiškas širdies plakimas aortoje sukuria pulso bangas, kurios raibuliuoja kraujagyslių sienelėmis per visą arterinę sistemą. Kiekvieną kartą, kai širdis išsiplečia ir susitraukia, slėgio pokytis arterinėje sistemoje sukuria periodinę pulso bangą. Tai vadiname pulso banga. Pulso banga gali atspindėti daug fiziologinės informacijos, tokios kaip širdies veikla, kraujospūdis ir kraujotaka, o tai gali suteikti svarbios informacijos neinvaziniam specifinių žmogaus kūno fizinių parametrų nustatymui.
Medicinoje pulso banga paprastai skirstoma į slėgio pulso bangą ir tūrio pulso bangą. Slėgio pulso banga daugiausia atspindi kraujospūdžio perdavimą, o tūrio pulso banga – periodinius kraujotakos pokyčius. Palyginti su slėgio pulso banga, tūrinė pulso banga pateikia svarbesnės informacijos apie širdies ir kraujagyslių sistemą, pavyzdžiui, apie žmogaus kraujagysles ir kraujotaką. Neinvazinis tipinės kraujotakos tūrio pulso bangos nustatymas gali būti atliekamas fotoelektriniu tūrinės pulso bangos sekimu. Matuojamai kūno daliai apšviesti naudojama specifinė šviesos banga, o spindulys pasiekia fotoelektrinį jutiklį po atspindžio arba perdavimo. Gautas spindulys perneša efektyvią tūrinės pulso bangos charakteristiką. Kadangi kraujo tūris periodiškai kinta kartu su širdies išsiplėtimu ir susitraukimu, širdies diastolės metu kraujo tūris yra mažiausias, todėl kraujo šviesos absorbcija yra mažiausia, todėl jutiklis aptinka didžiausią šviesos intensyvumą; kai širdis susitraukia, tūris yra didžiausias, o jutiklio aptiktas šviesos intensyvumas yra minimalus. Neinvaziniame pirštų galiukų aptikime, kai tiesioginiai matavimo duomenys yra kraujotakos tūrio pulso banga, spektrinio matavimo vietos pasirinkimas turėtų atitikti šiuos principus:
1. Kraujagyslių venų turėtų būti daugiau, o efektyvios informacijos, tokios kaip hemoglobinas ir ICG, dalis bendroje spektro medžiagos informacijoje turėtų būti pagerinta.
2. Jis turi akivaizdžių kraujotakos tūrio pokyčio savybių, kad efektyviai surinktų tūrio impulso bangos signalą
3. Siekiant gauti žmogaus spektrą su geru pakartojamumu ir stabilumu, audinių savybėms mažiau įtakos turi individualūs skirtumai.
4. Spektrinį aptikimą lengva atlikti ir tiriamasis lengvai jį priima, kad būtų išvengta trukdžių veiksnių, tokių kaip greitas širdies ritmas ir matavimo padėties judėjimas, kurį sukelia streso emocija.
Žmogaus delno kraujagyslių pasiskirstymo schema. Rankos padėtis sunkiai aptinka pulso bangą, todėl ji netinka kraujotakos tūrio pulso bangos aptikimui; riešas yra arti radialinės arterijos, slėgio pulso bangos signalas yra stiprus, oda lengvai sukelia mechaninę vibraciją, todėl aptikimo signalas, be tūrio pulso bangos, gali pernešti ir odos atspindžio pulso informaciją, sunku tiksliai apibūdinti kraujo tūrio pokyčio charakteristikas, ši padėtis netinka matavimo padėčiai; nors delnas yra viena iš dažniausių klinikinių kraujo paėmimo vietų, jo kaulas yra storesnis nei piršto, o difuzinio atspindžio būdu surinktos delno tūrio pulso bangos amplitudė yra mažesnė. 2-5 paveiksle parodytas kraujagyslių pasiskirstymas delne. Stebint paveikslą, matyti, kad piršto priekinėje dalyje yra gausus kapiliarų tinklas, kuris gali efektyviai atspindėti hemoglobino kiekį žmogaus organizme. Be to, ši padėtis turi akivaizdžių kraujotakos tūrio pokyčio charakteristikų ir yra ideali tūrio pulso bangos matavimo padėtis. Pirštų raumeninis ir kaulinis audinys yra gana plonas, todėl foninės interferencinės informacijos įtaka yra gana maža. Be to, piršto galiuką lengva išmatuoti, o tiriamasis nepatiria psichologinės naštos, o tai padeda gauti stabilų, aukštą signalo ir triukšmo santykį turintį spektrinį signalą. Žmogaus pirštą sudaro kaulas, nagas, oda, audiniai, veninis ir arterinis kraujas. Sąveikaudamas su šviesa, piršto periferinės arterijos kraujo tūris kinta kartu su širdies plakimu, todėl keičiasi optinio kelio matavimas. Tuo tarpu kiti komponentai viso šviesos proceso metu yra pastovūs.
Kai piršto galiuko epidermiui veikiamas tam tikro bangos ilgio šviesos, pirštą galima laikyti mišiniu, sudarytu iš dviejų dalių: statinės medžiagos (optinis kelias yra pastovus) ir dinaminės medžiagos (optinis kelias kinta kartu su medžiagos tūriu). Kai šviesą sugeria piršto galiuko audinys, praleidžiamą šviesą priima fotodetektorius. Jutiklio surinktos praleidžiamos šviesos intensyvumas akivaizdžiai susilpnėja dėl įvairių žmogaus pirštų audinių komponentų sugerties. Pagal šią charakteristiką sukuriamas lygiavertis piršto šviesos sugerties modelis.
Tinkamas asmuo:
Piršto galiuko pulso oksimetrastinka įvairaus amžiaus žmonėms, įskaitant vaikus, suaugusiuosius, pagyvenusius žmones, pacientus, sergančius išemine širdies liga, hipertenzija, hiperlipidemija, smegenų tromboze ir kitomis kraujagyslių ligomis, bei pacientus, sergančius astma, bronchitu, lėtiniu bronchitu, plaučių širdies liga ir kitomis kvėpavimo takų ligomis.
Įrašo laikas: 2022 m. birželio 17 d.
