Pirštų galiukų pulso oksimetrą Millikanas išrado 1940-aisiais, kad būtų galima stebėti deguonies koncentraciją arteriniame kraujyje – svarbų COVID-19 sunkumo rodiklį.Jonkeris dabar paaiškina, kaip veikia piršto galiuko pulsoksimetras?
Biologinio audinio spektrinės sugerties charakteristikos: kai šviesa apšvitinama iki biologinio audinio, biologinio audinio poveikį šviesai galima suskirstyti į keturias kategorijas, įskaitant sugertį, sklaidą, atspindį ir fluorescenciją. Jei sklaida neįtraukiama, atstumas, kurį šviesa nukeliauja per biologinį audinį. audinį daugiausia valdo absorbcija. Kai šviesa prasiskverbia į kai kurias skaidrias medžiagas (kietą, skystą ar dujinę), šviesos intensyvumas labai sumažėja dėl tikslinės kai kurių specifinių dažnio komponentų sugerties, o tai yra šviesos sugerties reiškinys medžiagomis. Kiek šviesos medžiaga sugeria, vadinama jos optiniu tankiu, dar vadinamu absorbcija.
Scheminė šviesos absorbcijos materija visame šviesos sklidimo procese diagrama, medžiagos sugertos šviesos energijos kiekis yra proporcingas trims veiksniams, tai yra šviesos intensyvumas, šviesos kelio atstumas ir šviesą sugeriančių dalelių skaičius. šviesos kelio skerspjūvis. Remiantis homogeninės medžiagos prielaida, šviesos kelio skaičius šviesą sugeriančios dalelės skerspjūvyje gali būti laikomos šviesą sugeriančiomis dalelėmis tūrio vienete, o būtent medžiagos siurbimo šviesos dalelių koncentracija gali gauti Lamberto alaus dėsnį: gali būti aiškinama kaip medžiagos koncentracija ir optinio kelio ilgis, tenkantis optinio tankio tūrio vienetui, medžiagos įsiurbimo šviesos gebėjimas reaguoti į medžiagos siurbimo šviesos pobūdį. Kitaip tariant, tos pačios medžiagos sugerties spektro kreivės forma yra tokia pati, o absoliuti šviesos padėtis absorbcijos smailė pasikeis tik dėl skirtingos koncentracijos, tačiau santykinė padėtis išliks nepakitusi. Absorbcijos procese visos medžiagos absorbuojamos toje pačioje sekcijos tūryje, o sugeriančios medžiagos yra nesusijusios viena su kita, nėra fluorescencinių junginių, taip pat nėra reiškinio, keičiančio terpės savybes dėl šviesos spinduliuotė. Todėl tirpalo su N sugerties komponentais optinis tankis yra adityvus. Optinio tankio adityvumas suteikia teorinį pagrindą kiekybiniam sugeriančių komponentų mišiniuose matavimui.
Biologinių audinių optikoje 600–1300 nm spektrinė sritis paprastai vadinama „biologinės spektroskopijos langu“, o šviesa šioje juostoje turi ypatingą reikšmę daugeliui žinomų ir nežinomų spektrinės terapijos ir spektrinės diagnozės. Infraraudonųjų spindulių srityje vanduo tampa dominuojančia šviesą sugeriančia medžiaga biologiniuose audiniuose, todėl sistemos priimtas bangos ilgis turi vengti vandens sugerties piko, kad būtų geriau gaunama tikslinės medžiagos šviesos sugerties informacija. Todėl 600–950 nm artimo infraraudonųjų spindulių spektro diapazone pagrindiniai žmogaus pirštų galiukų audinio komponentai, turintys šviesą sugerti, yra vanduo kraujyje, O2Hb (deguonies prisotintas hemoglobinas), RHb (sumažintas 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 su deguonimi susieto deguonies prisotinto hemoglobino (HbO2) tūrio procentinė dalis kraujyje kaip viso rišančio hemoglobino (Hb) procentinė dalis, kraujo deguonies pulso koncentracija, tai kodėl jis vadinamas pulsoksimetru? Čia yra nauja koncepcija: kraujo tėkmės tūrio pulso banga. Kiekvieno širdies ciklo metu susitraukus širdžiai aortos šaknies kraujagyslėse pakyla kraujospūdis, dėl kurio išsiplečia kraujagyslės sienelė. Ir atvirkščiai, širdies diastolė sukelia kraujospūdžio sumažėjimą aortos šaknies kraujagyslėse, todėl kraujagyslės sienelė susitraukia. Nuolat kartojant širdies ciklą, nuolatinis kraujospūdžio pokytis aortos šaknies kraujagyslėse bus perduotas į su ja susijusias kraujagysles ir net į visą arterijų sistemą, taip formuojant nuolatinį aortos šaknies išsiplėtimą ir susitraukimą. visa arterijų kraujagyslių sienelė. Tai reiškia, kad periodiškas širdies plakimas sukuria aortoje pulso bangas, kurios per visą arterijų sistemą slenka į priekį išilgai kraujagyslių sienelių. Kiekvieną kartą, kai širdis plečiasi ir susitraukia, slėgio pasikeitimas arterinėje sistemoje sukelia periodinę pulso bangą. Tai mes vadiname pulso banga. Pulso banga gali atspindėti daugybę fiziologinės informacijos, pvz., širdies, kraujospūdžio ir kraujotakos, kuri gali suteikti svarbios informacijos neinvaziniam konkrečių fizinių žmogaus kūno parametrų aptikimui.
Medicinoje pulso banga paprastai skirstoma į du tipus: slėgio impulsų bangą ir tūrio impulsinę bangą. Slėgio pulso banga daugiausia reiškia kraujospūdžio perdavimą, o tūrio pulso banga – periodinius kraujo tėkmės pokyčius. Palyginti su slėgio pulso banga, tūrinėje pulso bangoje yra svarbesnės širdies ir kraujagyslių sistemos informacijos, tokios kaip žmogaus kraujagyslės ir kraujotaka. Neinvazinis tipinės kraujo tėkmės tūrio impulsinės bangos aptikimas gali būti pasiektas naudojant fotoelektrinį tūrinį impulsų bangą. Matuojamajai kūno daliai apšviesti naudojama specifinė šviesos banga, o spindulys pasiekia fotoelektrinį jutiklį po atspindžio ar perdavimo. Gautas spindulys neša efektyvią charakteristikų tūrinės impulso bangos informaciją. Kadangi kraujo tūris periodiškai keičiasi plečiantis ir susitraukiant širdžiai, kai širdis diastoluoja, kraujo tūris yra mažiausias, kraujo sugertis šviesa, jutiklis aptiko didžiausią šviesos intensyvumą; Kai širdis susitraukia, garsumas yra didžiausias, o jutiklio aptinkamas šviesos intensyvumas yra minimalus. Atliekant neinvazinį pirštų galiukų aptikimą naudojant kraujo tėkmės tūrio impulsinę bangą kaip tiesioginius matavimo duomenis, spektrinio matavimo vieta turėtų būti parinkta vadovaujantis šiais principais.
1. Kraujagyslių venos turėtų būti gausesnės, o veiksmingos informacijos, tokios kaip hemoglobinas ir ICG, dalis bendroje spektro medžiagos informacijoje turėtų būti pagerinta.
2. Jis turi akivaizdžių kraujo tėkmės tūrio pokyčio ypatybių, kad būtų galima efektyviai surinkti tūrio impulsų bangos signalą
3. Norint gauti gerą pakartojamumą ir stabilumą turintį žmogaus spektrą, audinių charakteristikas mažiau veikia individualūs skirtumai.
4. Lengva atlikti spektrinį aptikimą, o subjektas jį lengva priimti, kad būtų išvengta trukdžių veiksnių, tokių kaip greitas širdies ritmas ir matavimo padėties judėjimas, kurį sukelia streso emocijos.
Scheminė kraujagyslių pasiskirstymo žmogaus delne diagrama Rankos padėtis sunkiai aptinka pulso bangą, todėl netinka kraujo tėkmės tūrio pulso bangai aptikti; Riešas yra šalia radialinės arterijos, slėgio pulso bangos signalas yra stiprus, oda lengvai sukelia mechaninę vibraciją, gali sukelti aptikimo signalą, be tūrio impulso bangos, taip pat perduoda odos atspindžio impulso informaciją, sunku tiksliai apibūdinti kraujo tūrio kitimo ypatybes, netinka matavimo padėčiai; Nors delnas yra viena iš įprastų klinikinių kraujo paėmimo vietų, jo kaulas yra storesnis už pirštą, o delno tūrio pulso bangos amplitudė, renkama difuzinio atspindžio būdu, yra mažesnė. 2-5 paveiksle parodytas kraujagyslių pasiskirstymas delne. Stebint figūrą matyti, kad priekinėje piršto dalyje yra gausūs kapiliarų tinklai, kurie gali efektyviai atspindėti hemoglobino kiekį žmogaus organizme. Be to, ši padėtis turi akivaizdžių kraujo tėkmės tūrio kitimo savybių ir yra ideali tūrio impulso bangos matavimo padėtis. Pirštų raumenų ir kauliniai audiniai yra gana ploni, todėl informacijos apie foninius trukdžius įtaka yra palyginti nedidelė. Be to, piršto galiuką lengva išmatuoti, o subjektas neturi psichologinės naštos, o tai padeda gauti stabilų didelio signalo ir triukšmo santykio spektrinį signalą. Žmogaus pirštas susideda iš kaulų, nagų, odos, audinių, veninio kraujo ir arterinio kraujo. Sąveikos su šviesa metu kraujo tūris piršto periferinėje arterijoje kinta plakant širdžiai, todėl keičiasi optinio kelio matavimas. Tuo tarpu kiti komponentai yra pastovūs visame šviesos procese.
Kai piršto galiuko epidermį apšviečia tam tikras šviesos bangos ilgis, pirštas gali būti laikomas mišiniu, susidedančiu iš dviejų dalių: statinės medžiagos (optinis kelias yra pastovus) ir dinaminę medžiagą (optinis kelias keičiasi priklausomai nuo piršto tūrio). medžiaga). Kai šviesą sugeria piršto galiuko audinys, perduodamą šviesą priima fotodetektorius. Jutiklio surinktos perduodamos šviesos intensyvumas akivaizdžiai susilpnėja dėl įvairių žmogaus pirštų audinių komponentų sugeriamumo. Pagal šią charakteristiką nustatomas lygiavertis pirštų šviesos sugerties modelis.
Tinkamas asmuo:
Pirštų galiukų pulso oksimetrastinka įvairaus amžiaus žmonėms, įskaitant vaikus, suaugusius, pagyvenusius žmones, sergančius koronarine širdies liga, hipertenzija, hiperlipidemija, smegenų tromboze ir kitomis kraujagyslių ligomis bei sergantiems astma, bronchitu, lėtiniu bronchitu, plaučių širdies ir kitomis kvėpavimo takų ligomis.
Paskelbimo laikas: 2022-06-17
