Fingertupppulsoksymeter ble oppfunnet av Millikan på 1940-tallet for å overvåke oksygenkonsentrasjonen i arterielt blod, en viktig indikator på alvorlighetsgraden av COVID-19.Yonker forklarer nå hvordan fingertupppulsoksymeter fungerer?
Spektrale absorpsjonsegenskaper for biologisk vev: Når lys bestråles mot biologisk vev, kan effekten av biologisk vev på lys deles inn i fire kategorier, inkludert absorpsjon, spredning, refleksjon og fluorescens. Hvis spredning utelukkes, styres avstanden lyset beveger seg gjennom biologisk vev hovedsakelig av absorpsjon. Når lys trenger inn i noen gjennomsiktige stoffer (faste, flytende eller gassformige), reduseres lysintensiteten betydelig på grunn av den målrettede absorpsjonen av noen spesifikke frekvenskomponenter, som er absorpsjonsfenomenet til lys av stoffer. Hvor mye lys et stoff absorberer kalles dets optiske tetthet, også kjent som absorbans.
Skjematisk diagram av lysabsorpsjon av materie i hele lysforplantningsprosessen. Mengden lysenergi som absorberes av materie er proporsjonal med tre faktorer: lysintensiteten, avstanden til lysbanen og antall lysabsorberende partikler i tverrsnittet av lysbanen. Forutsatt at materialet er homogent, kan antallet lysabsorberende partikler i tverrsnittet betraktes som lysabsorberende partikler per volumenhet, nemlig materialets sugelyspartikkelkonsentrasjon. Lambert-Beers lov kan tolkes som materialkonsentrasjon og optisk banelengde per volumenhet, og materialets sugelysevne til å reagere på materialets sugelysegenskaper. Med andre ord er formen på absorpsjonsspektrumkurven for det samme stoffet den samme, og den absolutte posisjonen til absorpsjonstoppen vil bare endres på grunn av ulik konsentrasjon, men den relative posisjonen vil forbli uendret. I absorpsjonsprosessen skjer absorpsjonen av alle stoffer i volumet av den samme seksjonen, og de absorberende stoffene er ikke relatert til hverandre, og det finnes ingen fluorescerende forbindelser, og det er ikke noe fenomen som endrer mediets egenskaper på grunn av lysstråling. Derfor er den optiske tettheten additiv for løsningen med N-absorpsjonskomponenter. Additiviteten til den optiske tettheten gir et teoretisk grunnlag for kvantitativ måling av absorberende komponenter i blandinger.
Innen biologisk vevsoptikk kalles spektralområdet 600–1300 nm vanligvis «vinduet for biologisk spektroskopi», og lyset i dette båndet har spesiell betydning for mye kjent og ukjent spektralterapi og spektraldiagnostikk. I det infrarøde området blir vann det dominerende lysabsorberende stoffet i biologisk vev, så bølgelengden som systemet bruker må unngå absorpsjonstoppen til vann for å bedre kunne få tak i lysabsorpsjonsinformasjonen til målstoffet. Derfor, innenfor det nær-infrarøde spektrumområdet på 600–950 nm, inkluderer hovedkomponentene i menneskelig fingertuppvev med lysabsorpsjonskapasitet vann i blodet, O2Hb (oksygenert hemoglobin), RHb (redusert hemoglobin) og perifer hudmelanin og annet vev.
Derfor kan vi få effektiv informasjon om konsentrasjonen av komponenten som skal måles i vevet ved å analysere dataene fra emisjonsspekteret. Så når vi har O2Hb- og RHb-konsentrasjonene, vet vi oksygenmetningen.Oksygenmetning SpO2er prosentandelen av volumet av oksygenbundet oksygenert hemoglobin (HbO2) i blodet som en prosentandel av det totale bindende hemoglobinet (Hb), konsentrasjonen av blodoksygenpuls? Så hvorfor kalles det pulsoksymeter? Her er et nytt konsept: blodstrømsvolumpulsbølge. Under hver hjertesyklus fører hjertets sammentrekning til at blodtrykket stiger i blodårene i aortaroten, noe som utvider blodåreveggen. Motsatt fører hjertets diastole til at blodtrykket faller i blodårene i aortaroten, noe som fører til at blodåreveggen trekker seg sammen. Med kontinuerlig repetisjon av hjertesyklusen vil den konstante endringen i blodtrykk i blodårene i aortaroten overføres til de nedstrøms forbundet med den, og til og med til hele arteriesystemet, og dermed danne kontinuerlig utvidelse og sammentrekning av hele arteriekarveggen. Det vil si at hjertets periodiske slag skaper pulsbølger i aorta som bølger fremover langs blodåreveggene gjennom hele arteriesystemet. Hver gang hjertet utvider seg og trekker seg sammen, produserer en endring i trykk i arteriesystemet en periodisk pulsbølge. Dette er det vi kaller pulsbølgen. Pulsbølgen kan reflektere mye fysiologisk informasjon, som hjerte, blodtrykk og blodstrøm, noe som kan gi viktig informasjon for ikke-invasiv deteksjon av spesifikke fysiske parametere i menneskekroppen.
Innen medisin deles pulsbølger vanligvis inn i to typer trykkpulsbølger og volumpulsbølger. Trykkpulsbølger representerer hovedsakelig blodtrykksoverføring, mens volumpulsbølger representerer periodiske endringer i blodstrømmen. Sammenlignet med trykkpulsbølger inneholder volumetrisk pulsbølge viktigere informasjon om kardiovaskulære blodårer og blodstrøm. Ikke-invasiv deteksjon av typiske volumpulsbølger i blodstrømmen kan oppnås ved hjelp av fotoelektrisk volumetrisk pulsbølgesporing. En spesifikk lysbølge brukes til å belyse måledelen av kroppen, og strålen når den fotoelektriske sensoren etter refleksjon eller overføring. Den mottatte strålen vil bære den effektive karakteristiske informasjonen om den volumetriske pulsbølgen. Fordi blodvolumet endres periodisk med hjertets utvidelse og sammentrekning, er blodvolumet minst når hjertet er i diastole, og blodabsorpsjonen av lys registrerer sensoren maksimal lysintensitet. Når hjertet trekker seg sammen, er volumet maksimalt, og lysintensiteten som registreres av sensoren er minimal. Ved ikke-invasiv deteksjon av fingertupper med blodvolumpulsbølger som direkte måledata, bør valget av spektralt målested følge følgende prinsipper.
1. Venene i blodårene bør være rikelig, og andelen effektiv informasjon som hemoglobin og ICG i den totale materialinformasjonen i spekteret bør forbedres.
2. Den har åpenbare egenskaper ved endring av blodstrømvolum for effektivt å samle volumpulsbølgesignal
3. For å oppnå det menneskelige spekteret med god repeterbarhet og stabilitet, påvirkes vevsegenskapene mindre av individuelle forskjeller.
4. Det er enkelt å utføre spektraldeteksjon, og det er lett å bli akseptert av forsøkspersonen, for å unngå interferensfaktorer som rask hjertefrekvens og bevegelse i måleposisjon forårsaket av stressfølelse.
Skjematisk diagram av blodkarfordeling i menneskets håndflate. Armens posisjon kan vanskelig oppdage pulsbølgen, så den er ikke egnet for deteksjon av blodstrømvolumpulsbølge. Håndleddet er nær arteria radialis, trykkpulsbølgesignalet er sterkt, huden produserer lett mekanisk vibrasjon, noe som kan føre til at deteksjonssignalet i tillegg til volumpulsbølgen også bærer hudrefleksjonspulsinformasjon. Det er vanskelig å nøyaktig karakterisere egenskapene til blodvolumendringen og er ikke egnet for måleposisjon. Selv om håndflaten er et av de vanligste kliniske blodprøvestedene, er beinet tykkere enn fingeren, og pulsbølgeamplituden til håndflatevolumet samlet inn ved diffus refleksjon er lavere. Figur 2-5 viser fordelingen av blodkar i håndflaten. Ved å observere figuren kan man se at det er rikelig med kapillærnettverk i den fremre delen av fingeren, som effektivt kan reflektere hemoglobininnholdet i menneskekroppen. Dessuten har denne posisjonen åpenbare egenskaper for blodstrømvolumendringer, og er den ideelle måleposisjonen for volumpulsbølgen. Muskel- og beinvevet i fingrene er relativt tynt, så påvirkningen av bakgrunnsinterferensinformasjon er relativt liten. I tillegg er fingertuppen enkel å måle, og forsøkspersonen har ingen psykologisk belastning, noe som bidrar til å oppnå stabile spektralsignaler med høyt signal-til-støy-forhold. Menneskefingeren består av bein, negler, hud, vev, venøst blod og arterielt blod. I prosessen med å interagere med lys endres blodvolumet i fingerens perifere arterie med hjerteslag, noe som resulterer i endring av målingen av den optiske banen. Mens de andre komponentene er konstante i hele lysprosessen.
Når en bestemt bølgelengde av lys påføres fingertuppens epidermis, kan fingeren betraktes som en blanding, bestående av to deler: statisk materie (den optiske banen er konstant) og dynamisk materie (den optiske banen endres med materialets volum). Når lyset absorberes av fingertuppens vev, mottas det transmitterte lyset av en fotodetektor. Intensiteten til det transmitterte lyset som samles inn av sensoren dempes åpenbart på grunn av absorberbarheten til ulike vevskomponenter i menneskelige fingre. I henhold til denne egenskapen etableres den ekvivalente modellen for fingerlysabsorpsjon.
Passende person:
Fingertupppulsoksymeterer egnet for personer i alle aldre, inkludert barn, voksne, eldre, pasienter med koronar hjertesykdom, hypertensjon, hyperlipidemi, cerebral trombose og andre karsykdommer og pasienter med astma, bronkitt, kronisk bronkitt, pulmonal hjertesykdom og andre luftveissykdommer.
Publisert: 17. juni 2022
