Fingertupp pulsoksymeter ble oppfunnet av Millikan på 1940-tallet for å overvåke konsentrasjonen av oksygen i arterielt blod, en viktig indikator på alvorlighetsgraden av COVID-19.Yonker forklarer nå hvordan fingertupp pulsoksymeter fungerer?
Spektrale absorpsjonsegenskaper ved biologisk vev: Når lys bestråles til biologisk vev, kan effekten av biologisk vev på lys deles inn i fire kategorier, inkludert absorpsjon, spredning, refleksjon og fluorescens. Hvis spredning er ekskludert, reiser avstanden som lys gjennom biologisk vev er hovedsakelig styrt av absorpsjon. Når lys trenger gjennom noen gjennomsiktige stoffer (faste, flytende eller gassformige), reduseres lysintensiteten betydelig på grunn av målrettet absorpsjon 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 prosessen med lysutbredelse, mengden lysenergi absorbert av materie er proporsjonal med tre faktorer, som er lysintensiteten, avstanden til lysbanen og antall lysabsorberende partikler på tverrsnittet av lysbanen. På premisset om homogent materiale kan lysbanetall lysabsorberende partikler på tverrsnitt betraktes som lysabsorberende partikler per volumenhet, nemlig materialsuge lyspartikkelkonsentrasjon, kan få en lambertøls lov: kan tolkes som materialkonsentrasjon og Optisk banelengde per enhetsvolum av optisk tetthet, materialsugelys evne til å svare på arten av materialets sugelys. Med andre ord, formen på absorpsjonen Spektrumkurven for det samme stoffet er den samme, og den absolutte posisjonen til absorpsjonstoppen vil bare endre seg på grunn av den forskjellige konsentrasjonen, men den relative posisjonen vil forbli uendret. I absorpsjonsprosessen skjer absorpsjonen av stoffer alle i volumet av samme seksjon, og de absorberende stoffene er ikke relatert til hverandre, og det finnes ingen fluorescerende forbindelser, og det er ikke noe fenomen med å endre egenskapene til mediet pga. lysstråling. Derfor, for løsningen med N-absorpsjonskomponenter, er den optiske tettheten additiv. Additiviteten til optisk tetthet gir et teoretisk grunnlag for kvantitativ måling av absorberende komponenter i blandinger.
I biologisk vevsoptikk kalles spektralområdet på 600 ~ 1300nm vanligvis "vinduet for biologisk spektroskopi", og lyset i dette båndet har spesiell betydning for mange kjente og ukjente spektralterapi og spektraldiagnoser. I det infrarøde området blir vann det dominerende lysabsorberende stoffet i biologiske vev, så bølgelengden som brukes av systemet må unngå absorpsjonstoppen til vann for bedre å oppnå lysabsorpsjonsinformasjonen til målstoffet. I det nær-infrarøde spektrumområdet på 600-950nm inkluderer hovedkomponentene i humant fingerspissvev med lysabsorpsjonskapasitet vann i blod, O2HB (oksygenert hemoglobin), RHB (redusert hemoglobin) og perifert hud melanin og annet vev.
Derfor kan vi få effektiv informasjon om konsentrasjonen av komponenten som skal måles i vevet ved å analysere dataene til emisjonsspekteret. Så når vi har O2Hb- og RHB -konsentrasjonene, kjenner vi oksygenmetningen.Oksygenmetning SpO2er prosentandelen av volumet av oksygenbundet oksygenrikt hemoglobin (HbO2) i blodet som en prosentandel av totalt bindende hemoglobin (Hb), konsentrasjonen av oksygenpuls i blodet, så hvorfor kalles det pulsoksymeter? Her er et nytt konsept: blodstrømsvolumpulsbølge. Under hver hjertesyklus fører sammentrekning av hjertet til at blodtrykket øker i blodårene i aortaroten, noe som utvider blodkarveggen. Omvendt fører diastole i hjertet til at blodtrykket faller i blodårene til aortaroten, noe som får blodåreveggen til å trekke seg sammen. Med kontinuerlig repetisjon av hjertesyklusen, vil den konstante endringen av blodtrykket i blodårene til aortaroten overføres til nedstrømskarene forbundet med den og til og med til hele arteriesystemet, og dermed danne den kontinuerlige utvidelsen og sammentrekningen av hele arteriell vaskulær vegg. Det vil si at den periodiske juling av hjertet skaper pulsbølger i aorta som krusninger fremover langs blodkarveggene i hele arteriesystemet. Hver gang hjertet utvider seg og trekker seg sammen, produserer en endring i trykket i arteriesystemet en periodisk pulsbølge. Dette er hva vi kaller pulsbølgen. Pulsbølge kan reflektere mange fysiologiske opplysninger som hjerte, blodtrykk og blodstrøm, som kan gi viktig informasjon for ikke-invasiv deteksjon av spesifikke fysiske parametere i menneskekroppen.
I medisin er pulsbølge vanligvis delt inn i trykkpulsbølge og volumpulsbølge to typer. Trykkpulsbølge representerer hovedsakelig blodtrykksoverføring, mens volumpulsbølge representerer periodiske endringer i blodstrømmen. Sammenlignet med trykkpulsbølge, inneholder volumetrisk pulsbølge viktigere kardiovaskulær informasjon som menneskelige blodkar og blodstrøm. Den ikke-invasive deteksjonen av typisk blodstrømsvolumpulsbølge kan oppnås ved fotoelektrisk volumetrisk pulsbølgesporing. En spesifikk bølge av lys brukes til å belyse den målende delen av kroppen, og strålen når den fotoelektriske sensoren etter refleksjon eller overføring. Den mottatte strålen vil bære den effektive karakteristiske informasjonen til den volumetriske pulsbølgen. Fordi blodvolumet endres med jevne mellomrom med utvidelsen og sammentrekningen av hjertet, når hjertets diastol, er blodvolumet den minste, blodabsorpsjonen av lys, oppdaget sensoren den maksimale lysintensiteten; Når hjertet trekker seg sammen, er volumet maksimalt og lysintensiteten som registreres av sensoren er minimum. I den ikke-invasive deteksjonen av fingertuppene med pulsbølge i blodstrømmen som direkte målingsdata, bør valg av spektralt målingssted følge følgende prinsipper
1. Venene i blodårene bør være mer rikelig, og andelen effektiv informasjon som hemoglobin og ICG i den totale materialinformasjonen i spekteret bør forbedres
2. Den har åpenbare egenskaper for blodstrømsvolumendring for å effektivt samle volumpulsbølgesignaler
3. For å oppnå det menneskelige spekteret med god repeterbarhet og stabilitet, påvirkes vevsegenskapene mindre av individuelle forskjeller.
4. Det er lett å utføre spektraldeteksjon, og lett å bli akseptert av emnet, for å unngå interferensfaktorer som rask hjertefrekvens og måleposisjonsbevegelse forårsaket av stressfølelsen.
Skjematisk diagram av blodkarfordeling i menneskehåndflaten Posisjonen til armen kan knapt oppdage pulsbølgen, så den er ikke egnet for deteksjon av blodstrømsvolumpulsbølge; Håndleddet er nær den radiale arterien, trykkpulsbølgesignalet er sterkt, huden er lett å produsere mekanisk vibrasjon, kan føre til deteksjonssignalet i tillegg til volumpulsbølgen også bære hudrefleksjonspulsinformasjon, det er vanskelig å nøyaktig karakterisere egenskapene til blodvolumendring, er ikke egnet for måling posisjon; Selv om håndflaten er et av de vanlige kliniske bloduttaksstedene, er beinet tykkere enn fingeren, og pulsbølgeamplituden til håndflatevolumet samlet ved diffus refleksjon er lavere. Figur 2-5 viser fordelingen av blodårer i håndflaten. Når du observerer figuren, kan det ses at det er rikelig med kapillærnettverk i den fremre delen av fingeren, som effektivt kan reflektere hemoglobininnholdet i menneskekroppen. Dessuten har denne posisjonen åpenbare karakteristikker av blodstrømsvolumendring, og er den ideelle måleposisjonen for volumpulsbølge. Muskel- og beinvevet til fingrene er relativt tynt, så påvirkningen av informasjon om bakgrunnsinterferens er relativt liten. I tillegg er fingertuppen lett å måle, og motivet har ingen psykologisk belastning, noe som bidrar til å oppnå et stabilt høyt signal-til-støyforhold spektralt signal. Menneskelig finger består av bein, negler, hud, vev, venøst blod og arterielt blod. I prosessen med interaksjon med lys endres blodvolumet i fingerperifere arterie med hjerteslag, noe som resulterer i endring av optisk banemåling. Mens de andre komponentene er konstante i hele lysprosessen.
Når en bestemt bølgelengde av lys påføres fingertuppens overhud, kan fingeren betraktes som en blanding, inkludert to deler: statisk materiale (den optiske banen er konstant) og dynamisk materiale (den optiske banen endres med volumet til den materiale). Når lyset absorberes av fingertuppvevet, mottas det transmitterte lyset av en fotodetektor. Intensiteten til transmittert lys som samles opp av sensoren er åpenbart dempet på grunn av absorberbarheten til forskjellige vevskomponenter i menneskelige fingre. I henhold til denne egenskapen er den tilsvarende modellen for fingerlysabsorpsjon etablert.
Egnet person:
Fingertupp pulsoksymeterer egnet for mennesker i alle aldre, inkludert barn, voksne, eldre, pasienter med koronar hjertesykdom, hypertensjon, hyperlipidemia, cerebral trombose og andre vaskulære sykdommer og pasienter med astma, bronkitt, kronisk bronkitt, lungesykdom og andre luftveislys.
Innleggstid: 17. juni 2022
