Пулсовият оксиметър на върха на пръста е изобретен от Millikan през 40-те години на миналия век, за да следи концентрацията на кислород в артериалната кръв, важен индикатор за тежестта на COVID-19.Йонкер сега обяснява как работи пулсовият оксиметър на върха на пръста?
Спектрални абсорбционни характеристики на биологична тъкан: Когато светлината се облъчва върху биологична тъкан, ефектът на биологичната тъкан върху светлината може да бъде разделен на четири категории, включително абсорбция, разсейване, отражение и флуоресценция. Ако разсейването е изключено, разстоянието, което светлината изминава през биологичната тъкан тъканта се управлява главно от абсорбцията. Когато светлината проникне през някои прозрачни вещества (твърди, течни или газообразни), интензитетът на светлината намалява значително поради целенасоченото поглъщане на някои специфични честотни компоненти, което е феноменът на поглъщане на светлина от вещества. Колко светлина абсорбира дадено вещество се нарича неговата оптична плътност, известна още като абсорбция.
Схематична диаграма на поглъщането на светлина от материята в целия процес на разпространение на светлината, количеството светлинна енергия, погълната от материята, е пропорционално на три фактора, които са интензитетът на светлината, разстоянието на светлинния път и броят на поглъщащите светлина частици върху напречното сечение на светлинния път. Въз основа на предпоставката за хомогенен материал, броят на светлинните пътеки на светлопоглъщащите частици върху напречното сечение може да се разглежда като светлопоглъщащи частици на единица обем, а именно концентрацията на леки частици при засмукване на материала, може да получи закона на Ламберт Биър: може да се тълкува като концентрация на материала и дължина на оптичния път на единица обем оптична плътност, способност на засмукващата светлина на материала да реагира на естеството на засмукващата светлина на материала. С други думи, формата на кривата на абсорбционния спектър на същото вещество е същата и абсолютната позиция на пикът на абсорбция ще се промени само поради различната концентрация, но относителната позиция ще остане непроменена. В процеса на абсорбция абсорбцията на всички вещества се извършва в обема на една и съща секция, а абсорбиращите вещества не са свързани помежду си и не съществуват флуоресцентни съединения и няма феномен на промяна на свойствата на средата поради светлинно излъчване. Следователно, за разтвора с N абсорбционни компоненти, оптичната плътност е адитивна. Адитивността на оптичната плътност осигурява теоретична основа за количественото измерване на абсорбиращите компоненти в смесите.
В оптиката на биологичните тъкани спектралната област от 600 ~ 1300 nm обикновено се нарича "прозорец на биологичната спектроскопия" и светлината в тази лента има специално значение за много познати и неизвестни спектрална терапия и спектрална диагностика. В инфрачервената област водата се превръща в доминиращата субстанция, абсорбираща светлина в биологичните тъкани, така че дължината на вълната, приета от системата, трябва да избягва пика на абсорбция на водата, за да се получи по-добре информацията за абсорбцията на светлина от целевото вещество. Следователно, в близкия инфрачервен диапазон на спектъра от 600-950 nm, основните компоненти на тъканта на върха на човешкия пръст с капацитет за абсорбиране на светлина включват вода в кръвта, O2Hb (оксигениран хемоглобин), RHb (намален хемоглобин) и меланин на периферната кожа и други тъкани.
Следователно можем да получим ефективната информация за концентрацията на компонента, който трябва да се измери в тъканта, като анализираме данните от емисионния спектър. Така че, когато имаме концентрациите на O2Hb и RHb, знаем кислородното насищане.Насищане на кислород SpO2е процентът на обема на свързания с кислород кислороден хемоглобин (HbO2) в кръвта като процент от общия свързващ хемоглобин (Hb), концентрацията на кислород в кръвта импулс, така че защо се нарича пулсов оксиметър? Ето една нова концепция: обем на кръвния поток пулсова вълна. По време на всеки сърдечен цикъл свиването на сърцето води до повишаване на кръвното налягане в кръвоносните съдове на корена на аортата, което разширява стената на кръвоносния съд. Обратно, диастолата на сърцето причинява спад на кръвното налягане в кръвоносните съдове на корена на аортата, което води до свиване на стената на кръвоносния съд. С непрекъснатото повторение на сърдечния цикъл, постоянната промяна на кръвното налягане в кръвоносните съдове на корена на аортата ще се предаде на свързаните с него съдове надолу по течението и дори на цялата артериална система, като по този начин се образува непрекъснато разширяване и свиване на цялата артериална съдова стена. Това означава, че периодичното биене на сърцето създава пулсови вълни в аортата, които се движат напред по стените на кръвоносните съдове в цялата артериална система. Всеки път, когато сърцето се разширява и свива, промяната в налягането в артериалната система предизвиква периодична пулсова вълна. Това е, което наричаме пулсова вълна. Пулсовата вълна може да отразява много физиологична информация като сърце, кръвно налягане и кръвен поток, което може да предостави важна информация за неинвазивно откриване на специфични физически параметри на човешкото тяло.
В медицината пулсовата вълна обикновено се разделя на два типа пулсова вълна под налягане и обемна пулсова вълна. Пулсовата вълна на налягането представлява главно предаване на кръвното налягане, докато пулсовата вълна на обема представлява периодични промени в кръвния поток. В сравнение с пулсовата вълна под налягане, обемната пулсова вълна съдържа по-важна информация за сърдечно-съдовата система, като човешки кръвоносни съдове и кръвен поток. Неинвазивното откриване на типична обемна пулсова вълна на кръвния поток може да се постигне чрез фотоелектрическо обемно проследяване на пулсова вълна. Използва се специфична вълна от светлина за осветяване на измервателната част на тялото и лъчът достига до фотоелектричния сензор след отражение или предаване. Полученият лъч ще носи ефективната характеристична информация на обемната пулсова вълна. Тъй като обемът на кръвта се променя периодично с разширяването и свиването на сърцето, когато сърдечната диастола, обемът на кръвта е най-малък, кръвното поглъщане на светлина, сензорът открива максималния интензитет на светлината; Когато сърцето се свие, обемът е максимален, а интензитетът на светлината, отчетен от сензора, е минимален. При неинвазивното откриване на върховете на пръстите с пулсова вълна на кръвния поток като директни данни от измерването, изборът на място за спектрално измерване трябва да следва следните принципи
1. Вените на кръвоносните съдове трябва да бъдат по-изобилни и делът на ефективната информация като хемоглобин и ICG в общата материална информация в спектъра трябва да се подобри
2. Има очевидни характеристики на промяна на обема на кръвния поток за ефективно събиране на обемен сигнал от пулсова вълна
3. За да се получи човешки спектър с добра повторяемост и стабилност, характеристиките на тъканите се влияят по-малко от индивидуалните различия.
4. Лесно е да се извърши спектрално откриване и лесно да се приеме от субекта, така че да се избегнат факторите на смущение като ускорен пулс и движение на позицията на измерване, причинени от емоцията на стреса.
Схематична диаграма на разпределението на кръвоносните съдове в човешката длан Позицията на ръката трудно може да открие пулсовата вълна, така че не е подходяща за откриване на обема на кръвния поток пулсова вълна; Китката е близо до радиалната артерия, сигналът на пулсовата вълна на налягането е силен, кожата е лесна за генериране на механични вибрации, може да доведе до сигнала за откриване в допълнение към обемната пулсова вълна също носи информация за импулса на отражението на кожата, трудно е точно да се определи характеризира характеристиките на промяната на обема на кръвта, не е подходящ за позиция на измерване; Въпреки че дланта е едно от обичайните клинични места за вземане на кръв, нейната кост е по-дебела от пръста и амплитудата на пулсовата вълна на обема на дланта, събрана чрез дифузно отражение, е по-ниска. Фигура 2-5 показва разпределението на кръвоносните съдове в дланта. Наблюдавайки фигурата, може да се види, че в предната част на пръста има изобилие от капилярни мрежи, които могат ефективно да отразяват съдържанието на хемоглобин в човешкото тяло. Освен това тази позиция има очевидни характеристики на промяна на обема на кръвния поток и е идеалната позиция за измерване на обемна пулсова вълна. Мускулните и костните тъкани на пръстите са относително тънки, така че влиянието на информацията за фоновата интерференция е относително малко. В допълнение, върхът на пръста е лесен за измерване и субектът няма психологическа тежест, което е благоприятно за получаване на стабилен спектрален сигнал с високо съотношение сигнал/шум. Човешкият пръст се състои от кост, нокът, кожа, тъкан, венозна кръв и артериална кръв. В процеса на взаимодействие със светлината обемът на кръвта в периферната артерия на пръста се променя с биенето на сърцето, което води до промяна на измерването на оптичния път. Докато другите компоненти са постоянни в целия процес на светлина.
Когато определена дължина на вълната на светлината се приложи към епидермиса на върха на пръста, пръстът може да се разглежда като смес, включваща две части: статична материя (оптичният път е постоянен) и динамична материя (оптичният път се променя с обема на материал). Когато светлината се абсорбира от тъканта на върха на пръста, пропуснатата светлина се приема от фотодетектор. Интензитетът на предаваната светлина, събрана от сензора, очевидно е отслабен поради абсорбируемостта на различни тъканни компоненти на човешките пръсти. Според тази характеристика е установен еквивалентен модел на поглъщане на светлина от пръста.
Подходящо лице:
Пулсов оксиметър на върха на пръстае подходящ за хора от всички възрасти, включително деца, възрастни, възрастни хора, пациенти с коронарна болест на сърцето, хипертония, хиперлипидемия, церебрална тромбоза и други съдови заболявания и пациенти с астма, бронхит, хроничен бронхит, белодробно сърце и други респираторни заболявания.
Време на публикуване: 17 юни 2022 г
