Пулсовият оксиметър за пръст е изобретен от Миликан 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 за пръст?
Спектрални абсорбционни характеристики на биологичната тъкан: Когато светлината се облъчва върху биологична тъкан, ефектът на биологичната тъкан върху светлината може да се раздели на четири категории, включително абсорбция, разсейване, отражение и флуоресценция. Ако се изключи разсейването, разстоянието, което светлината изминава през биологичната тъкан, се определя главно от абсорбцията. Когато светлината прониква през някои прозрачни вещества (твърди, течни или газообразни), интензитетът на светлината намалява значително поради целенасоченото абсорбиране на някои специфични честотни компоненти, което е феноменът на абсорбция на светлина от веществата. Количеството светлина, което едно вещество абсорбира, се нарича неговата оптична плътност, известна още като абсорбция.
Схематична диаграма на абсорбцията на светлина от материята. В целия процес на разпространение на светлината, количеството светлинна енергия, абсорбирано от материята, е пропорционално на три фактора: интензитет на светлината, разстояние на светлинния път и брой на абсорбиращите светлина частици в напречното сечение на светлинния път. Предпоставката за хомогенен материал е, че броят на абсорбиращите светлина частици в напречното сечение може да се разглежда като абсорбиращи светлина частици на единица обем, а именно концентрацията на абсорбиращи светлина частици в материала, може да се приеме законът на Ламберт-Бир: може да се интерпретира като концентрация на материала и дължина на оптичния път на единица обем от оптичната плътност, способността на материала да реагира на естеството на абсорбиращата светлина. С други думи, формата на кривата на абсорбционния спектър на едно и също вещество е еднаква и абсолютното положение на абсорбционния пик ще се промени само поради различната концентрация, но относителното положение ще остане непроменено. В процеса на абсорбция, абсорбцията на всички вещества се извършва в обема на едно и също сечение, като абсорбиращите вещества не са свързани помежду си, не съществуват флуоресцентни съединения и няма явление на промяна на свойствата на средата поради светлинното излъчване. Следователно, за разтвор с N абсорбционни компоненти, оптичната плътност е адитивна. Адитивността на оптичната плътност осигурява теоретична основа за количествено измерване на абсорбиращите компоненти в смеси.
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 известни и неизвестни спектрални терапии и спектрални диагностики. В инфрачервената област водата се превръща в доминиращо вещество, абсорбиращо светлината в биологичните тъкани, така че дължината на вълната, възприета от системата, трябва да избягва пика на абсорбция на водата, за да се получи по-добра информация за абсорбцията на светлина от целевото вещество. Следователно, в близкия инфрачервен спектър от 600-950 nm, основните компоненти на тъканта на върха на човешкия пръст с капацитет за абсорбция на светлина включват вода в кръвта, O2Hb (оксигениран хемоглобин), RHb (редуциран хемоглобин) и периферен кожен меланин и други тъкани.
Следователно, можем да получим ефективна информация за концентрацията на компонента, който ще се измерва в тъканта, като анализираме данните от емисионния спектър. Така че, когато имаме концентрациите на O2Hb и RHb, знаем кислородното насищане.Кислородна сатурация SpO2е процентът от обема на свързания с кислород оксигениран хемоглобин (HbO2) в кръвта като процент от общия свързващ се хемоглобин (Hb), концентрацията на кислород в кръвта, пулсът, 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 аортния корен, което разширява стената на кръвоносния съд. Обратно, диастолата на сърцето води до спадане на кръвното налягане в кръвоносните съдове на аортния корен, което кара стената на кръвоносния съд да се свива. С непрекъснатото повторение на сърдечния цикъл, постоянната промяна на кръвното налягане в кръвоносните съдове на аортния корен ще се предаде на съдовете, свързани с него надолу по течението, и дори на цялата артериална система, като по този начин се образува непрекъснатото разширяване и свиване на цялата артериална съдова стена. Тоест, периодичното биене на сърцето създава пулсови вълни в аортата, които се разпространяват напред по стените на кръвоносните съдове в цялата артериална система. Всеки път, когато сърцето се разширява и свива, промяна в налягането в артериалната система произвежда периодична пулсова вълна. Това наричаме пулсова вълна. Пулсовата вълна може да отразява много физиологична информация, като например сърдечна дейност, 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 вида: пулсова вълна на налягане и обемна пулсова вълна. Пулсовата вълна на налягане представлява главно предаването на кръвното налягане, докато обемната пулсова вълна представлява периодични промени в кръвния поток. В сравнение с пулсовата вълна на налягане, обемната пулсова вълна съдържа по-важна сърдечно-съдова информация, като например човешки кръвоносни съдове и кръвен поток. Неинвазивното откриване на типичната пулсова вълна на обемния кръвен поток може да се постигне чрез фотоелектрично обемно проследяване на пулсовата вълна. Специфична светлинна вълна се използва за осветяване на измерваната част от тялото и лъчът достига до фотоелектричния сензор след отражение или предаване. Приетият лъч ще носи ефективната характеристична информация за обемната пулсова вълна. Тъй като обемът на кръвта се променя периодично с разширяването и свиването на сърцето, по време на диастолата на сърцето обемът на кръвта е най-малък и абсорбцията на светлина от кръвта, сензорът регистрира максимален интензитет на светлината; когато сърцето се свива, обемът е максимален, а интензитетът на светлината, регистриран от сензора, е минимален. При неинвазивно откриване на върховете на пръстите с пулсова вълна на обемния кръвен поток като директни данни за измерване, изборът на спектрално място за 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 в обема на кръвния поток, за да събира ефективно сигнал за обемна пулсова вълна
3. За да се получи човешкият спектър с добра повторяемост и стабилност, характеристиките на тъканите са по-малко засегнати от индивидуалните различия.
4. Лесно е да се извърши спектрално откриване и лесно се възприема от субекта, за да се избегнат смущаващи фактори като учестен пулс и движение на позицията на измерване, причинени от стресова емоция.
Схематична диаграма на разпределението на кръвоносните съдове в човешката длан. Позицията на ръката трудно може да засече пулсовата вълна, така че не е подходяща за откриване на пулсова вълна с обем на кръвния поток; китката е близо до радиалната артерия, сигналът от пулсова вълна за налягане е силен, кожата лесно произвежда механични вибрации, което може да доведе до сигнал за откриване, в допълнение към обемната пулсова вълна, която също така носи информация за пулсовото отражение от кожата, което е трудно да се характеризират точно характеристиките на промяната в обема на кръвта, не е подходяща за измерване; Въпреки че дланта е едно от често срещаните места за клинично вземане на кръв, костта ѝ е по-дебела от тази на пръста, а 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 в обема на кръвния поток и е идеалната позиция за измерване на обемната пулсова вълна. Мускулните и костните тъкани на пръстите са сравнително тънки, така че влиянието на фоновата интерференция е сравнително малко. Освен това, върхът на пръста е лесен за измерване и обектът не е подложен на психологическо натоварване, 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 със сърдечната дейност, което води до промяна в измерването на оптичния път. Докато останалите компоненти са постоянни в целия процес на светлината.
Когато върху епидермиса на върха на пръста се приложи светлина с определена дължина на вълната, 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 материала). Когато светлината се абсорбира от тъканта на върха на пръста, пропуснатата светлина се приема от фотодетектор. Интензитетът на пропуснатата светлина, събрана от сензора, очевидно е намален поради абсорбционната способност на различни тъканни компоненти на човешките пръсти. Според тази характеристика се установява еквивалентен модел на абсорбция на светлина от пръст.
Подходящ човек:
Пулсов оксиметър за пръстПодходящ е за хора от всички възрасти, включително деца, възрастни, хора в напреднала възраст, пациенти с коронарна болест на сърцето, хипертония, хиперлипидемия, церебрална тромбоза и други съдови заболявания, както и пациенти с астма, бронхит, хроничен бронхит, белодробна болест на сърцето и други респираторни заболявания.
Време на публикуване: 17 юни 2022 г.
