Az ujjbegyű pulzoximétert Millikan találta fel az 1940-es években az artériás vér oxigénkoncentrációjának monitorozására, amely a COVID-19 súlyosságának fontos mutatója.Yonker most elmagyarázza, hogyan működik az ujjbegyű pulzoximéter?
A biológiai szövetek spektrális abszorpciós jellemzői: Amikor fényt sugároznak be a biológiai szövetbe, a biológiai szövet fényre gyakorolt hatása négy kategóriába sorolható, beleértve az abszorpciót, a szórást, a visszaverődést és a fluoreszcenciát. Ha a szórást kizárjuk, a fény távolságát, amelyet a biológiai szöveten áthalad, főként az abszorpció határozza meg. Amikor a fény áthatol néhány átlátszó anyagon (szilárd, folyékony vagy gáznemű), a fény intenzitása jelentősen csökken néhány meghatározott frekvenciakomponens célzott abszorpciója miatt, ami a fény anyagok általi elnyelési jelensége. Azt, hogy egy anyag mennyi fényt nyel el, optikai sűrűségének nevezzük, más néven abszorbanciának.
Az anyag általi fényelnyelés sematikus diagramja a fényterjedés teljes folyamatában, az anyag által elnyelt fényenergia mennyisége három tényezővel arányos, ezek a fény intenzitása, a fényút távolsága és a fényelnyelő részecskék száma a fényút keresztmetszetén. A homogén anyag feltevésén a fényútszámú fényelnyelő részecskék a keresztmetszeten egységnyi térfogatra jutó fényelnyelő részecskéknek tekinthetők, vagyis az anyag szívó fényrészecske-koncentrációja megkaphatja a lambert sör törvényét: értelmezhető anyagkoncentrációként és térfogategységre eső optikai úthosszként az optikai sűrűség, az anyag szívófény alakja, más szavakkal az anyag szívó fény jellege, a többi szóban az anyag szívóképessége. Ugyanazon anyag abszorpciós spektrum görbéje megegyezik, és az abszorpciós csúcs abszolút helyzete csak az eltérő koncentráció miatt változik, de a relatív helyzete változatlan marad. Az abszorpciós folyamatban az anyagok abszorpciója mind ugyanannak a szakasznak a térfogatában történik, és az elnyelő anyagok nem kapcsolódnak egymáshoz, és nem léteznek fluoreszcens vegyületek, és nincs olyan jelenség, hogy a közeg tulajdonságai megváltoznának a fénysugárzás hatására. Ezért a N-abszorpciós komponenseket tartalmazó oldatnál az optikai sűrűség additív. Az optikai sűrűség additivitása elméleti alapot ad a keverékekben található abszorbens komponensek mennyiségi mérésére.
A biológiai szövetoptikában a 600 ~ 1300 nm-es spektrális tartományt általában "a biológiai spektroszkópia ablakának" nevezik, és az ebben a sávban lévő fénynek különleges jelentősége van számos ismert és ismeretlen spektrális terápia és spektrális diagnosztika szempontjából. Az infravörös tartományban a víz válik a domináns fényelnyelő anyaggá a biológiai szövetekben, ezért a rendszer által felvett hullámhossznak el kell kerülnie a víz abszorpciós csúcsát, hogy jobban megkapja a célanyag fényelnyelési információit. Ezért a közeli infravörös spektrum 600-950 nm-es tartományában az emberi ujjhegy szövetének fényelnyelő képességű fő összetevői közé tartozik a vérben lévő víz, az O2Hb (oxigénezett hemoglobin), az RHb (csökkentett hemoglobin), valamint a perifériás bőr melanin és más szövetek.
Ezért az emissziós spektrum adatainak elemzésével a mérendő komponens szövetben való koncentrációjáról kaphatunk hatékony információt. Tehát ha megvan az O2Hb és RHb koncentráció, akkor ismerjük az oxigéntelítettséget.Oxigéntelítettség SpO2az oxigénhez kötött oxigenizált hemoglobin (HbO2) térfogatának százalékos aránya a vérben a teljes kötő hemoglobin (Hb) százalékában, a vér oxigénimpulzusának koncentrációja, akkor miért hívják pulzoximéternek? Íme egy új koncepció: a véráramlás térfogatának pulzushulláma. Minden szívciklus során a szív összehúzódása az aortagyökér ereiben megemelkedik a vérnyomás, ami kitágítja az érfalat. Ezzel szemben a szív diasztoléja a vérnyomás csökkenését okozza az aortagyökér ereiben, ami az érfal összehúzódását okozza. A szívciklus folyamatos ismétlődésével az aortagyökér ereiben kialakuló vérnyomás állandó változása átkerül a hozzá kapcsolódó alsó erekbe, sőt a teljes artériás rendszerbe, így kialakul a teljes artériás érfal folyamatos tágulása és összehúzódása. Vagyis a szív periodikus dobogása pulzushullámokat hoz létre az aortában, amelyek az érfalak mentén előre hullámoznak az artériás rendszerben. Minden alkalommal, amikor a szív kitágul és összehúzódik, az artériás rendszer nyomásváltozása periodikus pulzushullámot generál. Ezt hívjuk pulzushullámnak. A pulzushullám számos fiziológiai információt tükrözhet, mint például a szív, a vérnyomás és a véráramlás, amelyek fontos információkkal szolgálhatnak az emberi test specifikus fizikai paramétereinek non-invazív kimutatásához.
Az orvostudományban a pulzushullámot általában nyomásimpulzushullámra és térfogati impulzushullámra osztják két típusra. A nyomási pulzushullám elsősorban a vérnyomás átvitelét jelenti, míg a térfogati pulzushullám a véráramlás periodikus változásait jelenti. A nyomási pulzushullámhoz képest a volumetrikus pulzushullám fontosabb szív- és érrendszeri információkat tartalmaz, például az emberi ereket és a véráramlást. A tipikus véráram-volumen impulzushullám noninvazív detektálása fotoelektromos volumetrikus impulzushullám követéssel érhető el. Egy meghatározott fényhullámot használnak a test mérendő részének megvilágítására, és a sugár visszaverődés vagy átvitel után éri el a fotoelektromos érzékelőt. A vett sugár a térfogati impulzushullám effektív jellemző információit fogja hordozni. Mivel a vér mennyisége időszakosan változik a szív tágulásával és összehúzódásával, amikor a szív diasztolé, a vér mennyisége a legkisebb, a vér fényelnyelése, az érzékelő a maximális fényintenzitást észlelte; Amikor a szív összehúzódik, a hangerő maximális, és az érzékelő által érzékelt fényintenzitás minimális. Az ujjbegyek nem invazív detektálásakor a véráramlási pulzushullámmal, mint közvetlen mérési adattal, a spektrális mérési hely kiválasztásánál a következő elveket kell követni
1. Az erek vénáinak bőségesebbnek kell lenniük, és javítani kell a hatékony információk, például a hemoglobin és az ICG arányát a spektrumban lévő összes anyaginformációban.
2. Nyilvánvaló jellemzői vannak a véráramlás térfogatváltozásának, hogy hatékonyan gyűjtse a térfogati impulzushullám jelet
3. A jó ismételhetőségű és stabilitású humán spektrum elérése érdekében a szöveti jellemzőket kevésbé befolyásolják az egyéni különbségek.
4. Könnyű spektrális detektálást végezni, és könnyen elfogadható az alany számára, így elkerülhető a stresszérzelem okozta zavaró tényezők, mint például a gyors pulzusszám és a mérési pozíció mozgása.
Emberi tenyér véredényeloszlásának sematikus diagramja A kar helyzete alig érzékeli a pulzushullámot, így nem alkalmas a véráramlási térfogat pulzushullám kimutatására; A csukló a radiális artéria közelében van, a nyomási impulzushullám jele erős, a bőr könnyen mechanikai rezgést kelt, az érzékelési jelhez a térfogati pulzushullám mellett bőrreflexiós impulzusinformációkat is hordozhat, nehéz pontosan jellemezni a vértérfogat változásának jellemzőit, nem alkalmas mérési pozícióra; Bár a tenyér az egyik gyakori klinikai vérvételi hely, csontja vastagabb, mint az ujj, és a diffúz reflexióval összegyűjtött tenyértérfogat pulzushullám-amplitúdója alacsonyabb. A 2-5. ábra a tenyér vérereinek eloszlását mutatja. Az ábrát megfigyelve látható, hogy az ujj elülső részén bőséges kapilláris hálózatok találhatók, amelyek hatékonyan képesek tükrözni az emberi szervezet hemoglobintartalmát. Ezen túlmenően ez a pozíció a véráramlás térfogatváltozásának nyilvánvaló jellemzőivel rendelkezik, és ez a térfogati pulzushullám ideális mérési pozíciója. Az ujjak izom- és csontszövetei viszonylag vékonyak, így a háttérinterferencia információ hatása viszonylag kicsi. Ezenkívül az ujjhegy könnyen mérhető, és az alanynak nincs pszichológiai terhelése, ami elősegíti a stabil, magas jel-zaj arányú spektrális jel elérését. Az emberi ujj csontból, körömből, bőrből, szövetből, vénás vérből és artériás vérből áll. A fénnyel való kölcsönhatás során az ujjperifériás artériában a vértérfogat a szívveréssel együtt változik, ami az optikai út mérésének megváltozását eredményezi. Míg a többi komponens állandó a fény teljes folyamatában.
Ha egy adott hullámhosszú fényt alkalmazunk az ujjhegy epidermiszére, az ujj keveréknek tekinthető, amely két részből áll: statikus anyagból (az optikai út állandó) és dinamikus anyagból (az optikai út az anyag térfogatával változik). Amikor a fényt az ujjbegy szövete elnyeli, az áteresztett fényt egy fotodetektor veszi. Az érzékelő által gyűjtött áteresztett fény intenzitása nyilvánvalóan gyengül az emberi ujjak különböző szöveti komponenseinek elnyelőképessége miatt. Ennek a jellemzőnek megfelelően az ujjak fényelnyelésének ekvivalens modellje jön létre.
Megfelelő személy:
Ujjhegyes pulzoximéteralkalmas minden korosztály számára, beleértve a gyermekeket, felnőtteket, időseket, szívkoszorúér-betegségben, magas vérnyomásban, hiperlipidémiában, agyi trombózisban és egyéb érrendszeri betegségekben szenvedőket, valamint asztmában, hörghurutban, krónikus hörghurutban, tüdő szívbetegségben és egyéb légúti betegségekben szenvedőket.
Feladás időpontja: 2022. június 17
