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 szóródást kizárjuk, akkor az a távolság, amelyet a fény megtesz a biológiai úton. A szövetet elsősorban a felszívódás szabályozza. 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 keresztmetszete. A homogén anyag feltevésén a fényútszámú fényelnyelő részecskék a keresztmetszeten egységnyi térfogatra jutó fényelnyelő részecskéknek tekinthetők, vagyis az anyagszívó fényrészecske-koncentráció, lambert sörtörvényt kaphat: anyagkoncentrációként értelmezhető, ill. Optikai úthossz egységnyi térfogatú optikai sűrűségre, az anyag szívófényének képessége, hogy reagáljon az anyag szívófény természetére. Más szóval, ugyanazon anyag abszorpciós spektrumgörbéjének alakja azonos, és az anyag abszolút helyzete az abszorpciós csúcs csak az eltérő koncentráció miatt változik, de a relatív helyzet 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, amely a közeg tulajdonságait megváltoztatná. fénysugárzás. 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 az állandó vérnyomásváltozás átkerül a hozzá kapcsolódó alsó erekbe, sőt az egész artériás rendszerbe, így kialakul az aortagyökér ereiben kialakuló folyamatos tágulás és összehúzódás. egész artériás érfal. 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 rendszerben bekövetkező nyomásváltozás 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 nyomás impulzushullám jele erős, a bőr könnyen mechanikai rezgést kelt, az észlelési jelhez vezethet, a hangerőn kívül a pulzushullám bőrreflexiós impulzusinformációkat is hordoz, nehéz pontosan meghatározni jellemzi a vértérfogat változás 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 vérerek eloszlását mutatja a tenyérben. 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 ujjbegy epidermiszére, az ujj egy keveréknek tekinthető, amely két részből áll: statikus anyagból (az optikai út állandó) és dinamikus anyagból (az optikai út az ujj térfogatával változik) anyag). 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
