Millikan keksi sormenpääpulssioksimetrin 1940-luvulla valtimoveren happipitoisuuden seuraamiseksi, mikä on tärkeä indikaattori COVID-19:n vakavuudesta.Yonker Selitetään nyt, miten sormenpääpulssioksimetri toimii?
Biologisen kudoksen spektriabsorptio-ominaisuudet: Kun valoa säteilytetään biologiseen kudokseen, biologisen kudoksen vaikutus valoon voidaan jakaa neljään luokkaan: absorptio, sironta, heijastus ja fluoresenssi. Jos sironta jätetään pois, valon kulkema matka biologisen kudoksen läpi määräytyy pääasiassa absorption perusteella. Kun valo tunkeutuu joihinkin läpinäkyviin aineisiin (kiinteisiin, nestemäisiin tai kaasumaisiin), valon intensiteetti vähenee merkittävästi tiettyjen tiettyjen taajuuskomponenttien kohdennetun absorption vuoksi. Tämä on aineiden valon absorptioilmiö. Sitä, kuinka paljon valoa aine absorboi, kutsutaan sen optiseksi tiheydeksi eli absorbanssiksi.
Kaaviokuva valon absorptiosta aineeseen koko valon etenemisprosessissa. Aineen absorboiman valoenergian määrä on verrannollinen kolmeen tekijään: valon voimakkuuteen, valopolun etäisyyteen ja valoa absorboivien hiukkasten lukumäärään valopolun poikkileikkauksessa. Homogeenisen materiaalin lähtökohtana valoa absorboivien hiukkasten lukumäärä poikkileikkauksessa voidaan tulkita valoa absorboivien hiukkasten lukumääräksi tilavuusyksikköä kohti. Materiaalin imuhiukkasten pitoisuus voi johtaa Lambertin ja Beerin lakiin: materiaalin pitoisuus ja optisen reitin pituus tilavuusyksikköä kohti ovat materiaalin optinen tiheys, joka vastaa materiaalin imuvalon luonnetta. Toisin sanoen saman aineen absorptiospektrikäyrän muoto on sama, ja absorptiopiikin absoluuttinen sijainti muuttuu vain eri pitoisuuden vuoksi, mutta suhteellinen sijainti pysyy muuttumattomana. Absorptioprosessissa kaikki aineiden absorptio tapahtuu saman poikkileikkauksen tilavuudessa, ja absorboivat aineet eivät liity toisiinsa. Fluoresoivia yhdisteitä ei ole olemassa, eikä väliaineen ominaisuuksien muuttuminen valon säteilyn vuoksi tapahdu. Siksi N2-absorptiokomponentteja sisältävän liuoksen optinen tiheys on additiivinen. Optisen tiheyden additiivisuus tarjoaa teoreettisen perustan seosten absorboivien komponenttien kvantitatiiviselle mittaamiselle.
Biologisessa kudosoptiikassa 600–1300 nm:n spektrialuetta kutsutaan yleensä "biologisen spektroskopian ikkunaksi", ja tämän alueen valolla on erityinen merkitys monille tunnetuille ja tuntemattomille spektriterapioille ja spektridiagnooseille. Infrapuna-alueella vedestä tulee biologisten kudosten hallitseva valoa absorboiva aine, joten järjestelmän käyttämän aallonpituuden on vältettävä veden absorptiopiikkia, jotta kohdeaineen valon absorptiotiedot saadaan paremmin. Siksi lähi-infrapuna-alueen 600–950 nm:n alueella ihmisen sormenpääkudoksen tärkeimmät valoa absorboivat komponentit ovat veren vesi, O2Hb (hapettunut hemoglobiini), RHb (pelkistynyt hemoglobiini) sekä perifeerisen ihon melaniini ja muut kudokset.
Siksi voimme saada tehokkaan tiedon mitattavan komponentin pitoisuudesta kudoksessa analysoimalla emissiospektrin tietoja. Kun meillä on O2Hb- ja RHb-pitoisuudet, tiedämme happisaturaation.Happisaturaatio SpO2on happeen sitoutuneen hapettuneen hemoglobiinin (HbO2) tilavuuden prosenttiosuus veressä sitoutuneen hemoglobiinin (Hb) kokonaismäärästä, veren happipitoisuudesta pulssissa. Miksi sitä kutsutaan pulssioksimetriksi? Tässä on uusi käsite: veren virtaustilavuuspulssiaalto. Jokaisen sydänsyklin aikana sydämen supistuminen aiheuttaa verenpaineen nousua aortan juuren verisuonissa, mikä laajentaa verisuonen seinämää. Toisaalta sydämen diastolia aiheuttaa verenpaineen laskua aortan juuren verisuonissa, mikä aiheuttaa verisuonen seinämän supistumisen. Sydänsyklin jatkuvan toistumisen myötä aortan juuren verisuonten jatkuva verenpaineen muutos välittyy siihen liittyviin alavirran verisuoniin ja jopa koko valtimojärjestelmään, muodostaen siten koko valtimon verisuonen seinämän jatkuvan laajenemisen ja supistumisen. Toisin sanoen sydämen jaksoittainen lyönti luo aorttaan pulssiaaltoja, jotka väreilevät eteenpäin verisuonten seinämiä pitkin koko valtimojärjestelmässä. Joka kerta, kun sydän laajenee ja supistuu, paineen muutos valtimojärjestelmässä tuottaa jaksollisen pulssiaallon. Tätä kutsumme pulsiaalloksi. Pulssiaalto voi heijastaa monia fysiologisia tietoja, kuten sydämen toimintaa, verenpainetta ja verenkiertoa, mikä voi tarjota tärkeää tietoa ihmiskehon tiettyjen fyysisten parametrien ei-invasiiviseen havaitsemiseen.
Lääketieteessä pulssiaalto jaetaan yleensä kahteen tyyppiin: painepulssiaalto ja tilavuuspulssiaalto. Painepulssiaalto edustaa pääasiassa verenpaineen siirtymistä, kun taas tilavuuspulssiaalto edustaa verenkierron jaksollisia muutoksia. Verrattuna painepulssiaaltoon, tilavuuspulssiaalto sisältää tärkeämpää tietoa sydän- ja verisuonista, kuten ihmisen verisuonista ja verenkierrosta. Tyypillisen verenvirtaustilavuuspulssiaallon ei-invasiivinen havaitseminen voidaan saavuttaa fotoelektrisellä volumetrisella pulssiaaltojäljityksellä. Mittausalueen valaisemiseen käytetään erityistä valoaaltoa, ja säde saavuttaa fotoelektrisen anturin heijastumisen tai läpäisyn jälkeen. Vastaanotettu säde kuljettaa tilavuuspulssiaallon tehokasta ominaisuutta. Koska veren tilavuus muuttuu säännöllisesti sydämen laajenemisen ja supistumisen myötä, sydämen diastolen aikana veren tilavuus on pienin ja veren valon absorbointi on pienin, jolloin anturi havaitsee suurimman valon voimakkuuden. Kun sydän supistuu, tilavuus on suurin ja anturin havaitsema valon voimakkuus on pienin. Sormenpäiden ei-invasiivisessa havaitsemisessa, jossa verenvirtaustilavuuspulssiaalto on suora mittaustieto, spektrimittauspaikan valinnassa tulee noudattaa seuraavia periaatteita:
1. Verisuonten laskimoiden tulisi olla runsaampia ja tehokkaan tiedon, kuten hemoglobiinin ja ICG:n, osuutta spektrin kokonaismateriaalitiedosta tulisi parantaa.
2. Sillä on ilmeiset veren virtausmäärän muutoksen ominaisuudet, jotka keräävät tehokkaasti pulssiaaltosignaalin
3. Jotta ihmisspektri saadaan toistettavuudella ja stabiilisuudella, kudosten ominaisuuksiin vaikuttavat vähemmän yksilölliset erot.
4. Spektrihavainnointi on helppoa ja koehenkilöllä on helppo hyväksyä se, jotta vältetään stressin aiheuttamat häiriötekijät, kuten nopea syke ja mittausasennon liikkuminen.
Kaaviokuva verisuonten jakautumisesta ihmisen kämmenessä: Käsivarren asento tuskin havaitsee pulssiaaltoa, joten se ei sovellu veren virtausmäärän pulssiaallon havaitsemiseen; Ranne on lähellä värähtelyvaltimoa, painepulssiaaltosignaali on voimakas, iho tuottaa helposti mekaanista värähtelyä, mikä voi johtaa siihen, että havaitsemissignaali tilavuuspulssiaallon lisäksi kuljettaa myös ihon heijastamaa pulssitietoa, ja veren tilavuuden muutoksen ominaisuuksia on vaikea karakterisoida tarkasti, eikä se sovellu mittausasentoon; Vaikka kämmen on yksi yleisimmistä kliinisistä verinäytteenottopaikoista, sen luu on paksumpaa kuin sormen, ja hajaheijastuksen avulla kerätyn kämmenen tilavuuden pulssiaallon amplitudi on pienempi. Kuva 2-5 esittää verisuonten jakautumisen kämmenessä. Kuvasta voidaan nähdä, että sormen etuosassa on runsaasti kapillaariverkostoja, jotka voivat tehokkaasti heijastaa hemoglobiinipitoisuutta ihmiskehossa. Lisäksi tällä asennolla on selkeät veren virtausmäärän muutoksen ominaisuudet, ja se on ihanteellinen pulssiaallon tilavuusmittausasento. Sormien lihas- ja luukudos on suhteellisen ohutta, joten taustahäiriötietojen vaikutus on suhteellisen pieni. Lisäksi sormenpäätä on helppo mitata, eikä kohteelle aiheudu psykologista taakkaa, mikä edistää vakaan ja korkean signaali-kohinasuhteen omaavan spektrisignaalin saamista. Ihmisen sormi koostuu luusta, kynnestä, ihosta, kudoksesta, laskimo- ja valtimoverestä. Valon vaikutuksesta sormen perifeerisen valtimoiden veren tilavuus muuttuu sydämenlyönnin mukana, mikä johtaa optisen reitin mittauksen muutokseen. Muut komponentit pysyvät vakioina koko valon mittauksen ajan.
Kun sormenpään epidermikseen kohdistetaan tietty valon aallonpituus, sormea voidaan pitää seoksena, joka sisältää kaksi osaa: staattista ainetta (optinen reitti on vakio) ja dynaamista ainetta (optinen reitti muuttuu materiaalin tilavuuden mukaan). Kun sormenpään kudos absorboi valoa, valoilmaisin vastaanottaa läpäisseen valon. Anturin keräämän läpäisseen valon intensiteetti vaimenee luonnollisesti ihmissormien eri kudososien absorboituvuuden vuoksi. Tämän ominaisuuden perusteella muodostetaan sormen valon absorptiota vastaava malli.
Sopiva henkilö:
Sormenpääpulssioksimetrisopii kaikenikäisille, mukaan lukien lapset, aikuiset, vanhukset, sepelvaltimotautia, korkeaa verenpainetta, hyperlipidemiaa, aivoverisuonitukosta ja muita verisuonisairauksia sairastavat sekä astmaa, keuhkoputkentulehdusta, kroonista keuhkoputkentulehdusta, keuhkosydänsairautta ja muita hengityselinsairauksia sairastavat.
Julkaisun aika: 17. kesäkuuta 2022
