Millikan keksi 1940-luvulla sormenpäässä käytettävän pulssioksimetrin valvomaan valtimoveren happipitoisuutta, joka on tärkeä COVID-19-taudin vakavuuden indikaattori.Yonker nyt selittää kuinka sormenpään pulssioksimetri toimii?
Biologisen kudoksen spektraaliset absorptio-ominaisuudet: Kun valoa säteilytetään biologiseen kudokseen, biologisen kudoksen vaikutus valoon voidaan jakaa neljään luokkaan, mukaan lukien absorptio, sironta, heijastus ja fluoresenssi. Jos sironta jätetään pois, etäisyys, jonka valo kulkee biologisen kudoksen läpi. kudosta säätelee pääasiassa imeytyminen.Kun valo tunkeutuu joidenkin läpinäkyvien aineiden (kiinteiden, nestemäisten tai kaasumaisten) läpi, valon intensiteetti pienenee merkittävästi johtuen joidenkin tiettyjen taajuuskomponenttien kohdistetusta absorptiosta, mikä on valon absorptioilmiö aineisiin.Sitä, kuinka paljon valoa aine absorboi, kutsutaan sen optiseksi tiheydeksi, joka tunnetaan myös nimellä absorbanssi.
Kaavio aineen valon absorptiosta koko valon etenemisprosessissa, aineen absorboima valoenergian määrä on verrannollinen kolmeen tekijään, jotka ovat valon intensiteetti, valopolun etäisyys ja valoa absorboivien hiukkasten lukumäärä valopolun poikkileikkaus.Homogeenisen materiaalin lähtökohtana valopolun lukumäärän valoa absorboivat hiukkaset poikkileikkauksella voidaan katsoa valoa absorboiviksi hiukkasiksi tilavuusyksikköä kohti, eli materiaalin imukevyt hiukkaskonsentraatio, voi saada lambert-oluen lain: voidaan tulkita materiaalipitoisuudeksi ja optisen reitin pituus optisen tiheyden tilavuusyksikköä kohden, materiaalin imuvalon kyky reagoida materiaalin imuvalon luonteeseen. Toisin sanoen saman aineen absorptiospektrikäyrän muoto on sama ja sen absoluuttinen sijainti absorptiohuippu muuttuu vain erilaisesta pitoisuudesta johtuen, mutta suhteellinen sijainti pysyy ennallaan.Absorptioprosessissa aineiden absorptio tapahtuu kaikki saman osan tilavuudessa, ja absorboivat aineet eivät liity toisiinsa, eikä fluoresoivia yhdisteitä ole olemassa, eikä väliaineen ominaisuuksien muuttamisesta johtuvaa ilmiötä ole. valon säteilyä.Siksi liuoksessa, jossa on N-absorptiokomponentteja, optinen tiheys on additiivinen.Optisen tiheyden additiivisuus tarjoaa teoreettisen perustan seoksissa olevien absorboivien komponenttien kvantitatiiviselle mittaukselle.
Biologisessa kudosoptiikassa spektrialuetta 600 ~ 1300 nm kutsutaan yleensä "biologisen spektroskopian ikkunaksi", ja tämän kaistan valolla on erityinen merkitys monille tunnetuille ja tuntemattomille spektriterapialle ja spektridiagnoosille.Infrapuna-alueella vedestä tulee hallitseva valoa absorboiva aine biologisissa kudoksissa, joten järjestelmän omaksuman aallonpituuden on vältettävä veden absorptiohuippua saadakseen paremmin kohdeaineen valon absorptioinformaatiota.Siksi lähi-infrapunaspektrialueella 600-950 nm ihmisen sormenpääkudoksen pääkomponentteja, joilla on valoa absorptiokyky, ovat veren vesi, O2Hb (hapetettu hemoglobiini), RHb (alennettu hemoglobiini) ja perifeerinen ihon melaniini ja muut kudokset.
Näin ollen voimme saada tehokkaan tiedon mitattavan komponentin pitoisuudesta kudoksessa analysoimalla emissiospektrin tietoja.Joten kun meillä on O2Hb- ja RHb-pitoisuudet, tiedämme happisaturaation.Happisaturaatio SpO2on happeen sitoutuneen hapetetun hemoglobiinin (HbO2) tilavuuden prosenttiosuus veressä prosentteina sitoutuneesta hemoglobiinista (Hb), veren happipulssin pitoisuus, joten miksi sitä kutsutaan pulssioksimetriksi?Tässä on uusi konsepti: veren virtauksen tilavuuspulssiaalto.Jokaisen sydänsyklin aikana sydämen supistuminen aiheuttaa verenpaineen nousun aorttajuuren verisuonissa, mikä laajentaa verisuonen seinämää.Sitä vastoin sydämen diastoli aiheuttaa verenpaineen laskun aortan juuren verisuonissa, mikä saa verisuonen seinämän supistumaan.Sydänsyklin jatkuvan toistumisen myötä aorttajuuren verisuonten jatkuva verenpaineen muutos välittyy siihen liittyviin alavirtaan oleviin verisuoniin ja jopa koko valtimojärjestelmään muodostaen näin aorttajuuren jatkuvan laajenemisen ja supistumisen. koko valtimoiden seinämä.Toisin sanoen sydämen säännöllinen lyöminen luo aortassa pulssiaaltoja, jotka värähtelevät eteenpäin pitkin verisuonten seinämiä koko valtimojärjestelmässä.Joka kerta kun sydän laajenee ja supistuu, paineen muutos valtimojärjestelmässä tuottaa jaksollisen pulssiaallon.Tätä kutsumme pulssiaalloksi.Pulssiaalto voi heijastaa monia fysiologisia tietoja, kuten sydäntä, verenpainetta ja verenkiertoa, mikä voi tarjota tärkeää tietoa ihmiskehon tiettyjen fyysisten parametrien ei-invasiivista havaitsemista varten.
Lääketieteessä pulssiaalto jaetaan yleensä kahteen tyyppiin painepulssiaaltoon ja tilavuuspulssiaaltoon.Painepulssiaalto edustaa pääasiassa verenpaineen siirtymistä, kun taas tilavuuspulssiaalto edustaa säännöllisiä muutoksia verenvirtauksessa.Painepulssiaaltoon verrattuna tilavuuspulssiaalto sisältää tärkeämpää kardiovaskulaarista tietoa, kuten ihmisen verisuonia ja verenkiertoa.Tyypillisen verenvirtaustilavuuden pulssiaallon ei-invasiivinen havaitseminen voidaan saavuttaa valosähköisellä volumetrisella pulssiaallon jäljityksellä.Tiettyä valon aaltoa käytetään valaisemaan kehon mittausosa, ja säde saavuttaa valosähköisen anturin heijastuksen tai läpäisyn jälkeen.Vastaanotettu säde kuljettaa volyymipulssiaallon tehollisen ominaisinformaation.Koska veren tilavuus muuttuu ajoittain sydämen laajenemisen ja supistumisen myötä, kun sydän diastolei, veren tilavuus on pienin, veren valon absorptio, anturi havaitsi suurimman valon voimakkuuden;Kun sydän supistuu, äänenvoimakkuus on maksimi ja anturin havaitsema valon intensiteetti on minimaalinen.Ei-invasiivisessa sormenpäiden havaitsemisessa verenvirtaustilavuuden pulssiaallon ollessa suorana mittaustietona spektrimittauskohdan valinnassa tulee noudattaa seuraavia periaatteita
1. Verisuonten suonet tulisi olla runsaampia ja tehokkaan tiedon, kuten hemoglobiinin ja ICG:n, osuutta spektrin koko materiaalitiedosta tulisi parantaa
2. Sillä on ilmeisiä verenvirtauksen tilavuuden muutoksen ominaisuuksia, jotta se kerää tehokkaasti tilavuuspulssiaaltosignaalin
3. Jotta ihmisen spektri olisi hyvä toistettavuus ja stabiilisuus, yksilölliset erot vaikuttavat vähemmän kudosten ominaisuuksiin.
4. Spektritunnistus on helppo suorittaa ja se on helppo hyväksyä kohteen, jotta vältetään stressitunteen aiheuttamat häiriötekijät, kuten nopea syke ja mittausasennon liike.
Kaaviokuva verisuonten jakautumisesta ihmisen kämmenessä Käsivarren asento ei pysty havaitsemaan pulssiaaltoa, joten se ei sovellu veren virtaustilavuuden pulssiaallon havaitsemiseen;Ranne on lähellä säteittäistä valtimoa, painepulssiaaltosignaali on voimakas, iho on helppo tuottaa mekaanista tärinää, voi johtaa tunnistussignaaliin äänenvoimakkuuden lisäksi pulssiaallon mukana kuljettaa myös ihon heijastuspulssitietoja, sitä on vaikea määrittää tarkasti luonnehtia veren tilavuuden muutoksen ominaisuuksia, ei sovellu mittausasentoon;Vaikka kämmen on yksi yleisimmistä kliinisistä verenottokohdista, sen luu on sormea paksumpi ja hajaheijastuksen keräämän kämmenen tilavuuden pulssiaallon amplitudi on pienempi.Kuva 2-5 näyttää verisuonten jakautumisen kämmenessä.Kuvaa tarkkailemalla voidaan nähdä, että sormen etuosassa on runsaasti kapillaariverkostoja, jotka voivat tehokkaasti heijastaa ihmiskehon hemoglobiinipitoisuutta.Lisäksi tällä sijainnilla on ilmeisiä verenvirtauksen tilavuuden muutoksen ominaisuuksia, ja se on ihanteellinen tilavuuspulssiaallon mittauskohta.Sormien lihas- ja luukudokset ovat suhteellisen ohuita, joten taustahäiriöinformaation vaikutus on suhteellisen pieni.Lisäksi sormenpää on helppo mitata, eikä kohteella ole psykologista taakkaa, mikä edistää vakaan korkean signaali-kohinasuhteen spektrisignaalin saamista.Ihmisen sormi koostuu luusta, kynsistä, ihosta, kudoksesta, laskimoverestä ja valtimoverestä.Vuorovaikutuksessa valon kanssa sormen ääreisvaltimon veren tilavuus muuttuu sydämen sykkeen myötä, mikä johtaa optisen polun mittauksen muuttumiseen.Vaikka muut komponentit ovat vakioita koko valoprosessissa.
Kun tietty valon aallonpituus kohdistetaan sormenpään orvasketeen, sormea voidaan pitää seoksena, joka sisältää kaksi osaa: staattisen aineen (optinen reitti on vakio) ja dynaamisen materiaalin (optinen reitti muuttuu sormen tilavuuden mukaan). materiaali).Kun valo imeytyy sormenpään kudoksiin, valontunnistin vastaanottaa lähetetyn valon.Anturin keräämän läpäisevän valon intensiteetti on ilmeisesti heikentynyt ihmisen sormien eri kudoskomponenttien imeytyvyyden vuoksi.Tämän ominaisuuden mukaan muodostetaan vastaava sormivalon absorptiomalli.
Sopiva henkilö:
Sormenpään pulssioksimetrisopii kaiken ikäisille ihmisille, mukaan lukien lapsille, aikuisille, vanhuksille, potilaille, joilla on sepelvaltimotauti, kohonnut verenpaine, hyperlipidemia, aivoveritulppa ja muut verisuonisairaudet sekä potilaille, joilla on astma, keuhkoputkentulehdus, krooninen keuhkoputkentulehdus, keuhkosydänsairaus ja muut hengityselinten sairaudet.
Postitusaika: 17.6.2022
