Pirksta gala pulsa oksimetru 1940. gados izgudroja Millikans, lai uzraudzītu skābekļa koncentrāciju arteriālajās asinīs, kas ir svarīgs COVID-19 smaguma rādītājs.Jonkera Tagad paskaidrojiet, kā darbojas pirksta gala pulsa oksimetrs?
Bioloģisko audu spektrālās absorbcijas raksturlielumi: Kad bioloģiskie audi tiek apstaroti ar gaismu, bioloģisko audu ietekmi uz gaismu var iedalīt četrās kategorijās: absorbcija, izkliede, atstarošana un fluorescence. Ja izkliede tiek izslēgta, gaismas noieto attālumu caur bioloģiskajiem audiem galvenokārt nosaka absorbcija. Kad gaisma iekļūst dažās caurspīdīgās vielās (cietās, šķidrās vai gāzveida), gaismas intensitāte ievērojami samazinās dažu specifisku frekvenču komponentu mērķtiecīgas absorbcijas dēļ, kas ir gaismas absorbcijas fenomens vielās. Cik daudz gaismas viela absorbē, sauc par tās optisko blīvumu jeb absorbciju.
Vielas gaismas absorbcijas shematiska diagramma visā gaismas izplatīšanās procesā parāda, ka vielas absorbētās gaismas enerģijas daudzums ir proporcionāls trim faktoriem: gaismas intensitātei, gaismas ceļa attālumam un gaismu absorbējošo daļiņu skaitam uz gaismas ceļa šķērsgriezuma. Ja materiāls ir homogēns, gaismas ceļa skaitu uz šķērsgriezuma var uzskatīt par gaismu absorbējošām daļiņām uz tilpuma vienību, proti, materiāla iesūktās gaismas daļiņu koncentrāciju, var iegūt Lamberta-Bēra likumu: to var interpretēt kā materiāla koncentrāciju un optiskā ceļa garumu uz tilpuma vienību, materiāla iesūktās gaismas optisko blīvumu, kas atbilst materiāla iesūktās gaismas raksturam. Citiem vārdiem sakot, vienas un tās pašas vielas absorbcijas spektra līknes forma ir vienāda, un absorbcijas pīķa absolūtā pozīcija mainīsies tikai atšķirīgās koncentrācijas dēļ, bet relatīvā pozīcija paliks nemainīga. Absorbcijas procesā vielu absorbcija notiek viena un tā paša šķērsgriezuma tilpumā, un absorbējošās vielas nav savstarpēji saistītas, nav fluorescējošu savienojumu, un nav parādības, ka vides īpašības mainītos gaismas starojuma ietekmē. Tāpēc šķīdumam ar N absorbcijas komponentiem optiskais blīvums ir aditīvs. Optiskā blīvuma aditivitāte nodrošina teorētisku pamatu absorbējošo komponentu kvantitatīvai mērīšanai maisījumos.
Bioloģisko audu optikā spektra apgabalu 600–1300 nm parasti sauc par "bioloģiskās spektroskopijas logu", un šīs joslas gaismai ir īpaša nozīme daudzās zināmās un nezināmās spektrālajās terapijās un spektrālajās diagnostikās. Infrasarkanajā diapazonā ūdens kļūst par dominējošo gaismu absorbējošo vielu bioloģiskajos audos, tāpēc sistēmas pieņemtajam viļņa garumam jāizvairās no ūdens absorbcijas maksimuma, lai labāk iegūtu informāciju par mērķa vielas gaismas absorbcijas informāciju. Tāpēc tuvā infrasarkanā spektra diapazonā no 600 līdz 950 nm cilvēka pirkstu galu audu galvenās sastāvdaļas ar gaismas absorbcijas spēju ir ūdens asinīs, O2Hb (skābekļa piesātinātais hemoglobīns), RHb (reducētais hemoglobīns) un perifērās ādas melanīns un citi audi.
Tādēļ, analizējot emisijas spektra datus, mēs varam iegūt efektīvu informāciju par mērāmā komponenta koncentrāciju audos. Tātad, kad mums ir O2Hb un RHb koncentrācijas, mēs zinām skābekļa piesātinājumu.Skābekļa piesātinājums SpO2ir ar skābekli saistītā skābekļa hemoglobīna (HbO2) tilpuma procentuālā daļa asinīs, izteikta kā kopējā saistītā hemoglobīna (Hb) procentuālā daļa, kas ir asins skābekļa koncentrācija pulsā, tāpēc kāpēc to sauc par pulsa oksimetru? Šeit ir jauns jēdziens: asins plūsmas tilpuma pulsa vilnis. Katra sirds cikla laikā sirds saraušanās izraisa asinsspiediena paaugstināšanos aortas saknes asinsvados, kas paplašina asinsvadu sieniņu. Turpretī sirds diastole izraisa asinsspiediena pazemināšanos aortas saknes asinsvados, kas izraisa asinsvadu sieniņas saraušanos. Ar nepārtrauktu sirds cikla atkārtojumu pastāvīgās asinsspiediena izmaiņas aortas saknes asinsvados tiks pārnestas uz ar to saistītajiem asinsvadiem un pat uz visu artēriju sistēmu, tādējādi veidojot nepārtrauktu visas artēriju asinsvadu sieniņas paplašināšanos un saraušanos. Tas ir, periodiska sirds pukstēšana rada pulsa viļņus aortā, kas pulsē uz priekšu gar asinsvadu sieniņām visā artēriju sistēmā. Katru reizi, kad sirds izplešas un saraujas, spiediena izmaiņas artēriju sistēmā rada periodisku pulsa vilni. To mēs saucam par pulsa vilni. Pulsa vilnis var atspoguļot daudz fizioloģiskas informācijas, piemēram, sirdsdarbību, asinsspiedienu un asins plūsmu, kas var sniegt svarīgu informāciju cilvēka ķermeņa specifisko fizisko parametru neinvazīvai noteikšanai.
Medicīnā pulsa vilni parasti iedala spiediena pulsa vilnī un tilpuma pulsa vilnī. Spiediena pulsa vilnis galvenokārt atspoguļo asinsspiediena pārraidi, savukārt tilpuma pulsa vilnis atspoguļo periodiskas asins plūsmas izmaiņas. Salīdzinot ar spiediena pulsa vilni, tilpuma pulsa vilnis satur svarīgāku informāciju par sirds un asinsvadu sistēmu, piemēram, cilvēka asinsvadiem un asins plūsmu. Tipiska asins plūsmas tilpuma pulsa viļņa neinvazīva noteikšana var tikt panākta, izmantojot fotoelektrisko tilpuma pulsa viļņa izsekošanu. Mērāmās ķermeņa daļas apgaismošanai tiek izmantots īpašs gaismas vilnis, un stars pēc atstarošanas vai pārraides sasniedz fotoelektrisko sensoru. Uztvertais stars nesīs tilpuma pulsa viļņa efektīvo raksturīgo informāciju. Tā kā asins tilpums periodiski mainās līdz ar sirds izplešanos un saraušanos, sirds diastoles laikā asins tilpums ir vismazākais, un sensors uztver maksimālo gaismas intensitāti; sirds saraujas, tilpums ir maksimāls, un sensora uztvertā gaismas intensitāte ir minimāla. Neinvazīvā pirkstu galu noteikšanā ar asins plūsmas tilpuma pulsa vilni kā tiešiem mērījumu datiem spektrālā mērījuma vietas izvēlei jāievēro šādi principi:
1. Asinsvadu vēnām jābūt bagātīgākām, un jāuzlabo efektīvas informācijas, piemēram, hemoglobīna un ICG, īpatsvars kopējā spektra materiālajā informācijā.
2. Tam ir acīmredzamas asins plūsmas tilpuma izmaiņu īpašības, lai efektīvi savāktu tilpuma pulsa viļņa signālu
3. Lai iegūtu cilvēka spektru ar labu atkārtojamību un stabilitāti, audu īpašības mazāk ietekmē individuālās atšķirības.
4. Spektrālo noteikšanu ir viegli veikt, un subjekts to var viegli pieņemt, lai izvairītos no tādiem traucējošiem faktoriem kā paātrināta sirdsdarbība un mērīšanas pozīcijas kustība, ko izraisa stresa emocijas.
Cilvēka plaukstas asinsvadu sadalījuma shematiska diagramma. Rokas pozīcija diez vai spēj noteikt pulsa vilni, tāpēc tā nav piemērota asins plūsmas tilpuma pulsa viļņa noteikšanai; Plaukstas locītava atrodas tuvu radiālajai artērijai, spiediena pulsa viļņa signāls ir spēcīgs, āda viegli rada mehānisku vibrāciju, noteikšanas signāls papildus tilpuma pulsa vilnim var pārnēsāt arī ādas atstarotā pulsa informāciju, ir grūti precīzi raksturot asins tilpuma izmaiņu raksturlielumus, šī nav piemērota mērīšanas pozīcija; Lai gan plauksta ir viena no izplatītākajām klīniskajām asins ņemšanas vietām, tās kauls ir biezāks par pirkstu, un plaukstas tilpuma pulsa viļņa amplitūda, ko savāc difūzā atstarošanās rezultātā, ir mazāka. 2.-5. attēlā parādīts asinsvadu sadalījums plaukstā. Aplūkojot attēlu, var redzēt, ka pirksta priekšējā daļā ir bagātīgs kapilāru tīkls, kas var efektīvi atspoguļot hemoglobīna saturu cilvēka organismā. Turklāt šai pozīcijai ir acīmredzamas asins plūsmas tilpuma izmaiņu īpašības, un tā ir ideāla tilpuma pulsa viļņa mērīšanas pozīcija. Pirkstu muskuļu un kaulu audi ir relatīvi plāni, tāpēc fona traucējumu informācijas ietekme ir relatīvi maza. Turklāt pirksta galu ir viegli izmērīt, un subjektam nav psiholoģiska sloga, kas veicina stabila augsta signāla un trokšņa attiecības spektrālā signāla iegūšanu. Cilvēka pirksts sastāv no kaula, naga, ādas, audiem, venozām asinīm un arteriālām asinīm. Mijiedarbojoties ar gaismu, asins tilpums pirksta perifērajā artērijā mainās līdz ar sirdsdarbību, kā rezultātā mainās optiskā ceļa mērījums. Kamēr pārējās sastāvdaļas visā gaismas procesā paliek nemainīgas.
Kad uz pirkstgala epidermu tiek pielietots noteikts gaismas viļņa garums, pirkstu var uzskatīt par maisījumu, kas sastāv no divām daļām: statiskās matērijas (optiskais ceļš ir nemainīgs) un dinamiskās matērijas (optiskais ceļš mainās atkarībā no materiāla tilpuma). Kad pirkstu gala audi absorbē gaismu, fotodetektors uztver caurlaidīgo gaismu. Sensora savāktās caurlaidīgās gaismas intensitāte acīmredzami samazinās dažādu cilvēka pirkstu audu komponentu absorbcijas spējas dēļ. Saskaņā ar šo raksturlielumu tiek izveidots līdzvērtīgs pirkstu gaismas absorbcijas modelis.
Piemērota persona:
Pirkstu gala pulsa oksimetrsir piemērots visu vecumu cilvēkiem, tostarp bērniem, pieaugušajiem, vecāka gadagājuma cilvēkiem, pacientiem ar koronāro sirds slimību, hipertensiju, hiperlipidēmiju, smadzeņu trombozi un citām asinsvadu slimībām, kā arī pacientiem ar astmu, bronhītu, hronisku bronhītu, plaušu sirds slimību un citām elpceļu slimībām.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 17. jūnijs
