Pirkstu pulsa oksimetru Millikans izgudroja pagājušā gadsimta 40. gados, lai uzraudzītu skābekļa koncentrāciju arteriālajās asinīs, kas ir svarīgs COVID-19 smaguma rādītājs.Jonkers tagad paskaidro, kā darbojas pulsa oksimetrs ar pirkstu galiem?
Bioloģisko audu spektrālās absorbcijas raksturlielumi: kad gaisma tiek apstarota uz bioloģiskajiem audiem, bioloģisko audu ietekmi uz gaismu var iedalīt četrās kategorijās, tostarp absorbcija, izkliede, atstarošana un fluorescence. Ja izkliedi izslēdz, attālums, ko gaisma pārvietojas caur bioloģisko audumu. audus galvenokārt regulē uzsūkšanās. 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 parādība vielām. Cik daudz gaismas viela absorbē, sauc par tās optisko blīvumu, ko sauc arī par absorbciju.
Vielas gaismas absorbcijas shematiskā diagramma visā gaismas izplatīšanās procesā, vielas absorbētās gaismas enerģijas daudzums ir proporcionāls trim faktoriem, kas ir gaismas intensitāte, gaismas ceļa attālums un gaismu absorbējošo daļiņu skaits gaismas ceļa šķērsgriezums. Pamatojoties uz viendabīga materiāla pieņēmumu, gaismas ceļa skaitlis gaismu absorbējošās daļiņas šķērsgriezumā var uzskatīt par gaismu absorbējošām daļiņām tilpuma vienībā, proti, materiāla sūkšanas gaismas daļiņu koncentrācija, var iegūt lamberta alus likumu: var interpretēt kā materiāla koncentrāciju un optiskā ceļa garums uz optiskā blīvuma tilpuma vienību, materiāla sūkšanas gaismas spēja reaģēt uz materiāla sūkšanas gaismas raksturu. Citiem vārdiem sakot, vienas un tās pašas vielas absorbcijas spektra līknes forma ir vienāda, un absolūtā pozīcija absorbcijas maksimums mainīsies tikai atšķirīgās koncentrācijas dēļ, bet relatīvā pozīcija paliks nemainīga. Absorbcijas procesā visu vielu uzsūkšanās notiek vienas un tās pašas sekcijas tilpumā, un absorbējošās vielas nav viena ar otru saistītas, un nepastāv fluorescējoši savienojumi, un nav parādības, kas mainītu barotnes īpašības. gaismas starojums. Tāpēc šķīdumam ar N absorbcijas komponentiem optiskais blīvums ir aditīvs. Optiskā blīvuma aditivitāte nodrošina teorētisko pamatu absorbējošo komponentu kvantitatīvai mērīšanai maisījumos.
Bioloģisko audu optikā spektrālo apgabalu 600 ~ 1300 nm parasti sauc par "bioloģiskās spektroskopijas logu", un gaismai šajā joslā ir īpaša nozīme daudzās zināmās un nezināmās spektrālās terapijas un spektrālās diagnostikas jomā. Infrasarkanajā reģionā ūdens kļūst par dominējošo gaismu absorbējošo vielu bioloģiskajos audos, tāpēc sistēmas pieņemtajam viļņa garumam ir jāizvairās no ūdens absorbcijas maksimuma, lai labāk iegūtu mērķa vielas gaismas absorbcijas informāciju. Tāpēc gandrīz infrasarkanā spektra diapazonā no 600 līdz 950 nm galvenās cilvēka pirkstu galu audu sastāvdaļas ar gaismas absorbcijas spēju ir ūdens asinīs, O2Hb (skābekļa hemoglobīns), RHb (samazināts hemoglobīns) un perifērās ādas melanīns un citi audi.
Tāpēc, analizējot emisijas spektra datus, varam iegūt efektīvu informāciju par mērāmā komponenta koncentrāciju audos. Tātad, kad mums ir O2Hb un RHb koncentrācija, mēs zinām skābekļa piesātinājumu.Skābekļa piesātinājums SpO2ir ar skābekli saistītā hemoglobīna (HbO2) tilpuma procentuālais daudzums asinīs procentos no kopējā saistošā hemoglobīna (Hb), asins skābekļa pulsa koncentrācija, tad kāpēc to sauc par pulsa oksimetru? Šeit ir jauna koncepcija: asins plūsmas tilpuma pulsa vilnis. Katra sirds cikla laikā sirds kontrakcija izraisa asinsspiediena paaugstināšanos aortas saknes asinsvados, kas paplašina asinsvadu sieniņu. Un otrādi, sirds diastols izraisa asinsspiediena pazemināšanos aortas saknes asinsvados, kas izraisa asinsvadu sieniņas kontrakciju. Nepārtraukti atkārtojoties sirds ciklam, pastāvīgās asinsspiediena izmaiņas aortas saknes asinsvados tiks pārnestas uz ar to saistītajiem pakārtotajiem asinsvadiem un pat uz visu arteriālo sistēmu, tādējādi veidojot nepārtrauktu aortas saknes paplašināšanos un kontrakciju. visa arteriālā asinsvadu siena. Tas nozīmē, ka periodiska sirdsdarbība aortā rada pulsa viļņus, kas viļņojas uz priekšu gar asinsvadu sieniņām visā artēriju sistēmā. Katru reizi, kad sirds izplešas un saraujas, spiediena izmaiņas arteriālajā sistēmā rada periodisku pulsa vilni. To mēs saucam par pulsa vilni. Pulsa vilnis var atspoguļot daudzu fizioloģisko informāciju, piemēram, sirdi, asinsspiedienu un asins plūsmu, kas var sniegt svarīgu informāciju, lai neinvazīvi noteiktu cilvēka ķermeņa specifiskos fiziskos parametrus.
Medicīnā pulsa vilnis parasti tiek sadalīts divos veidos: spiediena impulsa vilnis un tilpuma impulsa vilnis. Spiediena pulsa vilnis galvenokārt atspoguļo asinsspiediena pārraidi, savukārt tilpuma pulsa vilnis atspoguļo periodiskas izmaiņas asins plūsmā. Salīdzinot ar spiediena pulsa vilni, tilpuma pulsa vilnis satur svarīgāku informāciju par sirds un asinsvadu sistēmu, piemēram, cilvēka asinsvadiem un asins plūsmu. Tipisku asins plūsmas tilpuma impulsa viļņu neinvazīvu noteikšanu var panākt, izmantojot fotoelektrisko tilpuma impulsa viļņu izsekošanu. Konkrēts gaismas vilnis tiek izmantots, lai apgaismotu ķermeņa mērīšanas daļu, un stars sasniedz fotoelektrisko sensoru pēc atstarošanas vai pārraides. Saņemtais stars nesīs efektīvo raksturīgo informāciju par tilpuma impulsa viļņu. Tā kā asins tilpums periodiski mainās līdz ar sirds paplašināšanos un kontrakciju, kad sirds diastolēja, asins tilpums ir mazākais, gaismas absorbcija asinīs, sensors atklāja maksimālo gaismas intensitāti; Kad sirds saraujas, skaļums ir maksimālais un sensora noteiktā gaismas intensitāte ir minimāla. Neinvazīvā pirkstu galu noteikšanā ar asins plūsmas tilpuma pulsa vilni kā tiešajiem mērījumu datiem, izvēloties spektrālo mērījumu vietu, 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 maiņas īpašības, lai efektīvi savāktu skaļuma impulsa viļņa signālu
3. Lai iegūtu cilvēka spektru ar labu atkārtojamību un stabilitāti, audu īpašības mazāk ietekmē individuālās atšķirības.
4. Ir viegli veikt spektrālo noteikšanu, un subjekts to viegli pieņem, lai izvairītos no tādiem traucējumu faktoriem kā ātra sirdsdarbība un mērījumu pozīcijas kustība, ko izraisa stresa emocijas.
Asinsvadu sadalījuma shematiskā diagramma cilvēka plaukstā Rokas stāvoklis diez vai var noteikt pulsa vilni, tāpēc tas nav piemērots asins plūsmas tilpuma pulsa viļņa noteikšanai; Plaukstas locītava atrodas radiālās artērijas tuvumā, spiediena pulsa viļņa signāls ir spēcīgs, ādai ir viegli radīt mehānisku vibrāciju, var novest pie noteikšanas signāla papildus skaļuma pulsa vilnim, kas satur arī ādas atstarošanas impulsa informāciju, to ir grūti precīzi noteikt. raksturo asins tilpuma izmaiņu raksturlielumus, nav piemērots mērīšanas pozīcijai; Lai gan plauksta ir viena no izplatītākajām klīniskajām asins ņemšanas vietām, tās kauls ir biezāks par pirkstu, un pulsa viļņa amplitūda plaukstas tilpumam, kas savākta difūzās atstarošanas rezultātā, ir mazāka. Attēlā 2-5 parādīts asinsvadu sadalījums plaukstā. Vērojot attēlu, redzams, ka pirksta priekšējā daļā ir bagātīgi kapilāru tīkli, kas spēj 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 salīdzinoši plāni, tāpēc fona traucējumu informācijas ietekme ir salīdzinoši neliela. Turklāt pirksta galu ir viegli izmērīt, un subjektam nav psiholoģiska slodzes, kas veicina stabila augstas signāla-trokšņa attiecības spektrālā signāla iegūšanai. Cilvēka pirksts sastāv no kauliem, nagiem, ādas, audiem, venozajām un arteriālajām asinīm. Mijiedarbojoties ar gaismu, asins tilpums pirkstu perifēriskajā artērijā mainās līdz ar sirdsdarbību, kā rezultātā mainās optiskā ceļa mērījums. Kamēr pārējās sastāvdaļas ir nemainīgas visā gaismas procesā.
Ja uz pirksta gala epidermu pieliek noteiktu gaismas viļņa garumu, pirkstu var uzskatīt par maisījumu, kas sastāv no divām daļām: statiskās vielas (optiskais ceļš ir nemainīgs) un dinamisko vielu (optiskais ceļš mainās līdz ar pirkstu tilpumu). materiāls). Kad gaismu absorbē pirksta gala audi, pārraidīto gaismu uztver fotodetektors. Sensora savāktās pārraidītās gaismas intensitāte acīmredzami ir vājināta dažādu cilvēka pirkstu audu komponentu absorbcijas dēļ. Saskaņā ar šo raksturlielumu tiek izveidots līdzvērtīgs pirkstu gaismas absorbcijas modelis.
Piemērota persona:
Pirkstu galu pulsoksimetrsir piemērots visu vecumu cilvēkiem, tostarp bērniem, pieaugušajiem, vecāka gadagājuma cilvēkiem, pacientiem ar koronāro sirds slimību, hipertensiju, hiperlipidēmiju, smadzeņu trombozi un citām asinsvadu slimībām un pacientiem ar astmu, bronhītu, hronisku bronhītu, plaušu sirds slimībām un citām elpceļu slimībām.
Publicēšanas laiks: 17. jūnijs 2022
