Fingerspidspulsoximeteret blev opfundet af Millikan i 1940'erne for at overvåge koncentrationen af ilt i arterielt blod, en vigtig indikator for sværhedsgraden af COVID-19.Yonker forklarer nu, hvordan fingerspidspulsoximeteret fungerer?
Spektral absorptionsegenskaber for biologisk væv: Når lys bestråles på biologisk væv, kan effekten af biologisk væv på lyset opdeles i fire kategorier, herunder absorption, spredning, refleksion og fluorescens. Hvis spredning udelukkes, styres den afstand, lyset bevæger sig gennem biologisk væv, primært af absorption. Når lys trænger igennem nogle transparente stoffer (faste, flydende eller gasformige), falder lysintensiteten betydeligt på grund af den målrettede absorption af visse specifikke frekvenskomponenter, hvilket er stoffernes absorptionsfænomen. Hvor meget lys et stof absorberer kaldes dets optiske densitet, også kendt som absorbans.
Skematisk diagram over lysabsorption af stof i hele lysudbredelsesprocessen. Mængden af lysenergi, der absorberes af stof, er proportional med tre faktorer: lysintensiteten, lysvejens afstand og antallet af lysabsorberende partikler i lysvejens tværsnit. Ud fra et homogent materiale kan antallet af lysabsorberende partikler i tværsnittet betragtes som lysabsorberende partikler pr. volumenhed, nemlig materialets sugelyspartikelkoncentration. Lambert-Beers lov kan fortolkes som materialets koncentration og optiske vejlængde pr. volumenhed af optisk tæthed, materialets sugelysets evne til at reagere på materialets sugelys. Med andre ord er formen af absorptionsspektrumkurven for det samme stof den samme, og den absolutte position af absorptionstoppen vil kun ændre sig på grund af den forskellige koncentration, men den relative position vil forblive uændret. I absorptionsprocessen finder absorptionen af alle stoffer sted i volumen af den samme sektion, og de absorberende stoffer er uafhængige af hinanden, og der findes ingen fluorescerende forbindelser, og der er intet fænomen med ændring af mediets egenskaber på grund af lysstråling. Derfor er den optiske densitet additiv for opløsningen med N-absorptionskomponenter. Additiviteten af den optiske densitet giver et teoretisk grundlag for kvantitativ måling af absorberende komponenter i blandinger.
Inden for biologisk vævsoptik kaldes det spektrale område på 600 ~ 1300 nm normalt "vinduet for biologisk spektroskopi", og lyset i dette bånd har særlig betydning for mange kendte og ukendte spektralterapier og spektraldiagnoser. I det infrarøde område bliver vand det dominerende lysabsorberende stof i biologisk væv, så den bølgelængde, som systemet anvender, skal undgå vandabsorptionstoppen for bedre at opnå lysabsorptionsinformation fra målstoffet. Derfor omfatter hovedkomponenterne i menneskeligt fingerspidsvæv med lysabsorptionskapacitet inden for det nær-infrarøde spektrumområde på 600-950 nm vand i blodet, O2Hb (iltet hæmoglobin), RHb (reduceret hæmoglobin) og perifer hud, melanin og andre væv.
Derfor kan vi få effektiv information om koncentrationen af den komponent, der skal måles, i vævet ved at analysere dataene fra emissionsspektret. Så når vi har O2Hb- og RHb-koncentrationerne, kender vi iltmætningen.Iltmætning SpO2er procentdelen af volumenet af iltbundet iltet hæmoglobin (HbO2) i blodet som en procentdel af det samlede bindende hæmoglobin (Hb), koncentrationen af blodiltpuls, så hvorfor kaldes det pulsoximeter? Her er et nyt koncept: blodgennemstrømningsvolumenpulsbølge. Under hver hjertecyklus forårsager hjertets sammentrækning at blodtrykket stiger i blodkarrene i aorta-roden, hvilket udvider blodkarvæggen. Omvendt forårsager hjertets diastole at blodtrykket falder i blodkarrene i aorta-roden, hvilket får blodkarvæggen til at trække sig sammen. Med den kontinuerlige gentagelse af hjertecyklussen vil den konstante ændring i blodtrykket i blodkarrene i aorta-roden blive transmitteret til de nedstrøms forbundet kar og endda til hele arteriesystemet, hvorved der dannes en kontinuerlig udvidelse og sammentrækning af hele arteriekarvæggen. Det vil sige, at hjertets periodiske slag skaber pulsbølger i aorta, der bølger fremad langs blodkarvæggene i hele arteriesystemet. Hver gang hjertet udvider sig og trækker sig sammen, producerer en ændring i trykket i arteriesystemet en periodisk pulsbølge. Dette er, hvad vi kalder pulsbølgen. Pulsbølgen kan afspejle mange fysiologiske oplysninger såsom hjerte, blodtryk og blodgennemstrømning, hvilket kan give vigtige oplysninger til ikke-invasiv detektion af specifikke fysiske parametre i menneskekroppen.
Inden for medicin opdeles pulsbølger normalt i to typer: trykpulsbølger og volumenpulsbølger. Trykpulsbølger repræsenterer primært blodtrykstransmission, mens volumenpulsbølger repræsenterer periodiske ændringer i blodgennemstrømningen. Sammenlignet med trykpulsbølger indeholder volumetriske pulsbølger vigtigere kardiovaskulære oplysninger, såsom menneskelige blodkar og blodgennemstrømning. Ikke-invasiv detektion af typiske blodgennemstrømningsvolumenpulsbølger kan opnås ved hjælp af fotoelektrisk volumetrisk pulsbølgesporing. En specifik lysbølge bruges til at belyse den del af kroppen, der måles, og strålen når den fotoelektriske sensor efter refleksion eller transmission. Den modtagne stråle vil bære den effektive karakteristiske information om den volumetriske pulsbølge. Fordi blodvolumenet ændrer sig periodisk med hjertets udvidelse og sammentrækning, er blodvolumenet mindst, når hjertet er i diastole, og blodets absorption af lys, og sensoren registrerer den maksimale lysintensitet. Når hjertet trækker sig sammen, er volumenet maksimalt, og den lysintensitet, der registreres af sensoren, er minimal. Ved ikke-invasiv detektion af fingerspidser med blodgennemstrømningsvolumenpulsbølger som direkte måledata, bør valget af spektrale målesteder følge følgende principper.
1. Venerne i blodkarrene bør være mere rigelige, og andelen af effektiv information såsom hæmoglobin og ICG i den samlede materialeinformation i spektret bør forbedres.
2. Den har tydelige karakteristika for ændring af blodgennemstrømningsvolumen for effektivt at indsamle volumenpulsbølgesignal
3. For at opnå det menneskelige spektrum med god repeterbarhed og stabilitet påvirkes vævskarakteristikaene mindre af individuelle forskelle.
4. Det er nemt at udføre spektral detektion og nemt at acceptere af forsøgspersonen for at undgå interferensfaktorer såsom hurtig puls og bevægelse af måleposition forårsaget af stressfølelser.
Skematisk diagram over blodkarfordelingen i den menneskelige håndflade. Armens position kan vanskeligt detektere pulsbølgen, så den er ikke egnet til detektering af blodgennemstrømningsvolumenpulsbølger. Håndleddet er tæt på arteria radialis, trykpulsbølgesignalet er stærkt, huden producerer let mekaniske vibrationer, hvilket kan føre til, at detektionssignalet ud over volumenpulsbølgen også bærer hudreflektionspulsinformation. Det er vanskeligt præcist at karakterisere karakteristikaene for blodvolumenændringer og er ikke egnet til målepositioner. Selvom håndfladen er et af de almindelige kliniske blodprøvesteder, er dens knogle tykkere end fingeren, og pulsbølgeamplituden af håndfladevolumenet indsamlet ved diffus refleksion er lavere. Figur 2-5 viser fordelingen af blodkar i håndfladen. Når man ser på figuren, kan man se, at der er rigelige kapillærnetværk i den forreste del af fingeren, som effektivt kan afspejle hæmoglobinindholdet i menneskekroppen. Desuden har denne position tydelige karakteristika for blodgennemstrømningsvolumenændringer og er den ideelle måleposition for volumenpulsbølger. Muskel- og knoglevævet i fingrene er relativt tyndt, så indflydelsen fra baggrundsinterferensinformation er relativt lille. Derudover er fingerspidsen nem at måle, og forsøgspersonen har ingen psykologisk belastning, hvilket er befordrende for at opnå et stabilt spektralsignal med højt signal-støj-forhold. Den menneskelige finger består af knogle, negle, hud, væv, venøst blod og arterielt blod. I processen med at interagere med lys ændrer blodvolumenet i fingerens perifere arterie sig i takt med hjerteslagene, hvilket resulterer i en ændring i målingen af den optiske vej. Mens de andre komponenter er konstante i hele lysprocessen.
Når en bestemt bølgelængde af lys påføres fingerspidsens epidermis, kan fingeren betragtes som en blanding, der består af to dele: statisk stof (den optiske bane er konstant) og dynamisk stof (den optiske bane ændrer sig med materialets volumen). Når lyset absorberes af fingerspidsvævet, modtages det transmitterede lys af en fotodetektor. Intensiteten af det transmitterede lys, der opsamles af sensoren, dæmpes naturligvis på grund af absorberingsevnen af forskellige vævskomponenter i menneskelige fingre. I henhold til denne egenskab etableres den ækvivalente model for fingerlysabsorption.
Egnet person:
Fingerspidspulsoximeterer velegnet til mennesker i alle aldre, herunder børn, voksne, ældre, patienter med koronar hjertesygdom, forhøjet blodtryk, hyperlipidæmi, cerebral trombose og andre karsygdomme samt patienter med astma, bronkitis, kronisk bronkitis, pulmonal hjertesygdom og andre luftvejssygdomme.
Opslagstidspunkt: 17. juni 2022
