Fingerspidspulsoximeter 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 fingerspidspulsoximeter virker?
Spektralabsorptionsegenskaber for biologisk væv: Når lys bestråles til biologisk væv, kan virkningen af biologisk væv på lys opdeles i fire kategorier, herunder absorption, spredning, refleksion og fluorescens. Hvis spredning udelukkes, er den afstand, lyset rejser gennem biologiske væv er hovedsageligt styret af absorption.Når lys trænger ind i nogle gennemsigtige stoffer (faste, flydende eller gasformige), falder lysintensiteten betydeligt på grund af den målrettede absorption af nogle specifikke frekvenskomponenter, som er lysets absorptionsfænomen af stoffer.Hvor meget lys et stof absorberer kaldes dets optiske tæthed, også kendt som absorbans.
Skematisk diagram af lysabsorption af stof i hele processen med lysudbredelse, mængden af lysenergi absorberet af stof er proportional med tre faktorer, som er lysintensiteten, afstanden af lysvejen og antallet af lysabsorberende partikler på lysbanens tværsnit.På præmissen om homogent materiale kan lysvejsnummer lysabsorberende partikler på tværsnit betragtes som lysabsorberende partikler per volumenenhed, nemlig materialesugning lyspartikelkoncentration, kan få en lambertøls lov: kan tolkes som materialekoncentration og optisk vejlængde pr. volumenhed optisk tæthed, materialets sugelys evne til at reagere på arten af 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 foregår absorptionen af stoffer alle i volumen af samme sektion, og de absorberende stoffer er uafhængige af hinanden, og der findes ingen fluorescerende forbindelser, og der er ikke noget fænomen med at ændre mediets egenskaber pga. lys stråling.For opløsningen med N-absorptionskomponenter er den optiske tæthed derfor additiv.Additiviteten af optisk densitet giver et teoretisk grundlag for den kvantitative måling af absorberende komponenter i blandinger.
I biologisk vævsoptik kaldes den spektrale region på 600 ~ 1300nm normalt "vinduet for biologisk spektroskopi", og lyset i dette bånd har særlig betydning for mange kendte og ukendte spektralterapi og spektraldiagnostik.I det infrarøde område bliver vand det dominerende lysabsorberende stof i biologiske væv, så den bølgelængde, som systemet anvender, skal undgå absorptionstoppen af vand for bedre at opnå lysabsorptionsinformationen for målstoffet.Inden for det nær-infrarøde spektrum på 600-950 nm omfatter hovedkomponenterne i humant fingerspidsvæv med lysabsorptionskapacitet vand i blod, O2Hb (ilt hæmoglobin), RHb (reduceret hæmoglobin) og perifer hudmelanin og andre væv.
Derfor kan vi opnå den effektive 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 totale bindende hæmoglobin (Hb), koncentrationen af blodets iltpuls, så hvorfor kaldes det pulsoximeter?Her er et nyt koncept: blodgennemstrømningsvolumen pulsbølge.Under hver hjertecyklus får hjertets sammentrækning blodtrykket til at stige i aortarodens blodkar, hvilket udvider blodkarvæggen.Omvendt får hjertets diastole blodtrykket til at falde i aortarodens blodkar, hvilket får blodkarvæggen til at trække sig sammen.Med den kontinuerlige gentagelse af hjertecyklussen vil den konstante ændring af blodtrykket i blodkarrene i aortaroden blive overført til de nedstrøms kar forbundet med den og endda til hele arteriesystemet, hvilket danner den kontinuerlige udvidelse og sammentrækning af hele arteriel vaskulær væg.Det vil sige, at hjertets periodiske slag skaber pulsbølger i aorta, der bølger frem langs blodkarvæggene i hele arteriesystemet.Hver gang hjertet udvider sig og trækker sig sammen, frembringer en ændring i trykket i arteriesystemet en periodisk pulsbølge.Det er det, vi kalder pulsbølgen.Pulsbølge kan afspejle mange fysiologiske oplysninger såsom hjerte, blodtryk og blodgennemstrømning, som kan give vigtig information til ikke-invasiv påvisning af specifikke fysiske parametre i menneskekroppen.
Inden for medicin er pulsbølge normalt opdelt i trykpulsbølge og volumenpulsbølge to typer.Trykpulsbølge repræsenterer hovedsageligt blodtrykstransmission, mens volumenpulsbølge repræsenterer periodiske ændringer i blodgennemstrømningen.Sammenlignet med trykpulsbølge indeholder volumetrisk pulsbølge vigtigere kardiovaskulær information såsom menneskelige blodkar og blodgennemstrømning.Den ikke-invasive detektering af typiske blodstrømsvolumenpulsbølger kan opnås ved fotoelektrisk volumetrisk pulsbølgesporing.En specifik bølge af lys bruges til at belyse den målende del af kroppen, og strålen når den fotoelektriske sensor efter refleksion eller transmission.Den modtagne stråle vil bære den effektive karakteristiske information for den volumetriske pulsbølge.Fordi blodvolumenet ændres periodisk med udvidelsen og sammentrækningen af hjertet, når hjertet diastolerer, blodvolumenet er det mindste, blodabsorption af lys, registrerede sensoren den maksimale lysintensitet;Når hjertet trækker sig sammen, er volumen maksimal, og lysintensiteten registreret af sensoren er minimum.Ved ikke-invasiv detektion af fingerspidser med blodgennemstrømningsvolumenpulsbølge som direkte måledata, bør valget af spektralt målested følge følgende principper
1. Venerne i blodkar bør være mere rigelige, og andelen af effektiv information såsom hæmoglobin og ICG i den samlede materialeinformation i spektret bør forbedres
2. Det har indlysende karakteristika for blodgennemstrømningsvolumenændring for effektivt at indsamle volumenpulsbølgesignal
3. For at opnå det humane spektrum med god repeterbarhed og stabilitet påvirkes vævsegenskaberne mindre af individuelle forskelle.
4. Det er nemt at udføre spektral detektion, og let at blive accepteret af motivet, for at undgå interferensfaktorer såsom hurtig puls og målepositionsbevægelse forårsaget af stressfølelsen.
Skematisk diagram af blodkarfordeling i menneskelig håndflade Armens position kan næppe detektere pulsbølgen, så den er ikke egnet til påvisning af blodgennemstrømningsvolumen pulsbølge;Håndleddet er nær den radiale arterie, trykpulsbølgesignalet er stærkt, huden er let at producere mekanisk vibration, kan føre til detektionssignalet ud over volumenpulsbølgen også bære hudreflektionspulsinformation, det er svært at nøjagtigt karakterisere egenskaberne ved blodvolumen ændring, er ikke egnet til måling position;Selvom håndfladen er et af de almindelige kliniske blodudtagningssteder, er dens knogle tykkere end fingeren, og pulsbølgeamplituden af håndfladevolumen opsamlet ved diffus refleksion er lavere.Figur 2-5 viser fordelingen af blodkar i håndfladen.Ved at observere figuren kan det ses, at der er rigelige kapillære netværk i den forreste del af fingeren, som effektivt kan afspejle hæmoglobinindholdet i menneskekroppen.Desuden har denne position åbenlyse karakteristika for blodgennemstrømningsvolumenændring og er den ideelle måleposition for volumenpulsbølge.Fingrenes muskel- og knoglevæv er relativt tynde, så indflydelsen af baggrundsinterferensinformation er relativt lille.Derudover er fingerspidsen nem at måle, og forsøgspersonen har ingen psykologisk belastning, hvilket er befordrende for at opnå et stabilt højt signal-til-støj-forhold spektralt signal.Menneskets finger består af knogler, negle, hud, væv, veneblod og arterielt blod.I processen med interaktion med lys ændres blodvolumenet i fingerens perifere arterie med hjerteslag, hvilket resulterer i ændringen af den optiske vejmåling.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 inkluderer to dele: statisk stof (den optiske vej er konstant) og dynamisk stof (den optiske vej ændres med volumenet af materiale).Når lyset absorberes af fingerspidsvævet, modtages det transmitterede lys af en fotodetektor.Intensiteten af transmitteret lys opsamlet af sensoren er tydeligvis dæmpet på grund af absorberbarheden af forskellige vævskomponenter i menneskelige fingre.Ifølge denne egenskab etableres den tilsvarende model for fingerlysabsorption.
Egnet person:
Fingerspids pulsoximeterer velegnet til mennesker i alle aldre, herunder børn, voksne, ældre, patienter med koronar hjertesygdom, hypertension, hyperlipidæmi, cerebral trombose og andre karsygdomme og patienter med astma, bronkitis, kronisk bronkitis, lungehjertesygdomme og andre luftvejssygdomme.
Indlægstid: 17-jun-2022
