Pulzní oxymetr pro konečky prstů byl vynalezen společností Millikan ve 40. letech minulého století ke sledování koncentrace kyslíku v arteriální krvi, což je důležitý ukazatel závažnosti COVID-19.Yonker nyní vysvětluje, jak funguje pulzní oxymetr na prstech?
Charakteristiky spektrální absorpce biologické tkáně: Když je světlo ozářeno na biologickou tkáň, lze účinek biologické tkáně na světlo rozdělit do čtyř kategorií, včetně absorpce, rozptylu, odrazu a fluorescence. Pokud je rozptyl vyloučen, vzdálenost, kterou světlo urazí biologickým tkáň se řídí především absorpcí.Při průniku světla některými průhlednými látkami (pevnými, kapalnými nebo plynnými) intenzita světla výrazně klesá díky cílené absorpci některých specifických frekvenčních složek, což je fenomén pohlcování světla látkami.To, kolik světla látka absorbuje, se nazývá její optická hustota, také známá jako absorbance.
Schematické schéma absorpce světla hmotou v celém procesu šíření světla, množství světelné energie absorbované hmotou je úměrné třem faktorům, kterými jsou intenzita světla, vzdálenost dráhy světla a počet částic absorbujících světlo na průřez světelné dráhy.Za předpokladu homogenního materiálu lze počet světlocestných částic absorbujících světlo na průřezu považovat za částice absorbující světlo na jednotku objemu, konkrétně koncentraci lehkých částic nasávání materiálu, lze získat lambertův zákon: lze jej interpretovat jako koncentraci materiálu a délka optické dráhy na jednotku objemu optické hustoty, sací světlo schopnost reagovat na povahu sacího světla materiálu. Jinými slovy, tvar křivky absorpčního spektra stejné látky je stejný a absolutní poloha absorpční pík se změní pouze v důsledku odlišné koncentrace, ale relativní poloha zůstane nezměněna.V procesu absorpce se absorpce všech látek odehrává v objemu stejné sekce a absorbující látky spolu nesouvisejí a neexistují žádné fluorescenční sloučeniny a nedochází k jevu změny vlastností média v důsledku světelné záření.Proto je u roztoku s N absorpčními složkami optická hustota aditivní.Aditivita optické hustoty poskytuje teoretický základ pro kvantitativní měření absorpčních složek ve směsích.
V biologické tkáňové optice se spektrální oblast 600 ~ 1300nm obvykle nazývá "okno biologické spektroskopie" a světlo v tomto pásmu má zvláštní význam pro mnoho známých i neznámých spektrální terapie a spektrální diagnózy.V infračervené oblasti se voda stává dominantní látkou absorbující světlo v biologických tkáních, takže vlnová délka přijatá systémem se musí vyhýbat absorpčnímu vrcholu vody, aby se lépe získaly informace o absorpci světla cílové látky.Proto v rozsahu blízkého infračerveného spektra 600-950 nm patří mezi hlavní složky tkáně konečků lidských prstů s kapacitou absorpce světla voda v krvi, O2Hb (okysličený hemoglobin), RHb (redukovaný hemoglobin) a periferní kožní melanin a další tkáně.
Proto můžeme získat efektivní informaci o koncentraci složky, která má být měřena v tkáni, analýzou dat emisního spektra.Takže když máme koncentrace O2Hb a RHb, známe nasycení kyslíkem.Saturace kyslíkem SpO2je procento objemu okysličeného hemoglobinu vázaného na kyslík (HbO2) v krvi jako procento celkového vazebného hemoglobinu (Hb), koncentrace kyslíku v krvi, tak proč se tomu říká pulzní oxymetr?Zde je nový koncept: pulsní vlna objemu průtoku krve.Během každého srdečního cyklu způsobí kontrakce srdce zvýšení krevního tlaku v cévách kořene aorty, což rozšíří cévní stěnu.Naopak diastola srdce způsobí pokles krevního tlaku v cévách kořene aorty, což způsobí stažení cévní stěny.Při nepřetržitém opakování srdečního cyklu se neustálá změna krevního tlaku v cévách kořene aorty přenese na následné cévy s ním spojené a dokonce i na celý arteriální systém, čímž dojde k kontinuální expanzi a kontrakci kořene aorty. celá arteriální cévní stěna.To znamená, že periodický tlukot srdce vytváří pulzní vlny v aortě, které se vlní dopředu podél stěn krevních cév v celém arteriálním systému.Pokaždé, když se srdce roztahuje a smršťuje, změna tlaku v arteriálním systému vytváří periodickou pulzní vlnu.Tomu říkáme pulzní vlna.Pulzní vlna může odrážet mnoho fyziologických informací, jako je srdce, krevní tlak a průtok krve, které mohou poskytnout důležité informace pro neinvazivní detekci specifických fyzických parametrů lidského těla.
V medicíně se pulzní vlna obvykle dělí na tlakovou pulzní vlnu a objemovou pulzní vlnu dvou typů.Tlaková pulzní vlna představuje především přenos krevního tlaku, zatímco objemová pulzní vlna představuje periodické změny průtoku krve.V porovnání s tlakovou pulzní vlnou obsahuje objemová pulzní vlna důležitější kardiovaskulární informace, jako jsou lidské krevní cévy a průtok krve.Neinvazivní detekce typické pulzní vlny objemového průtoku krve lze dosáhnout fotoelektrickým volumetrickým sledováním pulzní vlny.K osvětlení měřicí části těla se používá specifická vlna světla a paprsek se po odrazu nebo přenosu dostane k fotoelektrickému senzoru.Přijatý paprsek ponese efektivní charakteristické informace objemové pulzní vlny.Vzhledem k tomu, že objem krve se periodicky mění s expanzí a kontrakcí srdce, když je srdeční diastola, objem krve je nejmenší, absorpce světla krví, senzor detekoval maximální intenzitu světla;Při kontrakci srdce je objem maximální a intenzita světla detekovaná senzorem minimální.Při neinvazivní detekci konečků prstů s pulzní vlnou objemu krve jako přímým měřením by se měl výběr místa spektrálního měření řídit následujícími zásadami
1. Cévní žíly by měly být hojnější a podíl efektivních informací, jako je hemoglobin a ICG, na celkové materiálové informaci ve spektru by se měl zlepšit
2. Má zřejmou charakteristiku změny objemu průtoku krve pro efektivní sběr signálu objemové pulzní vlny
3. Aby bylo možné získat lidské spektrum s dobrou opakovatelností a stabilitou, jsou tkáňové charakteristiky méně ovlivněny individuálními rozdíly.
4. Je snadné provést spektrální detekci a snadno být přijata subjektem, aby se předešlo interferenčním faktorům, jako je rychlá srdeční frekvence a pohyb polohy měření způsobený stresovou emocí.
Schematický diagram distribuce krevních cév v lidské dlani Poloha paže může jen stěží detekovat pulzní vlnu, proto není vhodná pro detekci pulzní vlny objemu průtoku krve;Zápěstí je blízko radiální tepny, signál tlakové pulzní vlny je silný, kůže snadno vytváří mechanické vibrace, může vést k tomu, že detekční signál kromě objemové pulzní vlny také nese informace o pulzu odrazu kůže, je obtížné přesně charakterizovat charakteristiky změny objemu krve, není vhodný pro polohu měření;Přestože dlaň je jedním z běžných klinických míst odběru krve, její kost je silnější než prst a amplituda pulzní vlny objemu dlaně shromážděného difúzním odrazem je nižší.Obrázek 2-5 ukazuje rozložení krevních cév v dlani.Při pozorování obrázku je vidět, že v přední části prstu jsou bohaté kapilární sítě, které mohou účinně odrážet obsah hemoglobinu v lidském těle.Navíc má tato poloha zjevné charakteristiky změny objemu průtoku krve a je ideální polohou měření objemové pulzní vlny.Svalové a kostní tkáně prstů jsou relativně tenké, takže vliv interferenční informace pozadí je relativně malý.Kromě toho se špička prstu snadno měří a subjekt nemá žádnou psychickou zátěž, což přispívá k získání stabilního spektrálního signálu s vysokým odstupem signálu od šumu.Lidský prst se skládá z kosti, nehtu, kůže, tkáně, žilní krve a arteriální krve.V procesu interakce se světlem se objem krve v periferní tepně prstu mění s bušením srdce, což má za následek změnu měření optické dráhy.Zatímco ostatní složky jsou konstantní v celém procesu světla.
Když je na epidermis konečku prstu aplikována určitá vlnová délka světla, lze prst považovat za směs zahrnující dvě části: statickou hmotu (optická dráha je konstantní) a dynamickou hmotu (optická dráha se mění s objemem prstu). materiál).Když je světlo absorbováno tkání konečku prstu, procházející světlo je přijímáno fotodetektorem.Intenzita procházejícího světla shromážděného senzorem je zjevně utlumena v důsledku absorbovatelnosti různých tkáňových složek lidských prstů.Podle této charakteristiky je stanoven ekvivalentní model absorpce světla prstem.
Vhodná osoba:
Pulzní oxymetr na konečky prstůje vhodný pro lidi všech věkových kategorií, včetně dětí, dospělých, seniorů, pacientů s ischemickou chorobou srdeční, hypertenzí, hyperlipidémií, mozkovou trombózou a dalšími cévními onemocněními a pacienty s astmatem, bronchitidou, chronickou bronchitidou, plicním srdečním onemocněním a dalšími onemocněními dýchacích cest.
Čas odeslání: 17. června 2022
