Pulsni oksimetar za prst izumio je Millikan 1940-ih godina kako bi pratio koncentraciju kisika u arterijskoj krvi, što je važan pokazatelj težine COVID-19.Jonker Sada objašnjava kako funkcioniše pulsni oksimetar na vrhu prsta?
Spektralne apsorpcijske karakteristike biološkog tkiva: Kada se svjetlost ozrači na biološko tkivo, učinak biološkog tkiva na svjetlost može se podijeliti u četiri kategorije, uključujući apsorpciju, raspršenje, refleksiju i fluorescenciju. Ako se isključi raspršenje, udaljenost koju svjetlost pređe kroz biološko tkivo uglavnom je određena apsorpcijom. Kada svjetlost prodre kroz neke prozirne supstance (čvrste, tekuće ili plinovite), intenzitet svjetlosti značajno se smanjuje zbog ciljane apsorpcije nekih specifičnih frekventnih komponenti, što je fenomen apsorpcije svjetlosti od strane supstanci. Količina svjetlosti koju supstanca apsorbira naziva se njena optička gustoća, poznata i kao apsorbancija.
Šematski dijagram apsorpcije svjetlosti materijom. U cijelom procesu širenja svjetlosti, količina svjetlosne energije koju apsorbira materija proporcionalna je trima faktorima: intenzitetu svjetlosti, udaljenosti svjetlosne putanje i broju čestica koje apsorbiraju svjetlost na poprečnom presjeku svjetlosne putanje. Pod pretpostavkom homogenog materijala, broj čestica koje apsorbiraju svjetlost na poprečnom presjeku svjetlosne putanje može se smatrati česticama koje apsorbiraju svjetlost po jedinici zapremine, odnosno koncentracija čestica svjetlosti koje usisavaju materijal, može se tumačiti kao koncentracija materijala i dužina optičkog puta po jedinici zapremine optičke gustoće, sposobnost usisavanja svjetlosti materijala da reaguje na prirodu svjetlosti koja usisava materijal. Drugim riječima, oblik krive apsorpcijskog spektra iste supstance je isti, a apsolutni položaj apsorpcijskog vrha će se mijenjati samo zbog različite koncentracije, ali relativni položaj će ostati nepromijenjen. U procesu apsorpcije, apsorpcija svih supstanci se odvija u zapremini istog presjeka, a apsorbirajuće supstance nisu međusobno povezane, ne postoje fluorescentni spojevi i ne postoji fenomen promjene svojstava medija zbog svjetlosnog zračenja. Stoga, za rastvor sa N apsorpcionim komponentama, optička gustina je aditivna. Aditivnost optičke gustine pruža teorijsku osnovu za kvantitativno mjerenje apsorbujućih komponenti u smjesama.
U optici bioloških tkiva, spektralno područje od 600 ~ 1300 nm obično se naziva "prozor biološke spektroskopije", a svjetlost u ovom opsegu ima poseban značaj za mnoge poznate i nepoznate spektralne terapije i spektralne dijagnoze. U infracrvenom području, voda postaje dominantna supstanca koja apsorbira svjetlost u biološkim tkivima, tako da talasna dužina koju sistem usvoji mora izbjegavati apsorpcijski vrh vode kako bi se bolje dobile informacije o apsorpciji svjetlosti ciljne supstance. Stoga, unutar spektralnog raspona bliskog infracrvenog zračenja od 600-950 nm, glavne komponente tkiva ljudskog prsta sa kapacitetom apsorpcije svjetlosti uključuju vodu u krvi, O2Hb (oksigenirani hemoglobin), RHb (redukovani hemoglobin) i periferni melanin kože i drugih tkiva.
Stoga, analizom podataka emisionog spektra možemo dobiti efektivne informacije o koncentraciji komponente koja se mjeri u tkivu. Dakle, kada imamo koncentracije O2Hb i RHb, znamo zasićenost kisikom.Zasićenost kisikom SpO2je postotak volumena oksigeniranog hemoglobina (HbO2) vezanog za kisik u krvi kao postotak ukupnog vezanog hemoglobina (Hb), koncentracija kisika u krvi puls, pa zašto se zove pulsni oksimetar? Evo novog koncepta: pulsni val volumena protoka krvi. Tokom svakog srčanog ciklusa, kontrakcija srca uzrokuje porast krvnog pritiska u krvnim sudovima korijena aorte, što širi zid krvnog suda. Suprotno tome, dijastola srca uzrokuje pad krvnog pritiska u krvnim sudovima korijena aorte, što uzrokuje kontrakciju zida krvnog suda. Kontinuiranim ponavljanjem srčanog ciklusa, stalna promjena krvnog pritiska u krvnim sudovima korijena aorte prenosit će se na nizvodne sudove povezane s njom, pa čak i na cijeli arterijski sistem, formirajući tako kontinuirano širenje i kontrakciju cijelog arterijskog vaskularnog zida. To jest, periodično kucanje srca stvara pulsne valove u aorti koji se šire naprijed duž zidova krvnih sudova kroz arterijski sistem. Svaki put kada se srce širi i skuplja, promjena pritiska u arterijskom sistemu proizvodi periodični pulsni val. To je ono što nazivamo pulsnim valom. Pulsni talas može odražavati mnoge fiziološke informacije poput srca, krvnog pritiska i protoka krvi, što može pružiti važne informacije za neinvazivno otkrivanje specifičnih fizičkih parametara ljudskog tijela.
U medicini, pulsni talas se obično dijeli na dva tipa pulsnog talasa pritiska i pulsnog talasa volumena. Pulsni talas pritiska uglavnom predstavlja prenos krvnog pritiska, dok pulsni talas volumena predstavlja periodične promjene u protoku krvi. U poređenju sa pulsnim talasom pritiska, volumetrijski pulsni talas sadrži važnije kardiovaskularne informacije, kao što su ljudski krvni sudovi i protok krvi. Neinvazivno otkrivanje tipičnog pulsnog talasa volumena protoka krvi može se postići fotoelektričnim volumetrijskim praćenjem pulsnog talasa. Specifični svjetlosni talas se koristi za osvjetljavanje mjernog dijela tijela, a snop stiže do fotoelektričnog senzora nakon refleksije ili prenosa. Primljeni snop će nositi efektivne karakteristične informacije volumetrijskog pulsnog talasa. Budući da se volumen krvi periodično mijenja sa širenjem i kontrakcijom srca, kada je srce u dijastoli, volumen krvi je najmanji, a apsorpcija svjetlosti od strane krvi, senzor detektuje maksimalni intenzitet svjetlosti; kada se srce kontrahuje, volumen je maksimalan, a intenzitet svjetlosti koji detektuje senzor je minimalan. Kod neinvazivnog otkrivanja vrhova prstiju sa pulsnim talasom volumena protoka krvi kao direktnim podacima mjerenja, odabir spektralnog mjesta mjerenja treba da se pridržava sljedećih principa.
1. Vene krvnih sudova trebale bi biti obilnije, a udio efektivnih informacija poput hemoglobina i ICG u ukupnim materijalnim informacijama u spektru trebao bi se poboljšati.
2. Ima očigledne karakteristike promjene volumena protoka krvi kako bi se efikasno prikupljao signal pulsnog vala volumena
3. Da bi se dobio ljudski spektar s dobrom ponovljivošću i stabilnošću, karakteristike tkiva su manje pogođene individualnim razlikama.
4. Spektralna detekcija se lako izvodi i subjekt je lako prihvata, kako bi se izbjegli faktori interferencije poput ubrzanog rada srca i promjene položaja mjerenja uzrokovane stresom.
Shematski dijagram distribucije krvnih sudova u ljudskom dlanu: Položaj ruke teško detektuje pulsni talas, tako da nije pogodan za detekciju pulsnog talasa volumena protoka krvi; Ručni zglob je blizu radijalne arterije, signal pulsnog talasa pritiska je jak, koža lako proizvodi mehaničke vibracije, što može dovesti do signala detekcije, pored pulsnog talasa volumena, koji također nosi informacije o pulsu od kože, teško je precizno okarakterisati karakteristike promjene volumena krvi, nije pogodan za položaj mjerenja; Iako je dlan jedno od uobičajenih mjesta kliničkog vađenja krvi, njegova kost je deblja od prsta, a amplituda pulsnog talasa volumena dlana prikupljenog difuznom refleksijom je niža. Slika 2-5 prikazuje distribuciju krvnih sudova u dlanu. Posmatrajući sliku, može se vidjeti da postoje obilne kapilarne mreže u prednjem dijelu prsta, koje mogu efikasno odražavati sadržaj hemoglobina u ljudskom tijelu. Štaviše, ovaj položaj ima očigledne karakteristike promjene volumena protoka krvi i idealan je položaj za mjerenje pulsnog talasa volumena. Mišićno i koštano tkivo prstiju je relativno tanko, tako da je uticaj pozadinskih interferencijskih informacija relativno mali. Osim toga, vrh prsta se lako mjeri, a ispitanik nema psihološkog opterećenja, što pogoduje dobijanju stabilnog spektralnog signala visokog odnosa signal-šum. Ljudski prst se sastoji od kostiju, noktiju, kože, tkiva, venske krvi i arterijske krvi. U procesu interakcije sa svjetlošću, volumen krvi u perifernoj arteriji prsta se mijenja sa otkucajima srca, što rezultira promjenom mjerenja optičkog puta. Dok su ostale komponente konstantne u cijelom procesu svjetlosti.
Kada se određena talasna dužina svjetlosti primijeni na epidermu vrha prsta, prst se može smatrati mješavinom koja uključuje dva dijela: statičku materiju (optički put je konstantan) i dinamičku materiju (optički put se mijenja sa zapreminom materijala). Kada tkivo vrha prsta apsorbuje svjetlost, fotodetektor prima propuštenu svjetlost. Intenzitet propuštene svjetlosti koju sakuplja senzor očigledno je oslabljen zbog apsorpcije različitih komponenti tkiva ljudskih prstiju. Prema ovoj karakteristici, uspostavlja se ekvivalentni model apsorpcije svjetlosti prsta.
Odgovarajuća osoba:
Pulsni oksimetar na vrh prstaPogodan je za ljude svih uzrasta, uključujući djecu, odrasle, starije osobe, pacijente sa koronarnom bolešću srca, hipertenzijom, hiperlipidemijom, cerebralnom trombozom i drugim vaskularnim bolestima, kao i pacijente sa astmom, bronhitisom, hroničnim bronhitisom, plućnom bolešću srca i drugim respiratornim bolestima.
Vrijeme objave: 17. juni 2022.
