Vingerpunt-pulsoksimeter is in die 1940's deur Millikan uitgevind om die konsentrasie suurstof in arteriële bloed te monitor, 'n belangrike aanduiding van die erns van COVID-19.Yonker verduidelik nou hoe vingerpunt-pulsoksimeter werk?
Spektrale absorpsie-eienskappe van biologiese weefsel: Wanneer lig op biologiese weefsel bestraal word, kan die effek van biologiese weefsel op lig in vier kategorieë verdeel word, insluitend absorpsie, verstrooiing, weerkaatsing en fluoresensie. Indien verstrooiing uitgesluit word, word die afstand wat lig deur biologiese weefsel beweeg, hoofsaaklik deur absorpsie beheer. Wanneer lig deur deursigtige stowwe (vaste stof, vloeistof of gasvormig) dring, neem die intensiteit van lig aansienlik af as gevolg van die geteikende absorpsie van spesifieke frekwensiekomponente, wat die absorpsieverskynsel van lig deur stowwe is. Hoeveel lig 'n stof absorbeer, word die optiese digtheid daarvan genoem, ook bekend as absorpsie.
Skematiese diagram van ligabsorpsie deur materie in die hele proses van ligvoortplanting. Die hoeveelheid ligenergie wat deur materie geabsorbeer word, is eweredig aan drie faktore: die ligintensiteit, die afstand van die ligpad en die aantal ligabsorberende deeltjies op die dwarssnit van die ligpad. Op die uitgangspunt van 'n homogene materiaal kan die aantal ligpad-absorberende deeltjies op die dwarssnit beskou word as ligabsorberende deeltjies per volume-eenheid, naamlik die konsentrasie van die materiaal se suigligdeeltjies. Dit kan 'n Lambert-Bier-wet kry: dit kan geïnterpreteer word as die materiaalkonsentrasie en optiese padlengte per volume-eenheid van optiese digtheid, die materiaal se suigligvermoë om te reageer op die aard van die materiaal se suiglig. Met ander woorde, die vorm van die absorpsiespektrumkromme van dieselfde stof is dieselfde, en die absolute posisie van die absorpsiepiek sal slegs verander as gevolg van die verskillende konsentrasies, maar die relatiewe posisie sal onveranderd bly. In die absorpsieproses vind die absorpsie van alle stowwe in die volume van dieselfde snit plaas, en die absorberende stowwe is nie verwant aan mekaar nie, en daar bestaan geen fluoresserende verbindings nie, en daar is geen verskynsel van verandering in die eienskappe van die medium as gevolg van ligstraling nie. Daarom, vir die oplossing met N-absorpsiekomponente, is die optiese digtheid additief. Die additiwiteit van optiese digtheid bied 'n teoretiese basis vir die kwantitatiewe meting van absorberende komponente in mengsels.
In biologiese weefseloptika word die spektrale gebied van 600 ~ 1300 nm gewoonlik "die venster van biologiese spektroskopie" genoem, en die lig in hierdie band het spesiale betekenis vir baie bekende en onbekende spektrale terapie en spektrale diagnose. In die infrarooi gebied word water die dominante lig-absorberende stof in biologiese weefsels, dus moet die golflengte wat deur die stelsel aangeneem word, die absorpsiepiek van water vermy om die ligabsorpsie-inligting van die teikenstof beter te verkry. Daarom, binne die nabye-infrarooi spektrumreeks van 600-950 nm, sluit die hoofkomponente van menslike vingerpuntweefsel met ligabsorpsiekapasiteit water in bloed, O2Hb (geoksigeneerde hemoglobien), RHb (verminderde hemoglobien) en perifere velmelanien en ander weefsels in.
Daarom kan ons die effektiewe inligting oor die konsentrasie van die komponent wat in die weefsel gemeet moet word, verkry deur die data van die emissiespektrum te analiseer. Dus, wanneer ons die O2Hb- en RHb-konsentrasies het, weet ons die suurstofversadiging.Suurstofversadiging SpO2is die persentasie van die volume suurstofgebonde suurstofryke hemoglobien (HbO2) in die bloed as 'n persentasie van die totale bindende hemoglobien (Hb), die konsentrasie van bloedsuurstofpuls, so hoekom word dit 'n pulsoksimeter genoem? Hier is 'n nuwe konsep: bloedvloeivolume-pulsgolf. Gedurende elke kardiale siklus veroorsaak die sametrekking van die hart dat die bloeddruk in die bloedvate van die aortawortel styg, wat die bloedvatwand verwyd. Omgekeerd veroorsaak diastole van die hart dat die bloeddruk in die bloedvate van die aortawortel daal, wat veroorsaak dat die bloedvatwand saamtrek. Met die voortdurende herhaling van die kardiale siklus sal die konstante verandering van bloeddruk in die bloedvate van die aortawortel oorgedra word na die stroomafwaartse vate wat daarmee verbind is en selfs na die hele arteriële stelsel, wat sodoende die voortdurende uitbreiding en sametrekking van die hele arteriële vaskulêre wand vorm. Dit wil sê, die periodieke klop van die hart skep pulsgolwe in die aorta wat vorentoe langs die bloedvatwande deur die arteriële stelsel rimpel. Elke keer as die hart uitbrei en saamtrek, produseer 'n verandering in druk in die arteriële stelsel 'n periodieke pulsgolf. Dit is wat ons die polsgolf noem. Die polsgolf kan baie fisiologiese inligting soos hart, bloeddruk en bloedvloei weerspieël, wat belangrike inligting kan verskaf vir nie-indringende opsporing van spesifieke fisiese parameters van die menslike liggaam.
In medisyne word pulsgolwe gewoonlik verdeel in twee tipes: drukpulsgolwe en volumepulsgolwe. Drukpulsgolwe verteenwoordig hoofsaaklik bloeddruktransmissie, terwyl volumepulsgolwe periodieke veranderinge in bloedvloei verteenwoordig. In vergelyking met drukpulsgolwe bevat volumetriese pulsgolwe meer belangrike kardiovaskulêre inligting soos menslike bloedvate en bloedvloei. Die nie-indringende opsporing van tipiese bloedvloeivolumepulsgolwe kan bereik word deur fotoëlektriese volumetriese pulsgolfopsporing. 'n Spesifieke liggolf word gebruik om die meetdeel van die liggaam te verlig, en die straal bereik die fotoëlektriese sensor na weerkaatsing of transmissie. Die ontvangde straal sal die effektiewe kenmerkende inligting van die volumetriese pulsgolf dra. Omdat die bloedvolume periodiek verander met die uitbreiding en sametrekking van die hart, wanneer die hart diastole is, is die bloedvolume die kleinste, bloedabsorpsie van lig, die sensor het die maksimum ligintensiteit waargeneem; wanneer die hart saamtrek, is die volume maksimum en die ligintensiteit wat deur die sensor waargeneem word, is minimaal. In die nie-indringende opsporing van vingerpunte met bloedvloeivolumepulsgolwe as die direkte meetdata, moet die keuse van spektrale meetplek die volgende beginsels volg.
1. Die are van bloedvate moet meer volop wees, en die verhouding van effektiewe inligting soos hemoglobien en ICG in die totale materiaalinligting in die spektrum moet verbeter word.
2. Dit het duidelike eienskappe van bloedvloeivolumeverandering om effektief volumepulsgolfsein te versamel
3. Om die menslike spektrum met goeie herhaalbaarheid en stabiliteit te verkry, word die weefseleienskappe minder beïnvloed deur individuele verskille.
4. Dit is maklik om spektrale opsporing uit te voer, en maklik om deur die proefpersoon aanvaar te word, om die interferensiefaktore soos vinnige hartklop en meetposisiebeweging wat deur die stres-emosie veroorsaak word, te vermy.
Skematiese diagram van bloedvatverspreiding in die menslike palm Die posisie van die arm kan skaars die polsgolf opspoor, dus is dit nie geskik vir die opsporing van die bloedvloeivolume-pulsgolf nie; Die pols is naby die radiale arterie, die drukpulsgolfsein is sterk, die vel produseer maklik meganiese vibrasie, wat kan lei tot die opsporingssein, benewens die volume-pulsgolf, wat ook velrefleksie-pulsinligting dra, dit is moeilik om die eienskappe van bloedvolumeverandering akkuraat te karakteriseer, en is nie geskik vir die meetposisie nie; Alhoewel die palm een van die algemene kliniese bloedafnameplekke is, is die been dikker as die vinger, en die pulsgolfamplitude van die palmvolume wat deur diffuse refleksie versamel word, is laer. Figuur 2-5 toon die verspreiding van bloedvate in die palm. As jy na die figuur kyk, kan gesien word dat daar oorvloedige kapillêre netwerke in die voorste deel van die vinger is, wat die hemoglobieninhoud in die menslike liggaam effektief kan weerspieël. Boonop het hierdie posisie duidelike eienskappe van bloedvloeivolumeverandering, en is dit die ideale meetposisie van die volume-pulsgolf. Die spier- en beenweefsel van die vingers is relatief dun, dus is die invloed van agtergrondinterferensie-inligting relatief klein. Daarbenewens is die vingerpunt maklik om te meet, en die proefpersoon het geen sielkundige las nie, wat bevorderlik is vir die verkryging van 'n stabiele spektrale sein met 'n hoë sein-tot-geraas-verhouding. Die menslike vinger bestaan uit been, naels, vel, weefsel, veneuse bloed en arteriële bloed. In die proses van interaksie met lig verander die bloedvolume in die perifere arterie van die vinger met die hartklop, wat lei tot die verandering van die optiese padmeting. Terwyl die ander komponente konstant bly in die hele proses van lig.
Wanneer 'n spesifieke golflengte lig op die epidermis van die vingerpunt toegepas word, kan die vinger as 'n mengsel beskou word, wat twee dele insluit: statiese materie (die optiese pad is konstant) en dinamiese materie (die optiese pad verander met die volume van die materiaal). Wanneer die lig deur die vingerpuntweefsel geabsorbeer word, word die deurgelate lig deur 'n fotodetektor ontvang. Die intensiteit van die deurgelate lig wat deur die sensor versamel word, word natuurlik verswak as gevolg van die absorbeerbaarheid van verskeie weefselkomponente van menslike vingers. Volgens hierdie eienskap word die ekwivalente model van vingerligabsorpsie vasgestel.
Geskikte persoon:
Vingerpunt-pulsoksimeteris geskik vir mense van alle ouderdomme, insluitend kinders, volwassenes, bejaardes, pasiënte met koronêre hartsiekte, hipertensie, hiperlipidemie, serebrale trombose en ander vaskulêre siektes en pasiënte met asma, brongitis, chroniese brongitis, pulmonale hartsiekte en ander respiratoriese siektes.
Plasingstyd: 17 Junie 2022
