Пулсни оксиметар на врху прста изумео је Миликан 1940-их година како би пратио концентрацију кисеоника у артеријској крви, што је важан показатељ тежине COVID-19.Јонкер Сада објашњава како функционише пулсни оксиметар на врху прста?
Спектралне апсорпционе карактеристике биолошког ткива: Када се биолошко ткиво озрачи светлошћу, ефекат биолошког ткива на светлост може се поделити у четири категорије, укључујући апсорпцију, расејање, рефлексију и флуоресценцију. Ако се искључи расејање, растојање које светлост прелази кроз биолошко ткиво углавном је одређено апсорпцијом. Када светлост продре кроз неке провидне супстанце (чврсте, течне или гасовите), интензитет светлости значајно опада због циљане апсорпције неких специфичних фреквентних компоненти, што је феномен апсорпције светлости од стране супстанци. Количина светлости коју супстанца апсорбује назива се њена оптичка густина, такође позната као апсорпција.
Шематски дијаграм апсорпције светлости од стране материје. У целом процесу простирања светлости, количина светлосне енергије коју апсорбује материја је пропорционална трима факторима, а то су интензитет светлости, растојање светлосне путање и број честица које апсорбују светлост на попречном пресеку светлосне путање. Под претпоставком хомогеног материјала, број честица које апсорбују светлост на попречном пресеку може се сматрати честицама које апсорбују светлост по јединици запремине, односно концентрација честица светлости које материјал усисава, може добити Ламберт-Беров закон: може се тумачити као концентрација материјала и дужина оптичког пута по јединици запремине оптичке густине, способност усисавања светлости материјала да реагује на природу усисане светлости материјала. Другим речима, облик криве апсорпционог спектра исте супстанце је исти, а апсолутни положај апсорпционог врха ће се мењати само због различите концентрације, док ће релативни положај остати непромењен. У процесу апсорпције, апсорпција свих супстанци се одвија у запремини истог пресека, а апсорбујуће супстанце нису повезане једна са другом, не постоје флуоресцентна једињења, и не постоји феномен промене својстава средине услед светлосног зрачења. Стога, за раствор са N апсорпционим компонентама, оптичка густина је адитивна. Адитивност оптичке густине пружа теоријску основу за квантитативно мерење апсорбујућих компоненти у смешама.
У оптици биолошког ткива, спектрални регион од 600 ~ 1300 nm се обично назива „прозор биолошке спектроскопије“, а светлост у овом опсегу има посебан значај за многе познате и непознате спектралне терапије и спектралне дијагнозе. У инфрацрвеном региону, вода постаје доминантна супстанца која апсорбује светлост у биолошким ткивима, тако да таласна дужина коју систем усваја мора избећи апсорпциони врх воде како би се боље добиле информације о апсорпцији светлости циљне супстанце. Стога, унутар блиског инфрацрвеног спектралног опсега од 600-950 nm, главне компоненте ткива врха људског прста са капацитетом апсорпције светлости укључују воду у крви, O2Hb (оксигенисани хемоглобин), RHb (редуковани хемоглобин) и периферни меланин коже и других ткива.
Стога, можемо добити ефикасне информације о концентрацији компоненте која се мери у ткиву анализирајући податке емисионог спектра. Дакле, када имамо концентрације O2Hb и RHb, знамо засићење кисеоником.Засићење кисеоником SpO2је проценат запремине оксигенисаног хемоглобина (HbO2) везаног за кисеоник у крви као проценат укупног везујућег хемоглобина (Hb), концентрације кисеоника у крви, пулс, па зашто се зове пулсни оксиметар? Ево новог концепта: пулсни талас запремине протока крви. Током сваког срчаног циклуса, контракција срца узрокује пораст крвног притиска у крвним судовима корена аорте, што шири зид крвног суда. Супротно томе, дијастола срца узрокује пад крвног притиска у крвним судовима корена аорте, што узрокује контракцију зида крвног суда. Са континуираним понављањем срчаног циклуса, стална промена крвног притиска у крвним судовима корена аорте преносиће се на низводне судове повезане са њом, па чак и на цео артеријски систем, чиме се формира континуирано ширење и контракција целог артеријског васкуларног зида. То јест, периодично откуцавање срца ствара пулсне таласе у аорти који се шире напред дуж зидова крвних судова кроз артеријски систем. Сваки пут када се срце шири и скупља, промена притиска у артеријском систему производи периодични пулсни талас. То је оно што називамо пулсним таласом. Пулсни талас може да одражава многе физиолошке информације као што су срце, крвни притисак и проток крви, што може пружити важне информације за неинвазивно откривање специфичних физичких параметара људског тела.
У медицини, пулсни талас се обично дели на пулсни талас притиска и пулсни талас запремине два типа. Пулсни талас притиска углавном представља пренос крвног притиска, док пулсни талас запремине представља периодичне промене у протоку крви. У поређењу са пулсним таласом притиска, волуметријски пулсни талас садржи важније кардиоваскуларне информације, као што су људски крвни судови и проток крви. Неинвазивна детекција типичног пулсног таласа запремине протока крви може се постићи фотоелектричним волуметријским праћењем пулсног таласа. Специфични светлосни талас се користи за осветљавање мерног дела тела, а сноп доспева до фотоелектричног сензора након рефлексије или преноса. Примљени сноп ће носити ефективне карактеристичне информације о волуметријском пулсном таласу. Пошто се запремина крви периодично мења са ширењем и контракцијом срца, када је срце у дијастоли, запремина крви је најмања, апсорпција светлости од стране крви, сензор детектује максимални интензитет светлости; када се срце контрахује, запремина је максимална, а интензитет светлости који детектује сензор је минималан. Код неинвазивне детекције врхова прстију са пулсним таласом запремине протока крви као директним подацима мерења, избор спектралног места мерења треба да се придржава следећих принципа.
1. Вене крвних судова треба да буду обилније, а удео ефикасних информација као што су хемоглобин и ICG у укупним материјалним информацијама у спектру треба побољшати
2. Има очигледне карактеристике промене запремине протока крви како би ефикасно прикупљао сигнал пулсног таласа запремине
3. Да би се добио људски спектар са добром поновљивошћу и стабилношћу, карактеристике ткива су мање погођене индивидуалним разликама.
4. Лако је извршити спектралну детекцију и лако је прихватити од стране субјекта, како би се избегли фактори сметњи као што су убрзан рад срца и кретање положаја мерења изазвано стресом.
Шематски дијаграм расподеле крвних судова у људском длану: Положај руке тешко може детектовати пулсни талас, тако да није погодан за детекцију пулсног таласа запремине протока крви; Зглоб је близу радијалне артерије, сигнал пулсног таласа притиска је јак, кожа лако производи механичке вибрације, што може довести до тога да сигнал детекције поред пулсног таласа запремине такође носи информације о пулсу од коже, тешко је прецизно окарактерисати карактеристике промене запремине крви, није погодан за положај мерења; Иако је длан једно од уобичајених места за клиничко вађење крви, његова кост је дебља од прста, а амплитуда пулсног таласа запремине длана сакупљене дифузном рефлексијом је мања. Слика 2-5 приказује расподелу крвних судова у длану. Посматрајући слику, може се видети да постоје обилне капиларне мреже у предњем делу прста, које могу ефикасно одражавати садржај хемоглобина у људском телу. Штавише, овај положај има очигледне карактеристике промене запремине протока крви и идеалан је положај за мерење пулсног таласа запремине. Мишићно и коштано ткиво прстију је релативно танко, тако да је утицај позадинских сметњи релативно мали. Поред тога, врх прста се лако мери, а испитаник нема психолошко оптерећење, што погодује добијању стабилног спектралног сигнала са високим односом сигнал-шум. Људски прст се састоји од костију, ноктију, коже, ткива, венске крви и артеријске крви. У процесу интеракције са светлошћу, запремина крви у периферној артерији прста се мења са откуцајима срца, што резултира променом мерења оптичке путање. Док су остале компоненте константне у целом процесу светлости.
Када се одређена таласна дужина светлости примени на епидерму врха прста, прст се може посматрати као смешан материјал, који укључује два дела: статичку материју (оптичка путања је константна) и динамичку материју (оптичка путања се мења са запремином материјала). Када ткиво врха прста апсорбује светлост, фотодетектор прима пропуштену светлост. Интензитет пропуштене светлости коју сакупља сензор је очигледно ослабљен због апсорпције различитих компоненти ткива људских прстију. Према овој карактеристици, успостављен је еквивалентни модел апсорпције светлости прста.
Погодна особа:
Пулсни оксиметар на врху прстаПогодан је за људе свих узраста, укључујући децу, одрасле, старије особе, пацијенте са коронарном болешћу срца, хипертензијом, хиперлипидемијом, церебралном тромбозом и другим васкуларним болестима и пацијенте са астмом, бронхитисом, хроничним бронхитисом, плућном срчаном болешћу и другим респираторним болестима.
Време објаве: 17. јун 2022.
