Fingertoppspulsoximeter uppfanns av Millikan på 1940-talet för att övervaka koncentrationen av syre i arteriellt blod, en viktig indikator på svårighetsgraden av covid-19.Yonker förklarar nu hur fingertoppspulsoximetern fungerar?
Spektralabsorptionsegenskaper hos biologisk vävnad: När ljus bestrålas till biologisk vävnad kan effekten av biologisk vävnad på ljus delas in i fyra kategorier, inklusive absorption, spridning, reflektion och fluorescens. Om spridning utesluts, avståndet som ljuset färdas genom biologiska vävnad styrs huvudsakligen av absorption.När ljus penetrerar vissa genomskinliga ämnen (fasta, flytande eller gasformiga) minskar ljusets intensitet avsevärt på grund av den riktade absorptionen av vissa specifika frekvenskomponenter, vilket är ljusets absorptionsfenomen av ämnen.Hur mycket ljus ett ämne absorberar kallas dess optiska densitet, även känd som absorbans.
Schematiskt diagram av ljusabsorption av materia i hela processen med ljusutbredning, mängden ljusenergi som absorberas av materia är proportionell mot tre faktorer, som är ljusintensiteten, avståndet till ljusvägen och antalet ljusabsorberande partiklar på ljusbanans tvärsnitt.På premissen av homogent material kan ljusvägsnummer ljusabsorberande partiklar på tvärsnitt betraktas som ljusabsorberande partiklar per volymenhet, nämligen materialsugning ljuspartikelkoncentration, kan få en lambertöls lag: kan tolkas som materialkoncentration och optisk väglängd per volymenhet optisk densitet, materialets sugljus förmåga att reagera på materialets sugljus. Med andra ord är formen på absorptionsspektrumkurvan för samma ämne densamma, och den absoluta positionen för absorptionstoppen kommer bara att förändras på grund av den olika koncentrationen, men den relativa positionen kommer att förbli oförändrad.I absorptionsprocessen sker absorptionen av ämnen alla i volymen av samma sektion, och de absorberande ämnena är inte relaterade till varandra, och inga fluorescerande föreningar existerar, och det finns inget fenomen att ändra mediets egenskaper p.g.a. ljusstrålning.Därför är den optiska densiteten additiv för lösningen med N-absorptionskomponenter.Den optiska densitetens additivitet ger en teoretisk grund för den kvantitativa mätningen av absorberande komponenter i blandningar.
Inom biologisk vävnadsoptik kallas det spektrala området 600 ~ 1300nm vanligtvis "fönstret för biologisk spektroskopi", och ljuset i detta band har speciell betydelse för många kända och okända spektralterapier och spektraldiagnoser.I det infraröda området blir vatten den dominerande ljusabsorberande substansen i biologiska vävnader, så den våglängd som antas av systemet måste undvika absorptionstoppen för vatten för att bättre erhålla ljusabsorptionsinformationen för målämnet.Därför, inom det nära-infraröda spektrumet 600-950nm, inkluderar huvudkomponenterna i mänsklig fingertoppsvävnad med ljusabsorptionskapacitet vatten i blod, O2Hb (syresatt hemoglobin), RHb (reducerat hemoglobin) och perifert hudmelanin och andra vävnader.
Därför kan vi få effektiv information om koncentrationen av den komponent som ska mätas i vävnaden genom att analysera data från emissionsspektrumet.Så när vi har O2Hb- och RHb-koncentrationerna vet vi syremättnaden.Syremättnad SpO2är procentandelen av volymen syrebundet syresatt hemoglobin (HbO2) i blodet som en procentandel av det totala bindande hemoglobinet (Hb), koncentrationen av blodsyrepuls så varför kallas det pulsoximeter?Här är ett nytt koncept: blodflödesvolympulsvåg.Under varje hjärtcykel orsakar sammandragning av hjärtat att blodtrycket stiger i aortarotens blodkärl, vilket vidgar blodkärlsväggen.Omvänt får hjärtats diastol att blodtrycket sjunker i aortarotens blodkärl, vilket gör att blodkärlsväggen drar ihop sig.Med den kontinuerliga upprepningen av hjärtcykeln kommer den konstanta förändringen av blodtrycket i aortarotens blodkärl att överföras till de nedströms kärlen som är anslutna till den och till och med till hela artärsystemet, vilket bildar den kontinuerliga expansionen och sammandragningen av hela artärens kärlvägg.Det vill säga att hjärtats periodiska slag skapar pulsvågor i aortan som krusar framåt längs blodkärlsväggarna i hela artärsystemet.Varje gång hjärtat expanderar och drar ihop sig, producerar en förändring i trycket i artärsystemet en periodisk pulsvåg.Detta är vad vi kallar pulsvågen.Pulsvåg kan reflektera många fysiologiska uppgifter såsom hjärta, blodtryck och blodflöde, vilket kan ge viktig information för icke-invasiv upptäckt av specifika fysiska parametrar i människokroppen.
Inom medicin delas pulsvåg vanligtvis in i tryckpulsvåg och volympulsvåg två typer.Tryckpulsvåg representerar huvudsakligen blodtrycksöverföring, medan volympulsvåg representerar periodiska förändringar i blodflödet.Jämfört med tryckpulsvåg innehåller volymetrisk pulsvåg viktigare kardiovaskulär information såsom mänskliga blodkärl och blodflöde.Den icke-invasiva detekteringen av typiska blodflödesvolympulsvågor kan uppnås genom fotoelektrisk volymetrisk pulsvågspårning.En specifik ljusvåg används för att belysa den mätande delen av kroppen, och strålen når den fotoelektriska sensorn efter reflektion eller transmission.Den mottagna strålen kommer att bära den effektiva karakteristiska informationen för den volymetriska pulsvågen.Eftersom blodvolymen ändras periodiskt med expansionen och sammandragningen av hjärtat, när hjärtat diastolerar, är blodvolymen den minsta, blodabsorptionen av ljus, detekterade sensorn den maximala ljusintensiteten;När hjärtat drar ihop sig är volymen maximal och ljusintensiteten som detekteras av sensorn är minimal.Vid icke-invasiv detektering av fingertoppar med blodflödesvolympulsvåg som direkt mätdata, bör valet av spektral mätplats följa följande principer
1. Venerna i blodkärlen bör vara rikligare, och andelen effektiv information som hemoglobin och ICG i den totala materialinformationen i spektrumet bör förbättras
2. Den har uppenbara egenskaper för förändring av blodflödesvolymen för att effektivt samla in volympulsvågssignalen
3. För att erhålla det mänskliga spektrumet med god repeterbarhet och stabilitet påverkas vävnadsegenskaperna mindre av individuella skillnader.
4. Det är lätt att utföra spektral detektering och lätt att accepteras av motivet för att undvika störningsfaktorer som snabb puls och mätpositionsrörelse som orsakas av stresskänslan.
Schematiskt diagram av blodkärlsfördelning i mänsklig handflata Armens position kan knappast detektera pulsvågen, så den är inte lämplig för detektering av blodflödesvolympulsvåg;Handleden är nära den radiella artären, tryckpulsvågssignalen är stark, huden är lätt att producera mekanisk vibration, kan leda till detekteringssignalen förutom volympulsvågen också bära hudreflektionspulsinformation, det är svårt att exakt karakterisera egenskaperna hos blodvolymförändringar, är inte lämplig för mätposition;Även om handflatan är en av de vanligaste kliniska blodtagningsställena, är dess ben tjockare än fingret, och pulsvågsamplituden för handflatans volym som samlas in genom diffus reflektion är lägre.Figur 2-5 visar fördelningen av blodkärl i handflatan.Genom att observera figuren kan det ses att det finns rikliga kapillärnätverk i den främre delen av fingret, vilket effektivt kan återspegla hemoglobininnehållet i människokroppen.Dessutom har denna position uppenbara egenskaper för blodflödesvolymförändring och är den idealiska mätpositionen för volympulsvåg.Muskel- och benvävnaderna i fingrarna är relativt tunna, så påverkan av bakgrundsinterferensinformation är relativt liten.Dessutom är fingerspetsen lätt att mäta, och motivet har ingen psykologisk börda, vilket bidrar till att erhålla en stabil spektralsignal med högt signal-brusförhållande.Mänskligt finger består av ben, nagel, hud, vävnad, venöst blod och arteriellt blod.I processen för interaktion med ljus förändras blodvolymen i fingers perifera artär med hjärtslag, vilket resulterar i en förändring av den optiska vägmätningen.Medan de andra komponenterna är konstanta i hela ljusprocessen.
När en viss våglängd av ljus appliceras på fingertoppens epidermis, kan fingret betraktas som en blandning, inklusive två delar: statisk materia (den optiska vägen är konstant) och dynamisk materia (den optiska vägen ändras med volymen av material).När ljuset absorberas av fingertoppsvävnaden tas det transmitterade ljuset emot av en fotodetektor.Intensiteten hos transmitterat ljus som samlas upp av sensorn är uppenbarligen dämpad på grund av absorberbarheten hos olika vävnadskomponenter hos mänskliga fingrar.Enligt denna egenskap etableras motsvarande modell för fingerljusabsorption.
Lämplig person:
Pulsoximeter i fingertopparnaär lämplig för människor i alla åldrar, inklusive barn, vuxna, äldre, patienter med kranskärlssjukdom, högt blodtryck, hyperlipidemi, cerebral trombos och andra kärlsjukdomar och patienter med astma, bronkit, kronisk bronkit, pulmonell hjärtsjukdom och andra luftvägssjukdomar.
Posttid: 2022-jun-17
