Το παλμικό οξύμετρο δακτύλου εφευρέθηκε από τον Millikan τη δεκαετία του 1940 για την παρακολούθηση της συγκέντρωσης οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα, ένας σημαντικός δείκτης της σοβαρότητας της COVID-19.Γιόνκερ τώρα εξηγεί πώς λειτουργεί το παλμικό οξύμετρο με το άκρο του δακτύλου;
Χαρακτηριστικά φασματικής απορρόφησης βιολογικού ιστού: Όταν το φως ακτινοβολείται σε βιολογικό ιστό, η επίδραση του βιολογικού ιστού στο φως μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις κατηγορίες, συμπεριλαμβανομένης της απορρόφησης, της σκέδασης, της ανάκλασης και του φθορισμού. Εάν εξαιρεθεί η σκέδαση, η απόσταση που διανύει το φως μέσω του βιολογικού ιστού καθορίζεται κυρίως από την απορρόφηση. Όταν το φως διεισδύει σε ορισμένες διαφανείς ουσίες (στερεές, υγρές ή αέριες), η ένταση του φωτός μειώνεται σημαντικά λόγω της στοχευμένης απορρόφησης ορισμένων συγκεκριμένων συνιστωσών συχνότητας, που είναι το φαινόμενο απορρόφησης του φωτός από ουσίες. Η ποσότητα φωτός που απορροφά μια ουσία ονομάζεται οπτική της πυκνότητα, γνωστή και ως απορρόφηση.
Σχηματικό διάγραμμα της απορρόφησης φωτός από την ύλη σε ολόκληρη τη διαδικασία διάδοσης του φωτός, η ποσότητα της φωτεινής ενέργειας που απορροφάται από την ύλη είναι ανάλογη με τρεις παράγοντες, οι οποίοι είναι η ένταση του φωτός, η απόσταση της φωτεινής διαδρομής και ο αριθμός των σωματιδίων που απορροφούν φως στην εγκάρσια τομή της φωτεινής διαδρομής. Με βάση την υπόθεση του ομοιογενούς υλικού, ο αριθμός των σωματιδίων που απορροφούν φως στην εγκάρσια τομή μπορεί να θεωρηθεί ως σωματίδια που απορροφούν φως ανά μονάδα όγκου, δηλαδή η συγκέντρωση σωματιδίων φωτός αναρρόφησης υλικού, μπορεί να ληφθεί ως νόμος του Lambert Beer: μπορεί να ερμηνευτεί ως η συγκέντρωση υλικού και το μήκος οπτικής διαδρομής ανά μονάδα όγκου οπτικής πυκνότητας, η ικανότητα αναρρόφησης φωτός υλικού να ανταποκρίνεται στη φύση του φωτός αναρρόφησης υλικού. Με άλλα λόγια, το σχήμα της καμπύλης φάσματος απορρόφησης της ίδιας ουσίας είναι το ίδιο και η απόλυτη θέση της κορυφής απορρόφησης θα αλλάξει μόνο λόγω της διαφορετικής συγκέντρωσης, αλλά η σχετική θέση θα παραμείνει αμετάβλητη. Κατά τη διαδικασία απορρόφησης, η απορρόφηση όλων των ουσιών λαμβάνει χώρα στον όγκο της ίδιας τομής και οι απορροφητικές ουσίες δεν σχετίζονται μεταξύ τους και δεν υπάρχουν φθορίζουσες ενώσεις και δεν υπάρχει φαινόμενο αλλαγής των ιδιοτήτων του μέσου λόγω της φωτεινής ακτινοβολίας. Επομένως, για το διάλυμα με συστατικά απορρόφησης Ν, η οπτική πυκνότητα είναι προσθετική. Η προσθετικότητα της οπτικής πυκνότητας παρέχει μια θεωρητική βάση για την ποσοτική μέτρηση των απορροφητικών συστατικών σε μείγματα.
Στην οπτική βιολογικών ιστών, η φασματική περιοχή των 600 ~ 1300nm ονομάζεται συνήθως "το παράθυρο της βιολογικής φασματοσκοπίας" και το φως σε αυτήν τη ζώνη έχει ιδιαίτερη σημασία για πολλές γνωστές και άγνωστες φασματική θεραπεία και φασματική διάγνωση. Στην υπέρυθρη περιοχή, το νερό γίνεται η κυρίαρχη ουσία απορρόφησης φωτός στους βιολογικούς ιστούς, επομένως το μήκος κύματος που υιοθετείται από το σύστημα πρέπει να αποφεύγει την κορυφή απορρόφησης του νερού, προκειμένου να ληφθούν καλύτερα οι πληροφορίες απορρόφησης φωτός της ουσίας-στόχου. Επομένως, εντός της περιοχής φάσματος εγγύς υπέρυθρου 600-950nm, τα κύρια συστατικά του ιστού της άκρης του ανθρώπινου δακτύλου με ικανότητα απορρόφησης φωτός περιλαμβάνουν το νερό στο αίμα, την O2Hb (οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη), την RHb (μειωμένη αιμοσφαιρίνη) και την περιφερειακή μελανίνη του δέρματος και άλλους ιστούς.
Επομένως, μπορούμε να λάβουμε τις αποτελεσματικές πληροφορίες για τη συγκέντρωση του συστατικού που πρόκειται να μετρηθεί στον ιστό αναλύοντας τα δεδομένα του φάσματος εκπομπής. Έτσι, όταν έχουμε τις συγκεντρώσεις O2Hb και RHb, γνωρίζουμε τον κορεσμό οξυγόνου.Κορεσμός οξυγόνου SpO2είναι το ποσοστό του όγκου της οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης (HbO2) που συνδέεται με οξυγόνο στο αίμα ως ποσοστό της συνολικής δεσμευτικής αιμοσφαιρίνης (Hb), η συγκέντρωση του παλμού οξυγόνου στο αίμα, οπότε γιατί ονομάζεται παλμικό οξύμετρο; Εδώ είναι μια νέα έννοια: παλμικό κύμα όγκου ροής αίματος. Κατά τη διάρκεια κάθε καρδιακού κύκλου, η συστολή της καρδιάς προκαλεί αύξηση της αρτηριακής πίεσης στα αιμοφόρα αγγεία της αορτικής ρίζας, η οποία διαστέλλει το τοίχωμα του αιμοφόρου αγγείου. Αντίθετα, η διαστολή της καρδιάς προκαλεί πτώση της αρτηριακής πίεσης στα αιμοφόρα αγγεία της αορτικής ρίζας, η οποία προκαλεί συστολή του τοιχώματος του αιμοφόρου αγγείου. Με τη συνεχή επανάληψη του καρδιακού κύκλου, η συνεχής μεταβολή της αρτηριακής πίεσης στα αιμοφόρα αγγεία της αορτικής ρίζας θα μεταδοθεί στα κατάντη αγγεία που συνδέονται με αυτήν και ακόμη και σε ολόκληρο το αρτηριακό σύστημα, σχηματίζοντας έτσι τη συνεχή διαστολή και συστολή ολόκληρου του αρτηριακού αγγειακού τοιχώματος. Δηλαδή, ο περιοδικός χτύπος της καρδιάς δημιουργεί παλμικά κύματα στην αορτή που κυματίζουν προς τα εμπρός κατά μήκος των τοιχωμάτων των αιμοφόρων αγγείων σε όλο το αρτηριακό σύστημα. Κάθε φορά που η καρδιά διαστέλλεται και συστέλλεται, μια μεταβολή της πίεσης στο αρτηριακό σύστημα παράγει ένα περιοδικό παλμικό κύμα. Αυτό ονομάζουμε παλμικό κύμα. Το παλμικό κύμα μπορεί να αντανακλά πολλές φυσιολογικές πληροφορίες όπως η καρδιά, η αρτηριακή πίεση και η ροή του αίματος, οι οποίες μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για τη μη επεμβατική ανίχνευση συγκεκριμένων φυσικών παραμέτρων του ανθρώπινου σώματος.
Στην ιατρική, το παλμικό κύμα συνήθως διαιρείται σε δύο τύπους: κύμα παλμικού κύματος πίεσης και κύμα παλμικού κύματος όγκου. Το παλμικό κύμα πίεσης αντιπροσωπεύει κυρίως τη μετάδοση της αρτηριακής πίεσης, ενώ το παλμικό κύμα όγκου αντιπροσωπεύει περιοδικές αλλαγές στη ροή του αίματος. Σε σύγκριση με το παλμικό κύμα πίεσης, το ογκομετρικό παλμικό κύμα περιέχει πιο σημαντικές καρδιαγγειακές πληροφορίες, όπως τα ανθρώπινα αιμοφόρα αγγεία και τη ροή του αίματος. Η μη επεμβατική ανίχνευση του τυπικού παλμικού κύματος όγκου ροής αίματος μπορεί να επιτευχθεί με φωτοηλεκτρική ογκομετρική ανίχνευση παλμικού κύματος. Ένα συγκεκριμένο κύμα φωτός χρησιμοποιείται για να φωτίσει το μέρος μέτρησης του σώματος και η δέσμη φτάνει στον φωτοηλεκτρικό αισθητήρα μετά από ανάκλαση ή μετάδοση. Η λαμβανόμενη δέσμη θα μεταφέρει τις ενεργές χαρακτηριστικές πληροφορίες του ογκομετρικού παλμικού κύματος. Επειδή ο όγκος του αίματος αλλάζει περιοδικά με τη διαστολή και τη συστολή της καρδιάς, όταν η καρδιά βρίσκεται σε διαστολή, ο όγκος του αίματος είναι ο μικρότερος, η απορρόφηση φωτός από το αίμα, ο αισθητήρας ανίχνευσε τη μέγιστη ένταση φωτός. Όταν η καρδιά συστέλλεται, ο όγκος είναι μέγιστος και η ένταση φωτός που ανιχνεύεται από τον αισθητήρα είναι ελάχιστη. Στη μη επεμβατική ανίχνευση των άκρων των δακτύλων με το παλμικό κύμα όγκου ροής αίματος ως άμεσα δεδομένα μέτρησης, η επιλογή του σημείου φασματικής μέτρησης θα πρέπει να ακολουθεί τις ακόλουθες αρχές.
1. Οι φλέβες των αιμοφόρων αγγείων θα πρέπει να είναι πιο άφθονες και η αναλογία αποτελεσματικών πληροφοριών όπως η αιμοσφαιρίνη και η ICG στις συνολικές πληροφορίες υλικού στο φάσμα θα πρέπει να βελτιωθεί.
2. Έχει προφανή χαρακτηριστικά της αλλαγής όγκου ροής αίματος για να συλλέγει αποτελεσματικά το σήμα παλμικού κύματος όγκου
3. Προκειμένου να επιτευχθεί το ανθρώπινο φάσμα με καλή επαναληψιμότητα και σταθερότητα, τα χαρακτηριστικά των ιστών επηρεάζονται λιγότερο από τις ατομικές διαφορές.
4. Είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί φασματική ανίχνευση και εύκολο να γίνει αποδεκτό από το θέμα, ώστε να αποφευχθούν οι παράγοντες παρεμβολής όπως ο γρήγορος καρδιακός ρυθμός και η κίνηση της θέσης μέτρησης που προκαλούνται από το συναίσθημα στρες.
Σχηματικό διάγραμμα κατανομής αιμοφόρων αγγείων στην ανθρώπινη παλάμη. Η θέση του βραχίονα δύσκολα ανιχνεύει το παλμικό κύμα, επομένως δεν είναι κατάλληλη για την ανίχνευση παλμικού κύματος όγκου ροής αίματος. Ο καρπός βρίσκεται κοντά στην ακτινική αρτηρία, το σήμα παλμικού κύματος πίεσης είναι ισχυρό, το δέρμα είναι εύκολο να παράγει μηχανικούς κραδασμούς, μπορεί να οδηγήσει στο σήμα ανίχνευσης, εκτός από το παλμικό κύμα όγκου, να φέρει επίσης πληροφορίες παλμού ανάκλασης δέρματος, είναι δύσκολο να χαρακτηριστούν με ακρίβεια τα χαρακτηριστικά της αλλαγής του όγκου αίματος, δεν είναι κατάλληλη για θέση μέτρησης. Αν και η παλάμη είναι ένα από τα συνηθισμένα κλινικά σημεία λήψης αίματος, το οστό της είναι παχύτερο από το δάχτυλο και το πλάτος παλμικού κύματος του όγκου της παλάμης που συλλέγεται με διάχυτη ανάκλαση είναι χαμηλότερο. Το Σχήμα 2-5 δείχνει την κατανομή των αιμοφόρων αγγείων στην παλάμη. Παρατηρώντας το σχήμα, μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν άφθονα τριχοειδή δίκτυα στο μπροστινό μέρος του δακτύλου, τα οποία μπορούν να αντανακλούν αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε αιμοσφαιρίνη στο ανθρώπινο σώμα. Επιπλέον, αυτή η θέση έχει εμφανή χαρακτηριστικά αλλαγής όγκου ροής αίματος και είναι η ιδανική θέση μέτρησης του παλμικού κύματος όγκου. Οι μυϊκοί και οστικοί ιστοί των δακτύλων είναι σχετικά λεπτοί, επομένως η επίδραση των πληροφοριών παρεμβολής υποβάθρου είναι σχετικά μικρή. Επιπλέον, η άκρη του δακτύλου είναι εύκολο να μετρηθεί και το άτομο δεν έχει ψυχολογική επιβάρυνση, γεγονός που ευνοεί την επίτευξη σταθερού φασματικού σήματος υψηλού λόγου σήματος προς θόρυβο. Το ανθρώπινο δάχτυλο αποτελείται από οστό, νύχι, δέρμα, ιστό, φλεβικό αίμα και αρτηριακό αίμα. Κατά τη διαδικασία αλληλεπίδρασης με το φως, ο όγκος αίματος στην περιφερειακή αρτηρία του δακτύλου αλλάζει με τον καρδιακό παλμό, με αποτέλεσμα την αλλαγή της μέτρησης της οπτικής διαδρομής. Ενώ τα άλλα συστατικά είναι σταθερά σε όλη τη διαδικασία του φωτός.
Όταν ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός εφαρμόζεται στην επιδερμίδα της άκρης του δακτύλου, το δάχτυλο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μείγμα, που περιλαμβάνει δύο μέρη: στατική ύλη (η οπτική διαδρομή είναι σταθερή) και δυναμική ύλη (η οπτική διαδρομή αλλάζει με τον όγκο του υλικού). Όταν το φως απορροφάται από τον ιστό της άκρης του δακτύλου, το διερχόμενο φως λαμβάνεται από έναν φωτοανιχνευτή. Η ένταση του διερχόμενου φωτός που συλλέγεται από τον αισθητήρα είναι προφανώς εξασθενημένη λόγω της απορροφητικότητας διαφόρων συστατικών ιστών των ανθρώπινων δακτύλων. Σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό, δημιουργείται το ισοδύναμο μοντέλο απορρόφησης φωτός δακτύλου.
Κατάλληλο άτομο:
Παλμικό οξύμετρο δακτύλουείναι κατάλληλο για άτομα όλων των ηλικιών, συμπεριλαμβανομένων παιδιών, ενηλίκων, ηλικιωμένων, ασθενών με στεφανιαία νόσο, υπέρταση, υπερλιπιδαιμία, εγκεφαλική θρόμβωση και άλλες αγγειακές παθήσεις και ασθενών με άσθμα, βρογχίτιδα, χρόνια βρογχίτιδα, πνευμονική καρδιοπάθεια και άλλες αναπνευστικές παθήσεις.
Ώρα δημοσίευσης: 17 Ιουνίου 2022
