Το παλμικό οξύμετρο στα δάχτυλα εφευρέθηκε από τον Millikan τη δεκαετία του 1940 για να παρακολουθεί τη συγκέντρωση οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα, έναν σημαντικό δείκτη της σοβαρότητας του COVID-19.Γιόνκερ εξηγεί τώρα πώς λειτουργεί το παλμικό οξύμετρο στην άκρη 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 Ο ιστός διέπεται κυρίως από την απορρόφηση.Όταν το φως διαπερνά ορισμένες διαφανείς ουσίες (στερεές, υγρές ή αέριες), η ένταση του φωτός μειώνεται σημαντικά λόγω της στοχευμένης απορρόφησης ορισμένων συστατικών συγκεκριμένης συχνότητας, που είναι το φαινόμενο της απορρόφησης του φωτός από τις ουσίες.Το πόσο φως απορροφά μια ουσία ονομάζεται οπτική της πυκνότητα, γνωστή και ως απορρόφηση.
Σχηματικό διάγραμμα απορρόφησης φωτός από την ύλη σε όλη 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 διαδρομής του φωτός και ο αριθμός των σωματιδίων που απορροφούν το φως στο η διατομή της φωτεινής διαδρομής.Με την προϋπόθεση του ομοιογενούς υλικού, τα σωματίδια που απορροφούν το φως με αριθμό διαδρομής φωτός στη διατομή μπορούν να θεωρηθούν ως σωματίδια που απορροφούν φως ανά μονάδα όγκου, δηλαδή ως συγκέντρωση ελαφρού σωματιδίου αναρρόφησης υλικού, μπορούν να λάβουν τον νόμο της μπύρας lambert: μπορούν να ερμηνευθούν ως συγκέντρωση υλικού και μήκος οπτικής διαδρομής ανά μονάδα όγκου οπτικής πυκνότητας, ικανότητα φωτός αναρρόφησης υλικού να ανταποκρίνεται στη φύση του φωτός αναρρόφησης υλικού. Με άλλα λόγια, το σχήμα της καμπύλης του φάσματος απορρόφησης της ίδιας ουσίας είναι το ίδιο και η απόλυτη θέση του Η κορυφή της απορρόφησης θα αλλάξει μόνο λόγω της διαφορετικής συγκέντρωσης, αλλά η σχετική θέση θα παραμείνει αμετάβλητη.Στη διαδικασία απορρόφησης, η απορρόφηση των ουσιών λαμβάνει χώρα στον όγκο του ίδιου τμήματος και οι απορροφητικές ουσίες δεν σχετίζονται μεταξύ τους και δεν υπάρχουν φθορίζουσες ενώσεις και δεν υπάρχει φαινόμενο αλλαγής των ιδιοτήτων του μέσου λόγω ακτινοβολία φωτός.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 ~ 1300 nm ονομάζεται συνήθως "το παράθυρο της βιολογικής φασματοσκοπίας" και το φως σε αυτή 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 για να λαμβάνει καλύτερα τις πληροφορίες απορρόφησης φωτός της ουσίας στόχου.Επομένως, εντός του φάσματος του κοντινού υπέρυθρου φάσματος των 600-950 nm, τα κύρια συστατικά του ανθρώπινου ιστού στην άκρη του δακτύλου με ικανότητα απορρόφησης φωτός περιλαμβάνουν νερό στο αίμα, O2Hb (οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη), RHb (μειωμένη αιμοσφαιρίνη) και μελανίνη του περιφερικού δέρματος και άλλους ιστούς.
Επομένως, μπορούμε να λάβουμε τις αποτελεσματικές πληροφορίες της συγκέντρωσης του συστατικού που θα μετρηθεί στον ιστό αναλύοντας τα δεδομένα του φάσματος εκπομπής.Έτσι, όταν έχουμε τις συγκεντρώσεις O2Hb και RHb, γνωρίζουμε τον κορεσμό του οξυγόνου.Κορεσμός οξυγόνου SpO2είναι το ποσοστό του όγκου της δεσμευμένης με οξυγόνο οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης (HbO2) στο αίμα ως ποσοστό της συνολικής δεσμευτικής αιμοσφαιρίνης (Hb), η συγκέντρωση του παλμού οξυγόνου του αίματος, οπότε γιατί ονομάζεται παλμικό οξύμετρο;Εδώ είναι μια νέα ιδέα: παλμικό κύμα όγκου ροής αίματος.Κατά τη διάρκεια κάθε καρδιακού κύκλου, η σύσπαση της καρδιάς προκαλεί αύξηση της αρτηριακής πίεσης στα αιμοφόρα αγγεία της αορτικής ρίζας, η οποία διαστέλλει το τοίχωμα των αιμοφόρων αγγείων.Αντίθετα, η διαστολή της καρδιάς προκαλεί πτώση της αρτηριακής πίεσης στα αιμοφόρα αγγεία της αορτικής ρίζας, γεγονός που προκαλεί συστολή του τοιχώματος των αιμοφόρων αγγείων.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 του ολόκληρο το αρτηριακό αγγειακό τοίχωμα.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 αλλαγή στην πίεση στο αρτηριακό σύστημα παράγει ένα περιοδικό παλμικό κύμα.Αυτό είναι αυτό που ονομάζουμε παλμικό κύμα.Το κύμα παλμού μπορεί να αντανακλά πολλές φυσιολογικές πληροφορίες όπως η καρδιά, η αρτηριακή πίεση και η ροή του αίματος, που μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για τη μη επεμβατική ανίχνευση συγκεκριμένων φυσικών παραμέτρων του ανθρώπινου σώματος.
Στην ιατρική, το παλμικό κύμα συνήθως χωρίζεται σε παλμικό κύμα πίεσης και παλμικό κύμα όγκου δύο τύπους.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 κύμα παλμού πίεσης, το ογκομετρικό παλμικό κύμα περιέχει πιο σημαντικές καρδιαγγειακές πληροφορίες, όπως τα ανθρώπινα αιμοφόρα αγγεία και τη ροή του αίματος.Η μη επεμβατική ανίχνευση τυπικού παλμικού κύματος όγκου ροής αίματος μπορεί να επιτευχθεί με φωτοηλεκτρική ογκομετρική ανίχνευση κυμάτων παλμού.Ένα συγκεκριμένο κύμα φωτός χρησιμοποιείται για να φωτίσει το τμήμα μέτρησης του σώματος και η δέσμη φτάνει στον φωτοηλεκτρικό αισθητήρα μετά από ανάκλαση ή μετάδοση.Η λαμβανόμενη δέσμη θα μεταφέρει τις αποτελεσματικές χαρακτηριστικές πληροφορίες του ογκομετρικού παλμικού κύματος.Επειδή ο όγκος του αίματος αλλάζει περιοδικά με τη διαστολή και τη συστολή της καρδιάς, όταν η διαστολή της καρδιάς, ο όγκος του αίματος είναι η μικρότερη, η απορρόφηση του φωτός στο 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 παλμικό κύμα όγκου ροής αίματος ως άμεσο δεδομένα μέτρησης, η επιλογή της θέσης 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 στο σύνολο των πληροφοριών υλικού στο φάσμα θα πρέπει να βελτιωθεί
2. Έχει προφανή χαρακτηριστικά αλλαγής όγκου ροής αίματος για να συλλέγει αποτελεσματικά το σήμα παλμικού κύματος όγκου
3. Προκειμένου να αποκτηθεί το ανθρώπινο φάσμα με καλή επαναληψιμότητα και σταθερότητα, τα χαρακτηριστικά των ιστών επηρεάζονται λιγότερο από μεμονωμένες διαφορές.
4. Είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί φασματική ανίχνευση και εύκολο να γίνει αποδεκτό από το θέμα, έτσι ώστε να αποφευχθούν οι παράγοντες παρεμβολής όπως ο γρήγορος καρδιακός ρυθμός και η κίνηση της θέσης μέτρησης που προκαλούνται από το συναίσθημα του στρες.
Σχηματικό διάγραμμα κατανομής αιμοφόρων αγγείων στην ανθρώπινη παλάμη Η θέση του βραχίονα δύσκολα μπορεί να ανιχνεύσει το παλμικό κύμα, επομένως δεν είναι κατάλληλο για την ανίχνευση του παλμικού κύματος όγκου ροής αίματος.Ο καρπός βρίσκεται κοντά στην ακτινωτή αρτηρία, το σήμα παλμού πίεσης είναι ισχυρό, το δέρμα είναι εύκολο να παράγει μηχανική δόνηση, μπορεί να οδηγήσει στο σήμα ανίχνευσης εκτός από το παλμικό κύμα όγκου μεταφέρει επίσης πληροφορίες παλμού ανάκλασης δέρματος, είναι δύσκολο να γίνει ακριβής χαρακτηρίζει τα χαρακτηριστικά της αλλαγής όγκου αίματος, δεν είναι κατάλληλο για θέση μέτρησης.Αν και η παλάμη είναι μία από τις κοινές κλινικές θέσεις αιμοληψίας, το οστό της είναι παχύτερο από το δάχτυλο και το πλάτος του παλμικού κύματος του όγκου της παλάμης που συλλέγεται από τη 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 αντικατοπτρίζουν αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε αιμοσφαιρίνη στο ανθρώπινο σώμα.Επιπλέον, αυτή η θέση έχει προφανή χαρακτηριστικά αλλαγής όγκου ροής αίματος και είναι η ιδανική θέση μέτρησης του όγκου παλμικού κύματος.Οι μυϊκοί και οστικοί ιστοί των δακτύλων είναι σχετικά λεπτοί, επομένως η επίδραση των πληροφοριών παρεμβολής στο φόντο είναι σχετικά μικρή.Επιπλέον, το άκρο του δακτύλου είναι εύκολο να μετρηθεί και το άτομο δεν έχει ψυχολογική επιβάρυνση, γεγονός που ευνοεί τη λήψη σταθερού φασματικού σήματος υψηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο.Το ανθρώπινο δάκτυλο αποτελείται από οστά, νύχια, δέρμα, ιστό, φλεβικό αίμα και αρτηριακό αίμα.Στη διαδικασία της αλληλεπίδρασης με το φως, ο όγκος του 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 εφαρμόζεται ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός στην επιδερμίδα του άκρου του δακτύλου, το δάκτυλο μπορεί να θεωρηθεί ως μείγμα, που περιλαμβάνει δύο μέρη: στατική ύλη (η οπτική διαδρομή είναι σταθερή) και δυναμική ύλη (η οπτική διαδρομή αλλάζει με τον όγκο του υλικό).Όταν το φως απορροφάται από τον ιστό της άκρης του δακτύλου, το εκπεμπόμενο φως λαμβάνεται από έναν φωτοανιχνευτή.Η ένταση του μεταδιδόμενου φωτός που συλλέγεται από τον αισθητήρα είναι προφανώς μειωμένη λόγω της απορροφητικότητας διαφόρων ιστικών συστατικών των ανθρώπινων δακτύλων.Σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό, καθιερώνεται το ισοδύναμο μοντέλο απορρόφησης φωτός από το δάχτυλο.
Κατάλληλο άτομο:
Παλμικό οξύμετρο στα δάχτυλαείναι κατάλληλο για άτομα όλων των ηλικιών, συμπεριλαμβανομένων παιδιών, ενηλίκων, ηλικιωμένων, ασθενών με στεφανιαία νόσο, υπέρταση, υπερλιπιδαιμία, εγκεφαλική θρόμβωση και άλλες αγγειακές παθήσεις και ασθενείς με άσθμα, βρογχίτιδα, χρόνια βρογχίτιδα, πνευμονική καρδιοπάθεια και άλλες αναπνευστικές παθήσεις.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-17-2022
