Пальцавы пульсоксиметр быў вынайдзены Міліканам у 1940-х гадах для кантролю канцэнтрацыі кіслароду ў артэрыяльнай крыві, важнага індыкатара цяжару COVID-19.Ёнкер цяпер тлумачыць, як працуе пульсоксиметр на кончыку пальца?
Спектральныя характарыстыкі паглынання біялагічнай тканіны: калі святло апрамяняецца на біялагічную тканіну, уздзеянне біялагічнай тканіны на святло можна падзяліць на чатыры катэгорыі, уключаючы паглынанне, рассейванне, адлюстраванне і флуарэсцэнцыю. Калі рассейванне выключана, адлегласць, якую святло праходзіць праз біялагічную тканіну тканіны ў асноўным рэгулюецца паглынаннем. Калі святло пранікае праз некаторыя празрыстыя рэчывы (цвёрдыя, вадкія або газападобныя), інтэнсіўнасць святла значна памяншаецца з-за мэтанакіраванага паглынання некаторых спецыфічных частотных кампанентаў, што з'яўляецца з'явай паглынання святла рэчывамі. Колькі святла паглынае рэчыва, называецца яго аптычнай шчыльнасцю, таксама вядомай як паглынанне.
Схема паглынання святла рэчывам ва ўсім працэсе распаўсюджвання святла, колькасць светлавой энергіі, паглынутай рэчывам, прапарцыйная тром фактарам, якімі з'яўляюцца інтэнсіўнасць святла, адлегласць светлавога шляху і колькасць святлопаглынальных часціц на перасек светлавога шляху. Зыходзячы з таго, што матэрыял аднастайны, колькасць святлопаглынальных часціц на папярочным разрэзе можна разглядаць як святлопаглынальныя часціцы на адзінку аб'ёму, а менавіта канцэнтрацыю лёгкіх часціц, якія ўсмоктваюцца ў матэрыял, можна атрымаць паводле закона Ламберта Бэра: можна інтэрпрэтаваць як канцэнтрацыю матэрыялу і даўжыня аптычнага шляху на адзінку аб'ёму аптычнай шчыльнасці, здольнасць матэрыялу ўсмоктвання святла рэагаваць на прыроду матэрыялу ўсмоктвання святла.Іншымі словамі, форма крывой спектру паглынання аднаго і таго ж рэчыва такая ж, і абсалютная пазіцыя пік паглынання зменіцца толькі з-за рознай канцэнтрацыі, але адноснае становішча застанецца нязменным. У працэсе паглынання паглынанне ўсіх рэчываў адбываецца ў аб'ёме адной і той жа секцыі, і паглынальныя рэчывы не звязаны адзін з адным, і не існуе флуарэсцэнтных злучэнняў, і няма з'явы змены ўласцівасцей асяроддзя з-за светлавое выпраменьванне. Такім чынам, для раствора з кампанентамі паглынання N аптычная шчыльнасць з'яўляецца адытыўнай. Адытыўнасць аптычнай шчыльнасці забяспечвае тэарэтычную аснову для колькаснага вымярэння абсарбуючых кампанентаў у сумесях.
У біялагічнай тканкавай оптыцы спектральную вобласць 600 ~ 1300 нм звычайна называюць "акном біялагічнай спектраскапіі", і святло ў гэтай паласе мае асаблівае значэнне для многіх вядомых і невядомых спектральных метадаў лячэння і спектральнай дыягностыкі. У інфрачырвонай вобласці вада становіцца дамінуючым святлопаглынальным рэчывам у біялагічных тканках, таму даўжыня хвалі, прынятая сістэмай, павінна пазбягаць піку паглынання вады, каб лепш атрымаць інфармацыю аб паглынанні святла мэтавым рэчывам. Такім чынам, у дыяпазоне блізкага інфрачырвонага спектру 600-950 нм асноўныя кампаненты тканіны кончыка пальца чалавека са здольнасцю паглынання святла ўключаюць ваду ў крыві, O2Hb (насычаны кіслародам гемаглабін), RHb (адноўлены гемаглабін) і меланін перыферычнай скуры і іншыя тканіны.
Такім чынам, мы можам атрымаць эфектыўную інфармацыю аб канцэнтрацыі вымяранага кампанента ў тканіны, аналізуючы дадзеныя спектру выпраменьвання. Такім чынам, калі ў нас ёсць канцэнтрацыі O2Hb і RHb, мы ведаем насычэнне кіслародам.Насычэнне кіслародам SpO2гэта працэнт аб'ёму звязанага з кіслародам кіслароднага гемаглабіну (HbO2) у крыві ў працэнтах ад агульнага звязвання гемаглабіну (Hb), канцэнтрацыя кіслароду ў крыві, пульс, дык чаму гэта называецца пульсоксиметр? Вось новае паняцце: аб'ём крывацёку, пульсавая хваля. Падчас кожнага сардэчнага цыклу скарачэнне сэрца выклікае павышэнне артэрыяльнага ціску ў крывяносных сасудах кораня аорты, што пашырае сценку крывяносных сасудаў. І наадварот, дыясталы сэрца прыводзіць да падзення артэрыяльнага ціску ў крывяносных сасудах кораня аорты, што выклікае скарачэнне сценкі крывяноснай пасудзіны. Пры бесперапынным паўтарэнні сардэчнага цыклу пастаяннае змяненне артэрыяльнага ціску ў крывяносных пасудзінах кораня аорты будзе перадавацца на звязаныя з ім сасуды ніжэй па плыні і нават на ўсю артэрыяльную сістэму, утвараючы такім чынам бесперапыннае пашырэнне і скарачэнне аорты. ўсёй артэрыяльнай сасудзістай сценкі. Гэта значыць перыядычнае біццё сэрца стварае пульсавыя хвалі ў аорце, якія рухаюцца наперад уздоўж сценак крывяносных сасудаў па ўсёй артэрыяльнай сістэме. Кожны раз, калі сэрца пашыраецца і сціскаецца, змена ціску ў артэрыяльнай сістэме выклікае перыядычную пульсовую хвалю. Гэта тое, што мы называем пульсавай хваляй. Пульсавая хваля можа адлюстроўваць мноства фізіялагічных звестак, такіх як сэрца, крывяны ціск і крывацёк, што можа даць важную інфармацыю для неінвазіўнага выяўлення пэўных фізічных параметраў чалавечага цела.
У медыцыне пульсавую хвалю звычайна дзеляць на пульсавую хвалю ціску і пульсавую хвалю аб'ёму двух тыпаў. Пульсавая хваля ціску ў асноўным адлюстроўвае перадачу артэрыяльнага ціску, а пульсавая хваля аб'ёму - перыядычныя змены крывацёку. У параўнанні з пульсавай хваляй ціску, аб'ёмная пульсавая хваля змяшчае больш важную інфармацыю пра сардэчна-сасудзістую сістэму, такую як крывяносныя пасудзіны чалавека і крывацёк. Неінвазіўнае выяўленне тыповай аб'ёмнай пульсавай хвалі крывацёку можа быць дасягнута з дапамогай фотаэлектрычнага аб'ёмнага адсочвання пульсавай хвалі. Спецыфічная хваля святла выкарыстоўваецца для асвятлення вымяральнай часткі цела, і прамень даходзіць да фотаэлектрычнага датчыка пасля адлюстравання або прапускання. Атрыманы прамень будзе несці эфектыўную характэрную інфармацыю аб'ёмнай пульсовой хвалі. Паколькі аб'ём крыві перыядычна змяняецца з пашырэннем і скарачэннем сэрца, калі дыясталы сэрца, аб'ём крыві з'яўляецца найменшым, паглынанне крывёю святла, датчык выявіў максімальную інтэнсіўнасць святла; Калі сэрца скарачаецца, гучнасць максімальная, а інтэнсіўнасць святла, вызначаная датчыкам, мінімальная. Пры неінвазіўным выяўленні кончыкаў пальцаў з выкарыстаннем пульсавай хвалі аб'ёму крывацёку ў якасці прамых дадзеных вымярэння выбар месца спектральнага вымярэння павінен адпавядаць наступным прынцыпам
1. Вены крывяносных сасудаў павінны быць больш багатымі, і доля эфектыўнай інфармацыі, такой як гемаглабін і ICG, у агульнай матэрыяльнай інфармацыі ў спектры павінна быць палепшана
2. Ён мае відавочныя характарыстыкі змены аб'ёму крывацёку для эфектыўнага збору аб'ёмнага сігналу пульсавай хвалі
3. Каб атрымаць чалавечы спектр з добрай паўтаранасцю і стабільнасцю, на характарыстыкі тканін менш уплываюць індывідуальныя адрозненні.
4. Лёгка выканаць спектральнае выяўленне і лёгка быць прынятым суб'ектам, каб пазбегнуць фактараў перашкод, такіх як пачашчанае сэрцабіцце і рух пазіцыі вымярэння, выкліканыя эмоцыяй стрэсу.
Прынцыповая схема размеркавання крывяносных сасудаў на далоні чалавека. Палажэнне рукі наўрад ці можа выявіць пульсавую хвалю, таму яно не падыходзіць для выяўлення пульсавай хвалі аб'ёму крывацёку; Запясце знаходзіцца побач з прамянёвай артэрыяй, сігнал пульсавай хвалі ціску моцны, скура лёгка стварае механічную вібрацыю, можа прывесці да сігналу выяўлення ў дадатак да аб'ёмнай пульсавай хвалі таксама пераносіць інфармацыю аб адлюстраванні скуры на скуры, цяжка дакладна вызначыць характарызуюць асаблівасці змены аб'ёму крыві, не падыходзіць для вымярэння становішча; Нягледзячы на тое, што далонь з'яўляецца адным з распаўсюджаных клінічных месцаў для ўзяцця крыві, яе костка таўсцейшая за палец, і амплітуда пульсавай хвалі аб'ёму далоні, сабраная шляхам дыфузнага адлюстравання, ніжэй. Малюнак 2-5 паказвае размеркаванне крывяносных сасудаў на далоні. Назіраючы за малюнкам, можна заўважыць, што ў пярэдняй частцы пальца маюцца багатыя капілярныя сеткі, якія могуць эфектыўна адлюстроўваць ўтрыманне гемаглабіну ў арганізме чалавека. Больш за тое, гэта становішча мае відавочныя характарыстыкі змены аб'ёму крывацёку і з'яўляецца ідэальным становішчам для вымярэння аб'ёму пульсавай хвалі. Мышачныя і касцяныя тканіны пальцаў адносна тонкія, таму ўплыў фонавай інфармацыі аб перашкодах адносна невялікі. Акрамя таго, кончык пальца лёгка вымераць, і суб'ект не мае псіхалагічнай нагрузкі, што спрыяе атрыманню стабільнага спектральнага сігналу з высокім стаўленнем сігнал/шум. Палец чалавека складаецца з косці, пазногця, скуры, тканіны, вянознай крыві і артэрыяльнай крыві. У працэсе ўзаемадзеяння са святлом аб'ём крыві ў перыферычнай артэрыі пальца змяняецца з біццём сэрца, што прыводзіць да змены вымярэння аптычнага шляху. У той час як іншыя кампаненты нязменныя ва ўсім працэсе святла.
Калі святло з пэўнай даўжынёй хвалі наносіцца на эпідэрміс кончыка пальца, палец можна разглядаць як сумесь з дзвюх частак: статычнай матэрыі (аптычны шлях нязменны) і дынамічнай матэрыі (аптычны шлях змяняецца з аб'ёмам матэрыял). Калі святло паглынаецца тканінай кончыка пальца, якое праходзіць святло прымаецца фотадэтэктарам. Інтэнсіўнасць праходжання святла, сабранага датчыкам, відавочна, аслаблена з-за здольнасці паглынання розных тканкавых кампанентаў чалавечых пальцаў. Па гэтай характарыстыцы ўстаноўлена эквівалентная мадэль паглынання святла пальцам.
Прыдатная асоба:
Пальцавы пульсоксиметрпадыходзіць людзям усіх узростаў, у тым ліку дзецям, дарослым, пажылым, пацыентам з ішэмічнай хваробай сэрца, гіпертаніяй, гіперліпідемія, цэрэбральным трамбозам і іншымі сасудзістымі захворваннямі, а таксама пацыентам з астмай, бранхітам, хранічным бранхітам, лёгачным сэрцам і іншымі захворваннямі дыхальных шляхоў.
Час публікацыі: 17 чэрвеня 2022 г
