Ang fingertip pulse oximeter ay naimbento ni Millikan noong dekada 1940 upang masubaybayan ang konsentrasyon ng oxygen sa dugo sa ugat, isang mahalagang indikasyon ng kalubhaan ng COVID-19.Yonker Ngayon, ipapaliwanag ko kung paano gumagana ang fingertip pulse oximeter?
Mga katangian ng spectral absorption ng biological tissue: Kapag ang liwanag ay na-irradiate sa biological tissue, ang epekto ng biological tissue sa liwanag ay maaaring hatiin sa apat na kategorya, kabilang ang absorption, scattering, reflection at fluorescence. Kung hindi isasama ang scattering, ang distansya na nililibot ng liwanag sa biological tissue ay pangunahing pinamamahalaan ng absorption. Kapag ang liwanag ay tumatagos sa ilang transparent na substance (solid, liquid o gaseous), ang intensity ng liwanag ay bumababa nang malaki dahil sa targeted absorption ng ilang partikular na frequency component, na siyang absorption phenomenon ng liwanag ng mga substance. Kung gaano karaming liwanag ang nasisipsip ng isang substance ay tinatawag na optical density nito, na kilala rin bilang absorbance.
Sa buong proseso ng pagpapalaganap ng liwanag, ang dami ng enerhiya ng liwanag na hinihigop ng materya ay proporsyonal sa tatlong salik, ang intensidad ng liwanag, ang distansya ng landas ng liwanag, at ang bilang ng mga particle na sumisipsip ng liwanag sa cross section ng landas ng liwanag. Batay sa homogenous na materyal, ang bilang ng mga particle na sumisipsip ng liwanag sa cross section ng landas ng liwanag ay maaaring ituring na mga particle na sumisipsip ng liwanag kada unit volume, ibig sabihin, ang konsentrasyon ng particle ng liwanag na hinihigop ng materyal, na maaaring makuha ang batas ni Lambert Beer: maaaring bigyang-kahulugan bilang konsentrasyon ng materyal at haba ng optical path kada unit volume ng optical density, ang kakayahan ng liwanag na hinihigop ng materyal na tumugon sa katangian ng liwanag na hinihigop ng materyal. Sa madaling salita, ang hugis ng absorption spectrum curve ng parehong substansiya ay pareho, at ang ganap na posisyon ng absorption peak ay magbabago lamang dahil sa magkakaibang konsentrasyon, ngunit ang relatibong posisyon ay mananatiling hindi nagbabago. Sa proseso ng absorption, ang pagsipsip ng lahat ng sangkap ay nagaganap sa volume ng parehong seksyon, at ang mga sumisipsip na sangkap ay walang kaugnayan sa isa't isa, at walang fluorescent compound na umiiral, at walang phenomenon ng pagbabago ng mga katangian ng medium dahil sa light radiation. Samakatuwid, para sa solusyon na may mga sangkap na sumisipsip ng N, ang optical density ay additive. Ang additivity ng optical density ay nagbibigay ng teoretikal na batayan para sa quantitative measurement ng mga sangkap na sumisipsip sa mga mixture.
Sa optika ng biyolohikal na tisyu, ang rehiyon ng spectral na 600 ~ 1300 nm ay karaniwang tinatawag na "window of biological spectroscopy", at ang liwanag sa banda na ito ay may espesyal na kahalagahan para sa maraming kilala at hindi kilalang spectral therapy at spectral diagnosis. Sa rehiyon ng infrared, ang tubig ang nagiging nangingibabaw na sangkap na sumisipsip ng liwanag sa mga biyolohikal na tisyu, kaya ang wavelength na ginagamit ng sistema ay dapat umiwas sa peak ng pagsipsip ng tubig upang mas mahusay na makuha ang impormasyon sa pagsipsip ng liwanag ng target na substansiya. Samakatuwid, sa loob ng saklaw ng near-infrared spectrum na 600-950 nm, ang mga pangunahing bahagi ng tisyu ng dulo ng daliri ng tao na may kapasidad sa pagsipsip ng liwanag ay kinabibilangan ng tubig sa dugo, O2Hb (oxygenated hemoglobin), RHb (nabawasan ang hemoglobin) at peripheral skin melanin at iba pang mga tisyu.
Samakatuwid, makakakuha tayo ng epektibong impormasyon tungkol sa konsentrasyon ng bahaging susukatin sa tisyu sa pamamagitan ng pagsusuri sa datos ng emission spectrum. Kaya kapag mayroon tayong konsentrasyon ng O2Hb at RHb, alam natin ang oxygen saturation.Saturasyon ng oksiheno SpO2ay ang porsyento ng dami ng oxygen-bound oxygenated hemoglobin (HbO2) sa dugo bilang porsyento ng kabuuang nagbubuklod na hemoglobin (Hb), ang konsentrasyon ng pulso ng oxygen sa dugo kaya bakit ito tinatawag na pulse oximeter? Narito ang isang bagong konsepto: dami ng daloy ng dugo pulse wave. Sa bawat cardiac cycle, ang pag-urong ng puso ay nagdudulot ng pagtaas ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root, na nagpapalawak sa dingding ng daluyan ng dugo. Sa kabaligtaran, ang diastole ng puso ay nagdudulot ng pagbaba ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root, na nagiging sanhi ng pag-urong ng dingding ng daluyan ng dugo. Sa patuloy na pag-uulit ng cardiac cycle, ang patuloy na pagbabago ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root ay ipapadala sa mga downstream vessel na konektado dito at maging sa buong arterial system, kaya bumubuo ng patuloy na paglawak at pag-urong ng buong arterial vascular wall. Iyon ay, ang pana-panahong pagtibok ng puso ay lumilikha ng mga pulse wave sa aorta na dumadaloy pasulong sa mga dingding ng daluyan ng dugo sa buong arterial system. Sa bawat oras na lumalawak at lumiliit ang puso, ang pagbabago sa presyon sa arterial system ay lumilikha ng isang pana-panahong pulse wave. Ito ang tinatawag nating pulse wave. Ang alon ng pulso ay maaaring magpakita ng maraming impormasyong pisyolohikal tulad ng puso, presyon ng dugo at daloy ng dugo, na maaaring magbigay ng mahalagang impormasyon para sa hindi nagsasalakay na pagtuklas ng mga partikular na pisikal na parametro ng katawan ng tao.
Sa medisina, ang pulse wave ay karaniwang nahahati sa dalawang uri: pressure pulse wave at volume pulse wave. Ang pressure pulse wave ay pangunahing kumakatawan sa transmisyon ng presyon ng dugo, habang ang volume pulse wave ay kumakatawan sa mga pana-panahong pagbabago sa daloy ng dugo. Kung ikukumpara sa pressure pulse wave, ang volumetric pulse wave ay naglalaman ng mas mahahalagang impormasyon tungkol sa cardiovascular system tulad ng mga daluyan ng dugo ng tao at daloy ng dugo. Ang noninvasive detection ng tipikal na volume pulse wave ng daloy ng dugo ay maaaring makamit sa pamamagitan ng photoelectric volumetric pulse wave tracing. Ang isang partikular na alon ng liwanag ay ginagamit upang ilawan ang bahagi ng katawan na sinusukat, at ang beam ay umaabot sa photoelectric sensor pagkatapos ng reflection o transmission. Ang natanggap na beam ay magdadala ng epektibong katangiang impormasyon ng volumetric pulse wave. Dahil ang volume ng dugo ay pana-panahong nagbabago kasabay ng paglawak at pagliit ng puso, kapag ang diastole ng puso, ang volume ng dugo ay pinakamaliit, ang pagsipsip ng dugo ng liwanag, ang sensor ang nakakakita ng pinakamataas na intensidad ng liwanag; kapag ang puso ay kumontrata, ang volume ay pinakamataas at ang intensidad ng liwanag na natukoy ng sensor ay pinakamababa. Sa noninvasive detection ng mga daliri gamit ang blood flow volume pulse wave bilang direktang datos ng pagsukat, ang pagpili ng spectral measurement site ay dapat sumunod sa mga sumusunod na prinsipyo.
1. Dapat maging mas marami ang mga ugat ng mga daluyan ng dugo, at dapat mapabuti ang proporsyon ng epektibong impormasyon tulad ng hemoglobin at ICG sa kabuuang materyal na impormasyon sa spectrum.
2. Mayroon itong malinaw na katangian ng pagbabago sa dami ng daloy ng dugo upang epektibong mangolekta ng signal ng alon ng pulso ng lakas ng tunog
3. Upang makuha ang human spectrum na may mahusay na repeatability at stability, ang mga katangian ng tissue ay hindi gaanong naaapektuhan ng mga indibidwal na pagkakaiba.
4. Madaling isagawa ang spectral detection, at madaling tanggapin ng paksa, upang maiwasan ang mga salik na nakakasagabal tulad ng mabilis na tibok ng puso at paggalaw ng posisyon sa pagsukat na dulot ng emosyon ng stress.
Diagram ng eskematiko ng distribusyon ng mga daluyan ng dugo sa palad ng tao. Ang posisyon ng braso ay halos hindi matukoy ang alon ng pulso, kaya hindi ito angkop para sa pagtuklas ng dami ng daloy ng dugo; Ang pulso ay malapit sa radial artery, malakas ang signal ng pressure pulse wave, madaling makagawa ng mechanical vibration ang balat, maaaring humantong sa signal ng pagtuklas. Bukod sa dami ng pulse wave, ang impormasyon ng pulse sa balat ay nagpapakita rin ng repleksyon ng balat, mahirap tumpak na matukoy ang mga katangian ng pagbabago ng dami ng dugo, at hindi angkop para sa posisyon ng pagsukat; Bagama't ang palad ay isa sa mga karaniwang klinikal na lugar ng pagkuha ng dugo, ang buto nito ay mas makapal kaysa sa daliri, at ang amplitude ng pulse wave ng dami ng palad na nakolekta sa pamamagitan ng diffuse reflection ay mas mababa. Ipinapakita ng Figure 2-5 ang distribusyon ng mga daluyan ng dugo sa palad. Sa pag-obserba sa figure, makikita na maraming capillary network sa harap na bahagi ng daliri, na maaaring epektibong magpakita ng nilalaman ng hemoglobin sa katawan ng tao. Bukod dito, ang posisyong ito ay may malinaw na mga katangian ng pagbabago ng dami ng daloy ng dugo, at ito ang mainam na posisyon sa pagsukat ng dami ng pulse wave. Ang mga tisyu ng kalamnan at buto ng mga daliri ay medyo manipis, kaya ang impluwensya ng impormasyon ng background interference ay medyo maliit. Bukod pa rito, madaling sukatin ang dulo ng daliri, at walang sikolohikal na pasanin ang pasyente, na nakakatulong upang makakuha ng matatag at mataas na signal-to-noise ratio spectral signal. Ang daliri ng tao ay binubuo ng buto, kuko, balat, tisyu, dugong venous at dugong arterial. Sa proseso ng interaksyon sa liwanag, ang dami ng dugo sa peripheral artery ng daliri ay nagbabago kasabay ng pagtibok ng puso, na nagreresulta sa pagbabago ng optical path measurement. Habang ang iba pang mga bahagi ay pare-pareho sa buong proseso ng liwanag.
Kapag ang isang partikular na wavelength ng liwanag ay inilapat sa epidermis ng dulo ng daliri, ang daliri ay maituturing na isang halo, na binubuo ng dalawang bahagi: static matter (ang optical path ay pare-pareho) at dynamic matter (ang optical path ay nagbabago kasabay ng volume ng materyal). Kapag ang liwanag ay hinihigop ng tisyu ng dulo ng daliri, ang ipinadalang liwanag ay natatanggap ng isang photodetector. Ang intensity ng ipinadalang liwanag na nakolekta ng sensor ay malinaw na humihina dahil sa kakayahang sumipsip ng iba't ibang bahagi ng tisyu ng mga daliri ng tao. Ayon sa katangiang ito, ang katumbas na modelo ng pagsipsip ng liwanag ng daliri ay naitatatag.
Angkop na tao:
Oximeter ng pulso sa dulo ng daliriay angkop para sa mga tao sa lahat ng edad, kabilang ang mga bata, matatanda, matatanda, mga pasyenteng may sakit sa puso, altapresyon, hyperlipidemia, cerebral thrombosis at iba pang mga sakit sa daluyan ng dugo at mga pasyenteng may hika, brongkitis, talamak na brongkitis, sakit sa puso sa baga at iba pang mga sakit sa paghinga.
Oras ng pag-post: Hunyo 17, 2022
