Ang fingertip pulse oximeter ay naimbento ni Millikan noong 1940s upang subaybayan ang konsentrasyon ng oxygen sa arterial blood, isang mahalagang tagapagpahiwatig ng kalubhaan ng COVID-19.Yonker ipinapaliwanag ngayon kung paano gumagana ang fingertip pulse oximeter?
Mga katangian ng spectral absorption ng biological tissue: Kapag na-irradiated ang liwanag sa biological tissue, ang epekto ng biological tissue sa liwanag ay maaaring nahahati sa apat na kategorya, kabilang ang absorption, scattering, reflection at fluorescence. Kung hindi kasama ang scattering, ang distansya na dinadaanan ng liwanag sa biological Ang tissue ay pangunahing pinamamahalaan ng pagsipsip. Kapag ang liwanag ay tumagos sa ilang mga transparent na sangkap (solid, liquid o gaseous), ang intensity ng liwanag ay bumababa nang malaki dahil sa target na pagsipsip ng ilang partikular na frequency component, na kung saan ay ang absorption phenomenon ng liwanag ng mga substance. Kung gaano karaming liwanag ang sinisipsip ng isang substance ay tinatawag na optical density nito, na kilala rin bilang absorbance.
Schematic diagram ng light absorption ng matter sa buong proseso ng light propagation, ang dami ng light energy absorbed by matter ay proporsyonal sa tatlong salik, na kung saan ay ang light intensity, ang distansya ng light path at ang bilang ng light-absorbing particle sa ang cross section ng liwanag na landas. Sa premise ng homogenous na materyal, ang light path number na light-absorbing particle sa cross section ay maaaring ituring bilang light-absorbing particles per unit volume, namely material suction light particle concentration, maaaring makakuha ng lambert beer's law: maaaring bigyang-kahulugan bilang materyal na konsentrasyon at optical path haba sa bawat yunit ng dami ng optical density, materyal higop liwanag kakayahan upang tumugon sa likas na katangian ng materyal higop liwanag. Sa madaling salita, ang hugis ng pagsipsip spectrum curve ng parehong sangkap ay ang pareho, at ang ganap na posisyon ng absorption peak ay magbabago lamang dahil sa magkaibang konsentrasyon, ngunit ang relatibong posisyon ay mananatiling hindi nagbabago. Sa proseso ng pagsipsip, ang lahat ng pagsipsip ng mga sangkap ay nagaganap sa dami ng parehong seksyon, at ang mga sumisipsip na sangkap ay hindi nauugnay sa bawat isa, at walang mga fluorescent compound na umiiral, at walang kababalaghan ng pagbabago ng mga katangian ng daluyan dahil sa liwanag na radiation. Samakatuwid, para sa solusyon na may mga bahagi ng pagsipsip ng N, ang optical density ay additive. Ang additivity ng optical density ay nagbibigay ng teoretikal na batayan para sa dami ng pagsukat ng sumisipsip na mga bahagi sa mga mixture.
Sa biological tissue optics, ang spectral na rehiyon na 600 ~ 1300nm ay karaniwang tinatawag na "ang window ng 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 ay nagiging nangingibabaw na sangkap na sumisipsip ng liwanag sa mga biological na tisyu, kaya ang haba ng daluyong na pinagtibay ng sistema ay dapat na maiwasan ang pinakamataas na pagsipsip ng tubig upang mas mahusay na makuha ang impormasyon ng liwanag na pagsipsip ng target na sangkap. Samakatuwid, sa loob ng near-infrared spectrum range na 600-950nm, ang mga pangunahing bahagi ng finger tip tissue ng tao na may light absorption capacity ay kinabibilangan ng tubig sa dugo, O2Hb(oxygenated hemoglobin), RHb(reduced hemoglobin) at peripheral skin melanin at iba pang tissue.
Samakatuwid, maaari nating makuha ang epektibong impormasyon ng konsentrasyon ng sangkap na susukatin sa tisyu sa pamamagitan ng pagsusuri sa data ng spectrum ng paglabas. Kaya kapag mayroon tayong mga konsentrasyon ng O2Hb at RHb, alam natin ang saturation ng oxygen.Saturation ng oxygen SpO2ay ang porsyento ng dami ng oxygen-bound oxygenated hemoglobin (HbO2) sa dugo bilang isang porsyento ng kabuuang binding 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 pag-ikot ng puso, ang pag-urong ng puso ay nagdudulot ng pagtaas ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root, na nagpapalawak sa pader ng daluyan ng dugo. Sa kabaligtaran, ang diastole ng puso ay nagiging sanhi ng pagbagsak ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root, na nagiging sanhi ng pagkontrata ng pader ng daluyan ng dugo. Sa patuloy na pag-uulit ng cycle ng puso, ang patuloy na pagbabago ng presyon ng dugo sa mga daluyan ng dugo ng aortic root ay maipapasa sa mga downstream vessel na konektado dito at maging sa buong arterial system, kaya bumubuo ng tuluy-tuloy na pagpapalawak at pag-urong ng buong arterial vascular wall. Iyon ay, ang panaka-nakang pagtibok ng puso ay lumilikha ng mga pulse wave sa aorta na umaagos pasulong kasama ang mga pader ng daluyan ng dugo sa buong arterial system. Sa bawat oras na ang puso ay lumalawak at kumukontra, ang isang pagbabago sa presyon sa arterial system ay gumagawa ng isang panaka-nakang pulse wave. Ito ang tinatawag nating pulse wave. Ang pulse wave ay maaaring sumasalamin sa maraming physiological na impormasyon tulad ng puso, presyon ng dugo at daloy ng dugo, na maaaring magbigay ng mahalagang impormasyon para sa non-invasive na pagtuklas ng mga partikular na pisikal na parameter ng katawan ng tao.
Sa gamot, ang pulse wave ay karaniwang nahahati sa pressure pulse wave at volume pulse wave dalawang uri. Ang pressure pulse wave ay pangunahing kumakatawan sa paghahatid 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 mahalagang impormasyon sa cardiovascular gaya ng mga daluyan ng dugo ng tao at daloy ng dugo. Ang noninvasive detection ng tipikal na daloy ng dugo volume pulse wave ay maaaring makamit sa pamamagitan ng photoelectric volumetric pulse wave tracing. Ang isang tiyak na alon ng liwanag ay ginagamit upang maipaliwanag ang sukat na bahagi ng katawan, at ang sinag ay umabot sa photoelectric sensor pagkatapos ng pagmuni-muni o paghahatid. Ang natanggap na sinag ay magdadala ng epektibong impormasyon ng katangian ng volumetric pulse wave. Dahil ang dami ng dugo ay nagbabago sa pana-panahon na may pagpapalawak at pag-urong ng puso, kapag ang puso diastole, ang dami ng dugo ay ang pinakamaliit, dugo pagsipsip ng liwanag, ang sensor nakita ang maximum na intensity ng liwanag; Kapag nagkontrata ang puso, ang volume ay maximum at ang light intensity na nakita ng sensor ay minimum. Sa non-invasive detection ng mga daliri na may daloy ng dugo volume pulse wave bilang direktang data ng pagsukat, ang pagpili ng spectral measurement site ay dapat sundin ang mga sumusunod na prinsipyo
1. Ang mga ugat ng mga daluyan ng dugo ay dapat na mas sagana, at ang proporsyon ng epektibong impormasyon tulad ng hemoglobin at ICG sa kabuuang materyal na impormasyon sa spectrum ay dapat mapabuti
2. Ito ay may malinaw na mga katangian ng pagbabago ng dami ng daloy ng dugo upang epektibong mangolekta ng signal ng wave wave ng volume
3. Upang makuha ang spectrum ng tao na may mahusay na pag-uulit at katatagan, ang mga katangian ng tissue ay hindi gaanong apektado ng mga indibidwal na pagkakaiba.
4. Madaling isakatuparan ang parang multo na pagtuklas, at madaling tanggapin ng paksa, upang maiwasan ang mga salik na panghihimasok tulad ng mabilis na rate ng puso at paggalaw ng posisyon ng pagsukat na dulot ng stress na damdamin.
Schematic diagram ng pamamahagi ng daluyan ng dugo sa palad ng tao Ang posisyon ng braso ay halos hindi matukoy ang pulse wave, kaya hindi ito angkop para sa pagtuklas ng dami ng daloy ng dugo pulse wave; Ang pulso ay malapit sa radial artery, ang signal ng pressure pulse wave ay malakas, ang balat ay madaling makagawa ng mechanical vibration, maaaring humantong sa detection signal bilang karagdagan sa dami ng pulse wave ay nagdadala din ng skin reflection pulse information, mahirap tumpak na kilalanin ang mga katangian ng pagbabago ng dami ng dugo, ay hindi angkop para sa posisyon ng pagsukat; Bagama't ang palad ay isa sa mga pangkaraniwang lugar para sa pagkuha ng dugo sa klinika, ang buto nito ay mas makapal kaysa daliri, at mas mababa ang pulse wave amplitude ng dami ng palad na nakolekta ng diffuse reflection. Ipinapakita ng Figure 2-5 ang pamamahagi ng mga daluyan ng dugo sa palad. Sa pagmamasid sa figure, makikita na mayroong maraming mga capillary network sa harap na bahagi ng daliri, na maaaring epektibong sumasalamin sa nilalaman ng hemoglobin sa katawan ng tao. Bukod dito, ang posisyon na ito ay may malinaw na mga katangian ng pagbabago ng dami ng daloy ng dugo, at ang perpektong posisyon ng pagsukat ng volume pulse wave. Ang mga tisyu ng kalamnan at buto ng mga daliri ay medyo manipis, kaya ang impluwensya ng impormasyon ng interference sa background ay medyo maliit. Bilang karagdagan, ang dulo ng daliri ay madaling sukatin, at ang paksa ay walang sikolohikal na pasanin, na nakakatulong upang makakuha ng matatag na mataas na signal-to-noise ratio na parang multo na signal. Ang daliri ng tao ay binubuo ng buto, kuko, balat, tissue, venous blood at arterial blood. Sa proseso ng pakikipag-ugnayan sa liwanag, ang dami ng dugo sa daliri peripheral artery ay nagbabago sa 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 maaaring ituring bilang isang halo, kabilang ang dalawang bahagi: static matter (ang optical path ay pare-pareho) at dynamic na bagay (ang optical path ay nagbabago sa dami ng materyal). Kapag ang liwanag ay nasisipsip ng fingertip tissue, ang ipinadalang liwanag ay natatanggap ng isang photodetector. Ang intensity ng transmitted light na nakolekta ng sensor ay halatang pinahina dahil sa absorbability ng iba't ibang tissue component ng mga daliri ng tao. Ayon sa katangiang ito, ang katumbas na modelo ng finger light absorption ay itinatag.
Angkop na tao:
pulse oximeter sa dulo ng daliriay angkop para sa mga tao sa lahat ng edad, kabilang ang mga bata, matatanda, matatanda, mga pasyente na may coronary heart disease, hypertension, hyperlipidemia, cerebral thrombosis at iba pang mga vascular disease at mga pasyente na may hika, brongkitis, talamak na brongkitis, sakit sa puso sa baga at iba pang mga sakit sa paghinga.
Oras ng post: Hun-17-2022
