De vingertoppulsoximeter werd in de jaren veertig door Millikan uitgevonden om de zuurstofconcentratie in arterieel bloed te controleren, een belangrijke indicator voor de ernst van COVID-19.Yonker legt nu uit hoe de vingertop-pulsoximeter werkt?
Spectrale absorptiekarakteristieken van biologisch weefsel: Wanneer licht wordt bestraald op biologisch weefsel, kan het effect van biologisch weefsel op licht worden onderverdeeld in vier categorieën, waaronder absorptie, verstrooiing, reflectie en fluorescentie. Als verstrooiing wordt uitgesloten, is de afstand die licht door biologisch weefsel aflegt weefsel wordt voornamelijk bepaald door absorptie.Wanneer licht sommige transparante stoffen (vast, vloeibaar of gasvormig) binnendringt, neemt de intensiteit van het licht aanzienlijk af als gevolg van de gerichte absorptie van bepaalde specifieke frequentiecomponenten, het absorptieverschijnsel van licht door stoffen.Hoeveel licht een stof absorbeert, wordt de optische dichtheid genoemd, ook wel absorptie genoemd.
Schematisch diagram van lichtabsorptie door materie tijdens het hele proces van lichtvoortplanting, de hoeveelheid lichtenergie die door materie wordt geabsorbeerd is evenredig met drie factoren, namelijk de lichtintensiteit, de afstand van het lichtpad en het aantal lichtabsorberende deeltjes op de dwarsdoorsnede van het lichtpad.Op basis van het uitgangspunt van homogeen materiaal kan het lichtpadaantal lichtabsorberende deeltjes op dwarsdoorsnede worden beschouwd als lichtabsorberende deeltjes per volume-eenheid, namelijk de concentratie van materiaalzuiglichtdeeltjes, kan de wet van Lambert Beer krijgen: kan worden geïnterpreteerd als materiaalconcentratie en optische weglengte per volume-eenheid optische dichtheid, materiaalzuiglichtvermogen om te reageren op de aard van het materiaalzuiglicht. Met andere woorden, de vorm van de absorptiespectrumcurve van dezelfde stof is hetzelfde, en de absolute positie van de De absorptiepiek zal alleen veranderen als gevolg van de verschillende concentraties, maar de relatieve positie blijft ongewijzigd.In het absorptieproces vindt de absorptie van stoffen allemaal plaats in het volume van dezelfde sectie, en de absorberende stoffen hebben geen relatie met elkaar, en er bestaan geen fluorescerende verbindingen, en er is geen fenomeen dat de eigenschappen van het medium verandert als gevolg van lichte straling.Daarom is voor de oplossing met N-absorptiecomponenten de optische dichtheid additief.De som van de optische dichtheid verschaft een theoretische basis voor de kwantitatieve meting van absorberende componenten in mengsels.
In biologische weefseloptica wordt het spectrale gebied van 600 ~ 1300 nm gewoonlijk "het venster van biologische spectroscopie" genoemd, en het licht in deze band heeft een speciale betekenis voor veel bekende en onbekende spectrale therapie en spectrale diagnose.In het infraroodgebied wordt water de dominante lichtabsorberende stof in biologische weefsels, dus de door het systeem aangenomen golflengte moet de absorptiepiek van water vermijden om de lichtabsorptie-informatie van de doelstof beter te verkrijgen.Daarom omvatten de belangrijkste componenten van menselijk vingertopweefsel met lichtabsorptievermogen binnen het nabij-infrarood spectrumbereik van 600-950 nm water in het bloed, O2Hb (zuurstofrijk hemoglobine), RHb (gereduceerd hemoglobine) en melanine van de perifere huid en andere weefsels.
Daarom kunnen we de effectieve informatie verkrijgen over de concentratie van de te meten component in het weefsel door de gegevens van het emissiespectrum te analyseren.Dus als we de O2Hb- en RHb-concentraties hebben, kennen we de zuurstofverzadiging.Zuurstofverzadiging SpO2is het percentage van het volume van zuurstofgebonden geoxygeneerde hemoglobine (HbO2) in het bloed als percentage van de totale bindende hemoglobine (Hb), de concentratie van de zuurstofpuls in het bloed. Waarom wordt het dan een pulsoximeter genoemd?Hier is een nieuw concept: bloedstroomvolume pulsgolf.Tijdens elke hartcyclus zorgt de samentrekking van het hart ervoor dat de bloeddruk in de bloedvaten van de aortawortel stijgt, waardoor de bloedvatwand verwijdt.Omgekeerd zorgt diastole van het hart ervoor dat de bloeddruk in de bloedvaten van de aortawortel daalt, waardoor de bloedvatwand samentrekt.Met de voortdurende herhaling van de hartcyclus zal de constante verandering van de bloeddruk in de bloedvaten van de aortawortel worden doorgegeven aan de stroomafwaartse bloedvaten die ermee verbonden zijn en zelfs aan het hele arteriële systeem, waardoor de voortdurende uitzetting en samentrekking van de aortawortel ontstaat. gehele arteriële vaatwand.Dat wil zeggen, de periodieke hartslag creëert pulsgolven in de aorta die naar voren rimpelen langs de bloedvatwanden door het hele arteriële systeem.Elke keer dat het hart uitzet en samentrekt, produceert een verandering in de druk in het arteriële systeem een periodieke pulsgolf.Dit noemen we de pulsgolf.Pulsgolven kunnen veel fysiologische informatie weerspiegelen, zoals hart, bloeddruk en bloedstroom, die belangrijke informatie kunnen verschaffen voor niet-invasieve detectie van specifieke fysieke parameters van het menselijk lichaam.
In de geneeskunde wordt pulsgolf gewoonlijk verdeeld in twee typen drukpulsgolven en volumepulsgolven.De drukpulsgolf vertegenwoordigt voornamelijk de overdracht van de bloeddruk, terwijl de volumepulsgolf periodieke veranderingen in de bloedstroom vertegenwoordigt.Vergeleken met de drukpulsgolf bevat de volumetrische pulsgolf belangrijkere cardiovasculaire informatie, zoals menselijke bloedvaten en de bloedstroom.De niet-invasieve detectie van typische bloedstroomvolumepulsgolven kan worden bereikt door foto-elektrische volumetrische pulsgolftracering.Een specifieke lichtgolf wordt gebruikt om het meetgedeelte van het lichaam te verlichten, en de straal bereikt de foto-elektrische sensor na reflectie of transmissie.De ontvangen bundel zal de effectieve karakteristieke informatie van de volumetrische pulsgolf dragen.Omdat het bloedvolume periodiek verandert met de uitzetting en samentrekking van het hart, wanneer het hart diastoleert, is het bloedvolume het kleinst, de bloedabsorptie van licht, heeft de sensor de maximale lichtintensiteit gedetecteerd;Wanneer het hart samentrekt, is het volume maximaal en is de door de sensor gedetecteerde lichtintensiteit minimaal.Bij de niet-invasieve detectie van vingertoppen met de bloedstroomvolumepulsgolf als directe meetgegevens, moet de selectie van de spectrale meetlocatie de volgende principes volgen
1. De aderen van bloedvaten moeten overvloediger zijn en het aandeel van effectieve informatie zoals hemoglobine en ICG in de totale materiële informatie in het spectrum moet worden verbeterd
2. Het heeft duidelijke kenmerken van verandering van het bloedstroomvolume om het volumepulsgolfsignaal effectief te verzamelen
3. Om het menselijke spectrum met goede herhaalbaarheid en stabiliteit te verkrijgen, worden de weefselkarakteristieken minder beïnvloed door individuele verschillen.
4. Het is gemakkelijk om spectrale detectie uit te voeren en gemakkelijk door het onderwerp te worden geaccepteerd, om interferentiefactoren zoals een snelle hartslag en beweging van de meetpositie veroorzaakt door de stress-emotie te vermijden.
Schematisch diagram van de verdeling van bloedvaten in de menselijke handpalm. De positie van de arm kan de pulsgolf nauwelijks detecteren, dus deze is niet geschikt voor de detectie van de pulsgolf van het bloedstroomvolume;De pols bevindt zich in de buurt van de radiale slagader, het drukpulsgolfsignaal is sterk, de huid is gemakkelijk om mechanische trillingen te produceren, kan ertoe leiden dat het detectiesignaal naast de volumepulsgolf ook huidreflectiepulsinformatie draagt, het is moeilijk om nauwkeurig te zijn karakteriseren van de kenmerken van bloedvolumeverandering, is niet geschikt voor meetpositie;Hoewel de handpalm een van de meest voorkomende klinische bloedafnameplaatsen is, is het bot dikker dan de vinger en is de pulsgolfamplitude van het door diffuse reflectie verzamelde handpalmvolume lager.Figuur 2.5 toont de verdeling van de bloedvaten in de handpalm.Als je de figuur bekijkt, kun je zien dat er overvloedige capillaire netwerken in het voorste deel van de vinger zijn, die het hemoglobinegehalte in het menselijk lichaam effectief kunnen weerspiegelen.Bovendien heeft deze positie duidelijke kenmerken van volumeverandering in de bloedstroom en is het de ideale meetpositie voor de volumepulsgolf.Het spier- en botweefsel van de vingers is relatief dun, dus de invloed van achtergrondinterferentie-informatie is relatief klein.Bovendien is de vingertop eenvoudig te meten en heeft het onderwerp geen psychologische last, wat bevorderlijk is voor het verkrijgen van een stabiel spectraal signaal met een hoge signaal-ruisverhouding.De menselijke vinger bestaat uit bot, nagel, huid, weefsel, veneus bloed en arterieel bloed.Tijdens het proces van interactie met licht verandert het bloedvolume in de perifere slagader van de vinger naarmate het hart klopt, wat resulteert in een verandering van de optische padmeting.Terwijl de andere componenten constant zijn in het hele lichtproces.
Wanneer een bepaalde golflengte van licht op de epidermis van de vingertop wordt toegepast, kan de vinger worden beschouwd als een mengsel, bestaande uit twee delen: statische materie (het optische pad is constant) en dynamische materie (het optische pad verandert met het volume van de vingertop). materiaal).Wanneer het licht wordt geabsorbeerd door het vingertopweefsel, wordt het doorgelaten licht ontvangen door een fotodetector.De intensiteit van het door de sensor opgevangen doorvallende licht wordt duidelijk verzwakt als gevolg van de absorbeerbaarheid van verschillende weefselcomponenten van menselijke vingers.Volgens dit kenmerk wordt het equivalente model van vingerlichtabsorptie vastgesteld.
Geschikte persoon:
Vingertop-pulsoximeteris geschikt voor mensen van alle leeftijden, inclusief kinderen, volwassenen, ouderen, patiënten met coronaire hartziekten, hypertensie, hyperlipidemie, hersentrombose en andere vaatziekten en patiënten met astma, bronchitis, chronische bronchitis, longhartziekten en andere aandoeningen van de luchtwegen.
Posttijd: 17 juni 2022
