El pulsioxímetre de la punta del dit va ser inventat per Millikan a la dècada del 1940 per controlar la concentració d'oxigen a la sang arterial, un indicador important de la gravetat de la COVID-19.Yonker Ara explica com funciona un pulsioxímetre de la punta del dit?
Característiques d'absorció espectral del teixit biològic: Quan la llum s'irradia a un teixit biològic, l'efecte del teixit biològic sobre la llum es pot dividir en quatre categories, incloent-hi l'absorció, la dispersió, la reflexió i la fluorescència. Si s'exclou la dispersió, la distància que recorre la llum a través del teixit biològic es regeix principalment per l'absorció. Quan la llum penetra en algunes substàncies transparents (sòlides, líquides o gasoses), la intensitat de la llum disminueix significativament a causa de l'absorció dirigida d'alguns components de freqüència específics, que és el fenomen d'absorció de la llum per part de les substàncies. La quantitat de llum que absorbeix una substància s'anomena densitat òptica, també coneguda com a absorbància.
Diagrama esquemàtic de l'absorció de llum per la matèria en tot el procés de propagació de la llum: la quantitat d'energia lumínica absorbida per la matèria és proporcional a tres factors: la intensitat de la llum, la distància del camí de la llum i el nombre de partícules que absorbeixen la llum a la secció transversal del camí de la llum. Partint de la premissa d'un material homogeni, el nombre de partícules que absorbeixen la llum al camí de la llum a la secció transversal es pot considerar com a partícules que absorbeixen la llum per unitat de volum, és a dir, la concentració de partícules de llum de succió del material, es pot obtenir una llei de Lambert Beer: es pot interpretar com la concentració de material i la longitud del camí òptic per unitat de volum de la densitat òptica, la capacitat de succió de la llum del material per respondre a la naturalesa de la llum de succió del material. En altres paraules, la forma de la corba de l'espectre d'absorció d'una mateixa substància és la mateixa, i la posició absoluta del pic d'absorció només canviarà a causa de la diferent concentració, però la posició relativa romandrà sense canvis. En el procés d'absorció, l'absorció de totes les substàncies té lloc en el volum de la mateixa secció, i les substàncies absorbents no estan relacionades entre si, i no existeixen compostos fluorescents, i no hi ha cap fenomen de canvi de les propietats del medi a causa de la radiació lumínica. Per tant, per a la solució amb components d'absorció de N, la densitat òptica és additiva. L'additivitat de la densitat òptica proporciona una base teòrica per a la mesura quantitativa dels components absorbents en mescles.
En òptica de teixits biològics, la regió espectral de 600 ~ 1300 nm s'anomena generalment "la finestra de l'espectroscòpia biològica", i la llum en aquesta banda té un significat especial per a moltes teràpies espectrals i diagnòstics espectrals coneguts i desconeguts. A la regió infraroja, l'aigua esdevé la substància dominant que absorbeix la llum en els teixits biològics, de manera que la longitud d'ona adoptada pel sistema ha d'evitar el pic d'absorció de l'aigua per obtenir millor la informació d'absorció de llum de la substància diana. Per tant, dins del rang de l'espectre de l'infraroig proper de 600-950 nm, els components principals del teixit de la punta dels dits humans amb capacitat d'absorció de llum inclouen l'aigua a la sang, l'O2Hb (hemoglobina oxigenada), l'RHb (hemoglobina reduïda) i la melanina de la pell perifèrica i altres teixits.
Per tant, podem obtenir la informació efectiva de la concentració del component que es vol mesurar en el teixit analitzant les dades de l'espectre d'emissió. Així, quan tenim les concentracions d'O2Hb i RHb, coneixem la saturació d'oxigen.Saturació d'oxigen SpO2és el percentatge del volum d'hemoglobina oxigenada unida a l'oxigen (HbO2) a la sang com a percentatge de l'hemoglobina total d'unió (Hb), la concentració del pols d'oxigen a la sang, així que per què s'anomena pulsioxímetre? Aquí teniu un nou concepte: ona de pols del volum del flux sanguini. Durant cada cicle cardíac, la contracció del cor fa que la pressió arterial augmenti als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica, cosa que dilata la paret del vas sanguini. Per contra, la diàstole del cor fa que la pressió arterial disminueixi als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica, cosa que fa que la paret del vas sanguini es contregui. Amb la repetició contínua del cicle cardíac, el canvi constant de la pressió arterial als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica es transmetrà als vasos posteriors connectats amb ella i fins i tot a tot el sistema arterial, formant així l'expansió i la contracció contínues de tota la paret vascular arterial. És a dir, el batec periòdic del cor crea ones de pols a l'aorta que s'ondula cap endavant al llarg de les parets dels vasos sanguinis per tot el sistema arterial. Cada vegada que el cor s'expandeix i es contrau, un canvi de pressió al sistema arterial produeix una ona de pols periòdica. Això és el que anomenem ona de pols. L'ona de pols pot reflectir molta informació fisiològica com ara el cor, la pressió arterial i el flux sanguini, cosa que pot proporcionar informació important per a la detecció no invasiva de paràmetres físics específics del cos humà.
En medicina, l'ona de pols se sol dividir en ona de pols de pressió i ona de pols de volum. L'ona de pols de pressió representa principalment la transmissió de la pressió arterial, mentre que l'ona de pols de volum representa canvis periòdics en el flux sanguini. En comparació amb l'ona de pols de pressió, l'ona de pols volumètrica conté informació cardiovascular més important, com ara els vasos sanguinis humans i el flux sanguini. La detecció no invasiva de l'ona de pols de volum de flux sanguini típica es pot aconseguir mitjançant el traçat d'ona de pols volumètrica fotoelèctrica. S'utilitza una ona de llum específica per il·luminar la part de mesura del cos i el feix arriba al sensor fotoelèctric després de la reflexió o la transmissió. El feix rebut portarà la informació característica efectiva de l'ona de pols volumètrica. Com que el volum de sang canvia periòdicament amb l'expansió i la contracció del cor, quan el cor es diàstole, el volum de sang és el més petit, l'absorció de llum a la sang, el sensor detecta la intensitat màxima de la llum; Quan el cor es contrau, el volum és màxim i la intensitat de la llum detectada pel sensor és mínima. En la detecció no invasiva de la punta dels dits amb l'ona de pols de volum de flux sanguini com a dades de mesura directa, la selecció del lloc de mesura espectral ha de seguir els principis següents.
1. Les venes dels vasos sanguinis haurien de ser més abundants i s'hauria de millorar la proporció d'informació efectiva com l'hemoglobina i l'ICG en la informació material total de l'espectre.
2. Té característiques òbvies de canvi de volum de flux sanguini per recollir eficaçment el senyal d'ona de pols de volum
3. Per tal d'obtenir l'espectre humà amb bona repetibilitat i estabilitat, les característiques dels teixits es veuen menys afectades per les diferències individuals.
4. És fàcil de dur a terme una detecció espectral i fàcil d'acceptar pel subjecte, per tal d'evitar els factors d'interferència com ara la freqüència cardíaca ràpida i el moviment de la posició de mesura causats per l'emoció d'estrès.
Diagrama esquemàtic de la distribució dels vasos sanguinis al palmell de la mà humana La posició del braç amb prou feines pot detectar l'ona de pols, per la qual cosa no és adequada per a la detecció de l'ona de pols del volum del flux sanguini; El canell és a prop de l'artèria radial, el senyal de l'ona de pols de pressió és fort, la pell produeix fàcilment vibracions mecàniques, cosa que pot conduir al senyal de detecció, a més de l'ona de pols de volum, també porta informació de pols de reflexió de la pell, és difícil caracteritzar amb precisió les característiques del canvi de volum sanguini, no és adequada per a la posició de mesura; Tot i que el palmell de la mà és un dels llocs habituals d'extracció de sang clínica, el seu os és més gruixut que el dit i l'amplitud de l'ona de pols del volum del palmell recollit per reflexió difusa és menor. La figura 2-5 mostra la distribució dels vasos sanguinis al palmell de la mà. Observant la figura, es pot veure que hi ha abundants xarxes capil·lars a la part frontal del dit, que poden reflectir eficaçment el contingut d'hemoglobina del cos humà. A més, aquesta posició té característiques òbvies de canvi de volum del flux sanguini i és la posició ideal per mesurar l'ona de pols de volum. Els teixits musculars i ossis dels dits són relativament prims, per la qual cosa la influència de la informació d'interferència de fons és relativament petita. A més, la punta del dit és fàcil de mesurar i el subjecte no té cap càrrega psicològica, cosa que afavoreix l'obtenció d'un senyal espectral estable amb una alta relació senyal-soroll. El dit humà està format per os, ungla, pell, teixit, sang venosa i sang arterial. En el procés d'interacció amb la llum, el volum de sang a l'artèria perifèrica del dit canvia amb el batec del cor, cosa que provoca un canvi en la mesura del camí òptic. Mentre que els altres components són constants en tot el procés de la llum.
Quan s'aplica una longitud d'ona de llum determinada a l'epidermis de la punta del dit, el dit es pot considerar com una barreja, que inclou dues parts: matèria estàtica (el camí òptic és constant) i matèria dinàmica (el camí òptic canvia amb el volum del material). Quan el teixit de la punta del dit absorbeix la llum, la llum transmesa és rebuda per un fotodetector. La intensitat de la llum transmesa recollida pel sensor s'atenua òbviament a causa de l'absorbibilitat de diversos components del teixit dels dits humans. D'acord amb aquesta característica, s'estableix el model equivalent d'absorció de la llum del dit.
Persona adequada:
oxímetre de pulsió de la punta del ditÉs adequat per a persones de totes les edats, inclosos nens, adults, gent gran, pacients amb cardiopatia coronària, hipertensió, hiperlipidèmia, trombosi cerebral i altres malalties vasculars i pacients amb asma, bronquitis, bronquitis crònica, cardiopatia pulmonar i altres malalties respiratòries.
Data de publicació: 17 de juny de 2022
