Millikan va inventar el pulsioxímetre de punta dels dits als anys quaranta 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 el pulsioximetre de la punta del dit?
Característiques d'absorció espectral del teixit biològic: quan la llum s'irradia al teixit biològic, l'efecte del teixit biològic sobre la llum es pot dividir en quatre categories, que inclouen absorció, dispersió, reflexió i fluorescència. Si s'exclou la dispersió, la distància que recorre la llum a través del teixit biològic. El teixit es regeix principalment per l'absorció.Quan la llum penetra en algunes substàncies transparents (sòlids, líquids o gasosos), 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 substàncies.La quantitat de llum que absorbeix una substància s'anomena densitat òptica, també coneguda com a absorbància.
Diagrama esquemàtic de l'absorció de la llum per part de la matèria en tot el procés de propagació de la llum, la quantitat d'energia lluminosa absorbida per la matèria és proporcional a tres factors, que són la intensitat de la llum, la distància del camí de la llum i el nombre de partícules que absorbeixen la llum. la secció transversal del camí de la llum.A partir de la premissa d'un material homogeni, les partícules que absorbeixen la llum del nombre de trajectes de la llum a la secció transversal es poden considerar com a partícules que absorbeixen la llum per unitat de volum, és a dir, la concentració de partícules lleugeres d'aspiració del material, pot obtenir la llei de la cervesa Lambert: es pot interpretar com a concentració de material i longitud del camí òptic per unitat de volum de densitat òptica, capacitat de la llum de succió 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 de la mateixa substància és la mateixa i la posició absoluta de la El 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 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 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 de components absorbents en mescles.
En l'òptica dels teixits biològics, la regió espectral de 600 ~ 1300 nm se sol anomenar "la finestra de l'espectroscòpia biològica", i la llum d'aquesta banda té una importància especial per a moltes teràpia espectral i diagnòstic espectral coneguts i desconeguts.A la regió infraroja, l'aigua es converteix en la substància que absorbeix la llum dominant als teixits biològics, de manera que la longitud d'ona adoptada pel sistema ha d'evitar el pic d'absorció d'aigua per obtenir millor la informació d'absorció de la llum de la substància objectiu.Per tant, dins del rang de l'espectre de l'infraroig proper de 600 a 950 nm, els components principals del teixit de la punta dels dits humans amb capacitat d'absorció de llum inclouen aigua a la sang, O2Hb (hemoglobina oxigenada), RHb (hemoglobina reduïda) i melanina de la pell perifèrica i altres teixits.
Per tant, podem obtenir la informació efectiva de la concentració del component a mesurar en el teixit mitjançant l'anàlisi de 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 d'unió total (Hb), la concentració de pols d'oxigen en sang, per què s'anomena pulsioxímetre?Aquí hi ha un nou concepte: ona de pols de volum de flux sanguini.Durant cada cicle cardíac, la contracció del cor fa que la pressió arterial augmenti als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica, la qual cosa dilata la paret dels vasos sanguinis.Per contra, la diàstole del cor fa que la pressió arterial caigui als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica, la qual cosa fa que la paret dels vasos sanguinis es contrau.Amb la repetició contínua del cicle cardíac, el canvi constant de pressió arterial als vasos sanguinis de l'arrel aòrtica es transmetrà als vasos aigües avall connectats amb ella i fins i tot a tot el sistema arterial, formant així l'expansió i contracció contínua de la tota la paret vascular arterial.És a dir, el batec periòdic del cor crea ones de pols a l'aorta que s'onden cap endavant al llarg de les parets dels vasos sanguinis de tot el sistema arterial.Cada vegada que el cor s'expandeix i es contrau, un canvi de pressió en el 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, 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 dos tipus d'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 típic es pot aconseguir mitjançant el seguiment fotoelèctric d'ona de pols volumètrica.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 la sang de la llum, el sensor detecta la màxima intensitat de 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 ona de pols de volum de flux sanguini com a dades de mesura directa, la selecció del lloc de mesura espectral hauria 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 total del material de l'espectre.
2. Té característiques òbvies del canvi de volum del flux sanguini per recollir eficaçment el senyal d'ona de pols de volum
3. Per obtenir l'espectre humà amb bona repetibilitat i estabilitat, les característiques del teixit es veuen menys afectades per les diferències individuals.
4. És fàcil de dur a terme la detecció espectral i fàcil de ser acceptat pel subjecte, per evitar els factors d'interferència com 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 a la palma humana La posició del braç difícilment pot detectar l'ona de pols, de manera que no és adequada per a la detecció de l'ona de pols del volum del flux sanguini;El canell està a prop de l'artèria radial, el senyal d'ona de pols de pressió és fort, la pell és fàcil de produir vibració mecànica, pot conduir al senyal de detecció, a més de l'ona de pols de volum, també porten informació del pols de reflexió de la pell, és difícil de determinar amb precisió. caracteritzar les característiques del canvi de volum sanguini, no és adequat per a la posició de mesura;Tot i que el palmell és un dels llocs clínics habituals d'extracció de sang, el seu os és més gruixut que el dit i l'amplitud de l'ona de pols del volum del palmell recollit per la reflexió difusa és menor.La figura 2-5 mostra la distribució dels vasos sanguinis al palmell.Observant la figura, es pot veure que hi ha abundants xarxes capil·lars a la part davantera del dit, que poden reflectir eficaçment el contingut d'hemoglobina del cos humà.A més, aquesta posició té característiques òbvies del canvi de volum del flux sanguini i és la posició ideal de mesura de l'ona de pols de volum.Els teixits musculars i ossis dels dits són relativament prims, de manera que 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 d'alta relació senyal-soroll.El dit humà està format per os, ungles, 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 els batecs del cor, donant lloc a un canvi en la mesura del camí òptic.Mentre que els altres components són constants en tot el procés de la llum.
Quan una determinada longitud d'ona de llum s'aplica 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 de la llum). material).Quan la llum és absorbida pel teixit de la punta dels dits, la llum transmesa és rebuda per un fotodetector.La intensitat de la llum transmesa recollida pel sensor s'atenua òbviament a causa de l'absorció de diversos components del teixit dels dits humans.Segons aquesta característica, s'estableix el model equivalent d'absorció de la llum dels dits.
Persona adequada:
Pulsioxímetre de la punta dels ditsÉs adequat per a persones de totes les edats, inclosos nens, adults, gent gran, pacients amb malaltia coronària, hipertensió, hiperlipèmia, trombosi cerebral i altres malalties vasculars i pacients amb asma, bronquitis, bronquitis crònica, cardiopatia pulmonar i altres malalties respiratòries.
Hora de publicació: 17-juny-2022
