Oksimeter nadi hujung jari dicipta oleh Millikan pada tahun 1940-an untuk memantau kepekatan oksigen dalam darah arteri, satu petunjuk penting bagi tahap keterukan COVID-19.Yonker Sekarang terangkan bagaimana oksimeter nadi hujung jari berfungsi?
Ciri-ciri penyerapan spektrum tisu biologi: Apabila cahaya disinari ke tisu biologi, kesan tisu biologi terhadap cahaya boleh dibahagikan kepada empat kategori, termasuk penyerapan, penyerakan, pantulan dan pendarfluor. Jika penyerakan dikecualikan, jarak yang dilalui cahaya melalui tisu biologi terutamanya dikawal oleh penyerapan. Apabila cahaya menembusi beberapa bahan lutsinar (pepejal, cecair atau gas), keamatan cahaya berkurangan dengan ketara disebabkan oleh penyerapan yang disasarkan bagi beberapa komponen frekuensi tertentu, iaitu fenomena penyerapan cahaya oleh bahan. Berapa banyak cahaya yang diserap oleh sesuatu bahan dipanggil ketumpatan optiknya, juga dikenali sebagai penyerapan.
Gambarajah skematik penyerapan cahaya oleh jirim dalam keseluruhan proses perambatan cahaya, jumlah tenaga cahaya yang diserap oleh jirim adalah berkadar terus dengan tiga faktor, iaitu keamatan cahaya, jarak laluan cahaya dan bilangan zarah penyerap cahaya pada keratan rentas laluan cahaya. Berdasarkan premis bahan homogen, bilangan laluan cahaya zarah penyerap cahaya pada keratan rentas boleh dianggap sebagai zarah penyerap cahaya per unit isipadu, iaitu kepekatan zarah cahaya sedutan bahan, boleh mendapatkan hukum Lambert Beer: boleh ditafsirkan sebagai kepekatan bahan dan panjang laluan optik per unit isipadu ketumpatan optik, keupayaan cahaya sedutan bahan untuk bertindak balas terhadap sifat cahaya sedutan bahan. Dalam erti kata lain, bentuk lengkung spektrum penyerapan bahan yang sama adalah sama, dan kedudukan mutlak puncak penyerapan hanya akan berubah disebabkan oleh kepekatan yang berbeza, tetapi kedudukan relatif akan kekal tidak berubah. Dalam proses penyerapan, penyerapan bahan semua berlaku dalam isipadu bahagian yang sama, dan bahan penyerap tidak berkaitan antara satu sama lain, dan tiada sebatian pendarfluor wujud, dan tiada fenomena perubahan sifat medium disebabkan oleh sinaran cahaya. Oleh itu, bagi larutan dengan komponen penyerapan N, ketumpatan optik adalah aditif. Aditiviti ketumpatan optik menyediakan asas teori untuk pengukuran kuantitatif komponen penyerap dalam campuran.
Dalam optik tisu biologi, kawasan spektrum 600 ~ 1300 nm biasanya dipanggil "tingkap spektroskopi biologi", dan cahaya dalam jalur ini mempunyai kepentingan khusus untuk banyak terapi spektrum dan diagnosis spektrum yang diketahui dan tidak diketahui. Dalam kawasan inframerah, air menjadi bahan penyerap cahaya yang dominan dalam tisu biologi, jadi panjang gelombang yang digunakan oleh sistem mesti mengelakkan puncak penyerapan air untuk mendapatkan maklumat penyerapan cahaya bahan sasaran dengan lebih baik. Oleh itu, dalam julat spektrum inframerah dekat 600-950 nm, komponen utama tisu hujung jari manusia dengan kapasiti penyerapan cahaya termasuk air dalam darah, O2Hb (hemoglobin beroksigen), RHb (hemoglobin berkurangan) dan melanin kulit periferi dan tisu lain.
Oleh itu, kita boleh mendapatkan maklumat berkesan tentang kepekatan komponen yang hendak diukur dalam tisu dengan menganalisis data spektrum pancaran. Jadi apabila kita mempunyai kepekatan O2Hb dan RHb, kita tahu ketepuan oksigen.Ketepuan oksigen SpO2ialah peratusan isipadu hemoglobin beroksigen yang terikat oksigen (HbO2) dalam darah sebagai peratusan daripada jumlah hemoglobin pengikat (Hb), kepekatan denyutan oksigen darah jadi mengapa ia dipanggil oksimeter nadi? Berikut ialah konsep baharu: gelombang denyutan isipadu aliran darah. Semasa setiap kitaran jantung, pengecutan jantung menyebabkan tekanan darah meningkat dalam saluran darah akar aorta, yang melebarkan dinding saluran darah. Sebaliknya, diastol jantung menyebabkan tekanan darah jatuh dalam saluran darah akar aorta, yang menyebabkan dinding saluran darah mengecut. Dengan pengulangan kitaran jantung yang berterusan, perubahan tekanan darah yang berterusan dalam saluran darah akar aorta akan dihantar ke saluran hiliran yang bersambung dengannya dan juga ke seluruh sistem arteri, sekali gus membentuk pengembangan dan pengecutan berterusan seluruh dinding vaskular arteri. Iaitu, degupan jantung berkala menghasilkan gelombang nadi dalam aorta yang beriak ke hadapan di sepanjang dinding saluran darah di seluruh sistem arteri. Setiap kali jantung mengembang dan mengecut, perubahan tekanan dalam sistem arteri menghasilkan gelombang nadi berkala. Inilah yang kita panggil gelombang nadi. Gelombang nadi boleh mencerminkan pelbagai maklumat fisiologi seperti jantung, tekanan darah dan aliran darah, yang boleh memberikan maklumat penting untuk pengesanan parameter fizikal tertentu badan manusia secara tidak invasif.
Dalam perubatan, gelombang denyut biasanya dibahagikan kepada dua jenis iaitu gelombang denyut tekanan dan gelombang denyut isipadu. Gelombang denyut tekanan terutamanya mewakili penghantaran tekanan darah, manakala gelombang denyut isipadu mewakili perubahan berkala dalam aliran darah. Berbanding dengan gelombang denyut tekanan, gelombang denyut isipadu mengandungi maklumat kardiovaskular yang lebih penting seperti saluran darah manusia dan aliran darah. Pengesanan gelombang denyut isipadu aliran darah yang tipikal secara tidak invasif boleh dicapai melalui pengesanan gelombang denyut isipadu fotoelektrik. Gelombang cahaya tertentu digunakan untuk menerangi bahagian badan yang diukur, dan pancaran tersebut sampai ke sensor fotoelektrik selepas pantulan atau penghantaran. Pancaran yang diterima akan membawa maklumat ciri berkesan gelombang denyut isipadu. Oleh kerana isipadu darah berubah secara berkala dengan pengembangan dan pengecutan jantung, apabila diastole jantung, isipadu darah adalah yang terkecil, penyerapan cahaya darah, sensor mengesan keamatan cahaya maksimum; Apabila jantung mengecut, isipadu adalah maksimum dan keamatan cahaya yang dikesan oleh sensor adalah minimum. Dalam pengesanan hujung jari yang tidak invasif dengan gelombang denyut isipadu aliran darah sebagai data pengukuran langsung, pemilihan tapak pengukuran spektrum harus mengikuti prinsip berikut.
1. Urat-urat pada saluran darah harus lebih banyak, dan kadar maklumat berkesan seperti hemoglobin dan ICG dalam jumlah maklumat bahan dalam spektrum harus ditingkatkan
2. Ia mempunyai ciri-ciri jelas perubahan isipadu aliran darah untuk mengumpul isyarat gelombang denyut isipadu dengan berkesan
3. Untuk mendapatkan spektrum manusia dengan kebolehulangan dan kestabilan yang baik, ciri-ciri tisu kurang dipengaruhi oleh perbezaan individu.
4. Ia mudah untuk menjalankan pengesanan spektrum, dan mudah diterima oleh subjek, bagi mengelakkan faktor gangguan seperti kadar denyutan jantung yang pantas dan pergerakan kedudukan pengukuran yang disebabkan oleh emosi tekanan.
Gambarajah skematik taburan saluran darah di tapak tangan manusia Kedudukan lengan sukar mengesan gelombang denyut, jadi ia tidak sesuai untuk mengesan gelombang denyut isipadu aliran darah; Pergelangan tangan berhampiran arteri radial, isyarat gelombang denyut tekanan adalah kuat, kulit mudah menghasilkan getaran mekanikal, boleh menyebabkan isyarat pengesanan selain gelombang denyut isipadu juga membawa maklumat denyut pantulan kulit, sukar untuk mencirikan ciri-ciri perubahan isipadu darah dengan tepat, tidak sesuai untuk kedudukan pengukuran; Walaupun tapak tangan merupakan salah satu tempat pengambilan darah klinikal yang biasa, tulangnya lebih tebal daripada jari, dan amplitud gelombang denyut isipadu tapak tangan yang dikumpulkan oleh pantulan meresap adalah lebih rendah. Rajah 2-5 menunjukkan taburan saluran darah di tapak tangan. Dengan memerhatikan rajah tersebut, dapat dilihat bahawa terdapat banyak rangkaian kapilari di bahagian hadapan jari, yang dapat mencerminkan kandungan hemoglobin dalam tubuh manusia dengan berkesan. Selain itu, kedudukan ini mempunyai ciri-ciri perubahan isipadu aliran darah yang jelas, dan merupakan kedudukan pengukuran gelombang denyut isipadu yang ideal. Tisu otot dan tulang jari agak nipis, jadi pengaruh maklumat gangguan latar belakang agak kecil. Di samping itu, hujung jari mudah diukur, dan subjek tidak mempunyai beban psikologi, yang kondusif untuk mendapatkan isyarat spektrum nisbah isyarat-ke-hingar yang tinggi dan stabil. Jari manusia terdiri daripada tulang, kuku, kulit, tisu, darah vena dan darah arteri. Dalam proses interaksi dengan cahaya, isipadu darah dalam arteri periferi jari berubah dengan degupan jantung, mengakibatkan perubahan pengukuran laluan optik. Manakala komponen lain adalah malar dalam keseluruhan proses cahaya.
Apabila panjang gelombang cahaya tertentu dikenakan pada epidermis hujung jari, jari boleh dianggap sebagai campuran, termasuk dua bahagian: jirim statik (laluan optik adalah malar) dan jirim dinamik (laluan optik berubah dengan isipadu bahan). Apabila cahaya diserap oleh tisu hujung jari, cahaya yang dipancarkan diterima oleh fotodetektor. Keamatan cahaya yang dipancarkan yang dikumpulkan oleh sensor jelas dilemahkan disebabkan oleh kebolehserapan pelbagai komponen tisu jari manusia. Mengikut ciri ini, model setara penyerapan cahaya jari diwujudkan.
Orang yang sesuai:
Oksimeter nadi hujung jariSesuai untuk semua peringkat umur, termasuk kanak-kanak, dewasa, warga emas, pesakit dengan penyakit jantung koronari, hipertensi, hiperlipidemia, trombosis serebrum dan penyakit vaskular lain serta pesakit asma, bronkitis, bronkitis kronik, penyakit jantung pulmonari dan penyakit pernafasan lain.
Masa siaran: 17 Jun 2022
