Oksimeter nadi hujung jari telah dicipta oleh Millikan pada tahun 1940-an untuk memantau kepekatan oksigen dalam darah arteri, penunjuk penting keterukan COVID-19.Yonker kini menerangkan bagaimana oksimeter nadi hujung jari berfungsi?
Ciri-ciri penyerapan spektrum tisu biologi: Apabila cahaya disinari ke tisu biologi, kesan tisu biologi ke atas cahaya boleh dibahagikan kepada empat kategori, termasuk penyerapan, penyerakan, pantulan dan pendarfluor. Jika penyerakan dikecualikan, jarak yang dilalui cahaya melalui biologi tisu terutamanya dikawal oleh penyerapan.Apabila cahaya menembusi beberapa bahan lutsinar (pepejal, cecair atau gas), keamatan cahaya berkurangan dengan ketara disebabkan oleh penyerapan disasarkan beberapa komponen frekuensi tertentu, iaitu fenomena penyerapan cahaya oleh bahan.Berapa banyak cahaya yang diserap oleh 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 dengan tiga faktor, iaitu keamatan cahaya, jarak laluan cahaya dan bilangan zarah yang menyerap cahaya pada keratan rentas laluan cahaya.Pada premis bahan homogen, nombor laluan cahaya zarah penyerap cahaya pada keratan rentas boleh dianggap sebagai zarah penyerap cahaya per unit isipadu, iaitu kepekatan zarah cahaya sedutan bahan, boleh mendapat undang-undang bir lambert: boleh ditafsirkan sebagai kepekatan bahan dan panjang laluan optik per unit volum ketumpatan optik, keupayaan cahaya sedutan bahan untuk bertindak balas terhadap sifat cahaya sedutan bahan. Dengan kata lain, bentuk lengkung spektrum penyerapan bahan yang sama adalah sama, dan kedudukan mutlak puncak penyerapan hanya akan berubah kerana 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 tidak ada fenomena perubahan sifat medium disebabkan oleh sinaran cahaya.Oleh itu, untuk larutan dengan komponen penyerapan N, ketumpatan optik adalah aditif.Penambahan ketumpatan optik menyediakan asas teori untuk pengukuran kuantitatif komponen penyerap dalam campuran.
Dalam optik tisu biologi, kawasan spektrum 600 ~ 1300nm biasanya dipanggil "tingkap spektroskopi biologi", dan cahaya dalam jalur ini mempunyai kepentingan khusus untuk terapi spektrum dan diagnosis spektrum yang diketahui dan tidak diketahui.Di 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 600-950nm, 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 kepekatan komponen yang akan diukur dalam tisu dengan menganalisis data spektrum pelepasan.Jadi apabila kita mempunyai kepekatan O2Hb dan RHb, kita tahu ketepuan oksigen.Ketepuan oksigen SpO2adakah peratusan isipadu oksigen terikat hemoglobin beroksigen (HbO2) dalam darah sebagai peratusan daripada jumlah hemoglobin mengikat (Hb), kepekatan nadi oksigen darah jadi mengapa ia dipanggil pulse oximeter?Berikut ialah konsep baharu: gelombang nadi jumlah aliran darah.Semasa setiap kitaran jantung, penguncupan jantung menyebabkan tekanan darah meningkat dalam saluran darah akar aorta, yang melebarkan dinding saluran darah.Sebaliknya, diastole jantung menyebabkan tekanan darah jatuh dalam saluran darah akar aorta, yang menyebabkan dinding saluran darah mengecut.Dengan pengulangan berterusan kitaran jantung, perubahan berterusan tekanan darah dalam saluran darah akar aorta akan dihantar ke saluran hilir yang bersambung dengannya dan juga ke seluruh sistem arteri, dengan itu membentuk pengembangan dan penguncupan berterusan seluruh dinding vaskular arteri.Iaitu, degupan jantung berkala mencipta gelombang nadi dalam aorta yang beralun 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 banyak maklumat fisiologi seperti jantung, tekanan darah dan aliran darah, yang boleh memberikan maklumat penting untuk pengesanan bukan invasif parameter fizikal tertentu badan manusia.
Dalam bidang perubatan, gelombang nadi biasanya dibahagikan kepada gelombang nadi tekanan dan gelombang nadi isipadu dua jenis.Gelombang nadi tekanan terutamanya mewakili penghantaran tekanan darah, manakala gelombang nadi volum mewakili perubahan berkala dalam aliran darah.Berbanding dengan gelombang nadi tekanan, gelombang nadi volumetrik mengandungi maklumat kardiovaskular yang lebih penting seperti saluran darah manusia dan aliran darah.Pengesanan noninvasif gelombang nadi volum aliran darah tipikal boleh dicapai dengan pengesanan gelombang nadi volumetrik fotoelektrik.Gelombang cahaya tertentu digunakan untuk menerangi bahagian ukuran badan, dan rasuk mencapai sensor fotoelektrik selepas pantulan atau penghantaran.Rasuk yang diterima akan membawa maklumat ciri berkesan gelombang nadi volumetrik.Kerana jumlah darah berubah secara berkala dengan pengembangan dan penguncupan jantung, apabila jantung diastole, jumlah darah adalah yang paling kecil, penyerapan darah cahaya, sensor mengesan keamatan cahaya maksimum;Apabila jantung mengecut, volum adalah maksimum dan keamatan cahaya yang dikesan oleh sensor adalah minimum.Dalam pengesanan bukan invasif hujung jari dengan gelombang nadi volum aliran darah sebagai data pengukuran langsung, pemilihan tapak pengukuran spektrum harus mengikut prinsip berikut
1. Vena saluran darah harus lebih banyak, dan perkadaran maklumat berkesan seperti hemoglobin dan ICG dalam jumlah maklumat bahan dalam spektrum harus diperbaiki
2. Ia mempunyai ciri-ciri jelas perubahan volum aliran darah untuk mengumpul isyarat gelombang nadi volum dengan berkesan
3. Untuk mendapatkan spektrum manusia dengan kebolehulangan dan kestabilan yang baik, ciri-ciri tisu kurang dipengaruhi oleh perbezaan individu.
4. Mudah untuk menjalankan pengesanan spektrum, dan mudah diterima oleh subjek, untuk mengelakkan faktor gangguan seperti kadar denyutan jantung yang cepat dan pergerakan kedudukan pengukuran yang disebabkan oleh emosi tekanan.
Gambar rajah skema taburan saluran darah di tapak tangan manusia Kedudukan lengan sukar mengesan gelombang nadi, jadi ia tidak sesuai untuk pengesanan gelombang nadi isipadu aliran darah;Pergelangan tangan adalah berhampiran arteri radial, isyarat gelombang nadi tekanan adalah kuat, kulit mudah untuk menghasilkan getaran mekanikal, boleh membawa kepada isyarat pengesanan sebagai tambahan kepada gelombang nadi volum juga membawa maklumat nadi pantulan kulit, sukar untuk tepat mencirikan ciri-ciri perubahan isipadu darah, tidak sesuai untuk kedudukan pengukuran;Walaupun tapak tangan adalah salah satu tempat pengambilan darah klinikal yang biasa, tulangnya lebih tebal daripada jari, dan amplitud gelombang nadi isipadu sawit yang dikumpulkan melalui pantulan meresap adalah lebih rendah.Rajah 2-5 menunjukkan taburan salur darah di tapak tangan.Memerhatikan angka itu, dapat dilihat bahawa terdapat rangkaian kapilari yang banyak di bahagian depan jari, yang dapat mencerminkan kandungan hemoglobin dalam tubuh manusia dengan berkesan.Lebih-lebih lagi, kedudukan ini mempunyai ciri-ciri jelas perubahan volum aliran darah, dan merupakan kedudukan pengukuran yang ideal bagi gelombang nadi volum.Otot dan tisu 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-bunyi yang stabil.Jari manusia terdiri daripada tulang, kuku, kulit, tisu, darah vena dan darah arteri.Dalam proses interaksi dengan cahaya, isipadu darah dalam arteri periferal jari berubah dengan degupan jantung, mengakibatkan perubahan ukuran laluan optik.Manakala komponen lain adalah tetap dalam keseluruhan proses cahaya.
Apabila panjang gelombang cahaya tertentu digunakan pada epidermis hujung jari, jari boleh dianggap sebagai campuran, termasuk dua bahagian: bahan statik (laluan optik adalah malar) dan bahan dinamik (laluan optik berubah mengikut volum bahan).Apabila cahaya diserap oleh tisu hujung jari, cahaya yang dihantar diterima oleh pengesan foto.Keamatan cahaya yang dihantar yang dikumpul oleh sensor jelas dilemahkan kerana kebolehserapan pelbagai komponen tisu jari manusia.Mengikut ciri ini, model setara penyerapan cahaya jari ditubuhkan.
Orang yang sesuai:
Oksimeter nadi hujung jarisesuai untuk semua peringkat umur, termasuk kanak-kanak, dewasa, orang tua, pesakit dengan penyakit jantung koronari, hipertensi, hiperlipidemia, trombosis serebrum dan penyakit vaskular lain dan pesakit asma, bronkitis, bronkitis kronik, penyakit jantung paru-paru dan penyakit pernafasan lain.
Masa siaran: Jun-17-2022
