Millikan leiutas 1940. aastatel sõrmeotsa pulssoksümeetri arteriaalse vere hapnikukontsentratsiooni jälgimiseks, mis on oluline näitaja COVID-19 raskusastmest.Yonker Selgitab nüüd, kuidas sõrmeotsa pulssoksümeeter töötab?
Bioloogilise koe spektraalse neeldumise omadused: Kui bioloogilist kude kiiritatakse valgusega, saab bioloogilise koe mõju valgusele jagada nelja kategooriasse: neeldumine, hajumine, peegeldumine ja fluorestsents. Kui hajumine välja arvata, siis sõltub valguse läbitav vahemaa bioloogilises koes peamiselt neeldumisest. Kui valgus tungib läbi mõnede läbipaistvate ainete (tahkete, vedelate või gaasiliste), väheneb valguse intensiivsus oluliselt teatud spetsiifiliste sageduskomponentide sihipärase neeldumise tõttu, mis on valguse neeldumise nähtus ainete poolt. Kui palju valgust aine neelab, nimetatakse selle optiliseks tiheduseks ehk neelduvuseks.
Aine valguse neeldumise skemaatiline diagramm kogu valguse levimise protsessis näitab, et aine poolt neeldunud valgusenergia hulk on proportsionaalne kolme teguriga: valguse intensiivsus, valguse tee pikkus ja valgust neelavate osakeste arv valguse tee ristlõikes. Homogeense materjali eeldusel võib valguse neelavate osakeste arvu ristlõikes pidada valgust neelavate osakeste arvuks mahuühiku kohta, nimelt materjali neelavate valguse osakeste kontsentratsiooniks, mida saab tõlgendada Lamberti ja Beeri seadusena: materjali kontsentratsiooni ja optilise tee pikkust mahuühiku kohta, optilist tihedust, materjali neelatava valguse võimet reageerida materjali neelatava valguse olemusele. Teisisõnu, sama aine neeldumisspektri kõvera kuju on sama ja neeldumispiigi absoluutne asukoht muutub ainult erineva kontsentratsiooni tõttu, kuid suhteline asukoht jääb samaks. Neeldumisprotsessis toimub kõik ainete neeldumine sama sektsiooni mahus ja neelavad ained ei ole omavahel seotud, fluorestseeruvaid ühendeid ei eksisteeri ja keskkonna omaduste muutumise nähtust valguskiirguse tõttu ei esine. Seega on N2 neeldumiskomponentidega lahuse optiline tihedus aditiivne. Optilise tiheduse aditiivsus annab teoreetilise aluse segude neeldumiskomponentide kvantitatiivseks mõõtmiseks.
Bioloogilise koe optikas nimetatakse spektraalpiirkonda 600–1300 nm tavaliselt "bioloogilise spektroskoopia aknaks" ja selle vahemiku valgus on eriti oluline paljude tuntud ja tundmatute spektraalteraapiate ja spektraaldiagnostika jaoks. Infrapunapiirkonnas saab bioloogilistes kudedes domineerivaks valgust neelavaks aineks vesi, seega peab süsteemi poolt kasutatav lainepikkus vältima vee neeldumispiiki, et paremini saada sihtaine valguse neeldumise teavet. Seetõttu on lähiinfrapunaspektri vahemikus 600–950 nm inimese sõrmeotsa kudede peamised valgust neeldumisvõimelised komponendid veres, O2Hb (hapnikuga rikastatud hemoglobiin), RHb (redutseeritud hemoglobiin) ja perifeerse naha melaniin ning muud koed.
Seega saame emissioonispektri andmeid analüüsides efektiivse informatsiooni mõõdetava komponendi kontsentratsiooni kohta koes. Seega, kui meil on O2Hb ja RHb kontsentratsioonid, teame hapniku küllastust.Hapniku küllastus SpO2on hapnikuga seotud hapnikuga rikastatud hemoglobiini (HbO2) mahu protsent veres protsendina kogu seonduvast hemoglobiinist (Hb), vere hapniku kontsentratsioon pulssoksümeetriks. Miks seda nimetatakse pulssoksümeetriks? Siin on uus mõiste: verevoolu maht pulsilaine. Iga südametsükli ajal põhjustab südame kokkutõmbumine vererõhu tõusu aordijuure veresoontes, mis laiendab veresoone seina. Seevastu südame diastol põhjustab vererõhu langust aordijuure veresoontes, mis põhjustab veresoone seina kokkutõmbumist. Südametsükli pideva kordumisega kandub aordijuure veresoontes toimuv pidev vererõhu muutus sellega ühendatud allavoolu veresoontesse ja isegi kogu arteriaalsesse süsteemi, moodustades seeläbi kogu arteriaalse veresoone seina pideva laienemise ja kokkutõmbumise. See tähendab, et südame perioodiline löömine tekitab aordis pulsilaineid, mis pulseerivad mööda veresoonte seinu kogu arteriaalses süsteemis. Iga kord, kui süda laieneb ja tõmbub kokku, tekitab rõhu muutus arteriaalses süsteemis perioodilise pulsilaine. Seda me nimetame pulsilaineks. Pulsilaine võib peegeldada palju füsioloogilist teavet, nagu süda, vererõhk ja verevool, mis võib anda olulist teavet inimkeha spetsiifiliste füüsikaliste parameetrite mitteinvasiivseks tuvastamiseks.
Meditsiinis jagatakse pulsilaine tavaliselt rõhupulsilaineks ja mahupulsilaineks. Rõhupulsilaine esindab peamiselt vererõhu ülekannet, samas kui mahupulsilaine esindab perioodilisi muutusi verevoolus. Võrreldes rõhupulslainega sisaldab mahupulsilaine olulisemat kardiovaskulaarset teavet, näiteks inimese veresooni ja verevoolu. Tüüpilise verevoolu mahupulsilaine mitteinvasiivset tuvastamist saab saavutada fotoelektrilise mahupulsilaine jälgimise abil. Mõõdetava kehaosa valgustamiseks kasutatakse spetsiifilist valguslainet ja kiir jõuab fotoelektrilise andurini pärast peegeldumist või läbilaskmist. Vastuvõetud kiir kannab mahupulsilaine efektiivset iseloomulikku teavet. Kuna vere maht muutub perioodiliselt südame paisumise ja kokkutõmbumisega, on südame diastooli ajal vere maht väikseim ja vere valguse neeldumine on anduri poolt tuvastatud maksimaalse valguse intensiivsuse juures; südame kokkutõmbumisel on maht maksimaalne ja anduri tuvastatud valguse intensiivsus on minimaalne. Sõrmeotste mitteinvasiivsel tuvastamisel, kui verevoolu mahu pulsilaine on otseseks mõõtmiseks vajalik andmestik, peaks spektraalse mõõtmise koha valik järgima järgmisi põhimõtteid:
1. Veresoonte veene peaks olema rohkem ja efektiivse teabe, näiteks hemoglobiini ja ICG, osakaalu spektri kogumaterjali teabes tuleks parandada.
2. Sellel on verevoolu mahu muutuse ilmsed omadused, et tõhusalt koguda mahu pulsilaine signaali
3. Hea korduvuse ja stabiilsusega inimspektri saamiseks mõjutavad individuaalsed erinevused koeomadusi vähem.
4. Spektrilist tuvastamist on lihtne teostada ja subjektil on seda lihtne aktsepteerida, et vältida stressist tingitud häireid, nagu kiire pulss ja mõõtmisasendi liikumine.
Inimese peopesa veresoonte jaotuse skemaatiline diagramm. Käe asend ei suuda pulsilainet peaaegu kunagi tuvastada, seega ei sobi see verevoolu mahu pulsilaine tuvastamiseks; randme lähedal on rõhupulsilaine signaal tugev ja nahk tekitab kergesti mehaanilist vibratsiooni, mis võib lisaks mahule pulsilaine kaudu edastada ka naha peegeldusinformatsiooni. Veremahu muutuse omadusi on raske täpselt iseloomustada, mistõttu see asend ei sobi mõõtmisasendiks; kuigi peopesa on üks levinumaid kliinilisi verevõtukohti, on selle luu paksem kui sõrmel ja hajusa peegelduse abil kogutud peopesa mahu pulsilaine amplituud on madalam. Joonis 2-5 näitab veresoonte jaotust peopesas. Jooniselt on näha, et sõrme esiosas on arvukalt kapillaarvõrgustikke, mis peegeldavad tõhusalt inimese keha hemoglobiinisisaldust. Lisaks on sellel asendil ilmsed verevoolu mahu muutuse omadused ja see on ideaalne mahu pulsilaine mõõtmise asend. Sõrmede lihas- ja luukoe on suhteliselt õhukesed, seega on taustahäirete teabe mõju suhteliselt väike. Lisaks on sõrmeotsa lihtne mõõta ja katsealusel puudub psühholoogiline koormus, mis soodustab stabiilse ja kõrge signaali-müra suhtega spektraalsignaali saamist. Inimese sõrm koosneb luust, küünest, nahast, koest, venoossest ja arteriaalsest verest. Valgusega kokkupuutel muutub sõrme perifeerses arteris vere maht südame löögisagedusega, mille tulemuseks on optilise tee mõõtmise muutus. Samal ajal kui teised komponendid on kogu valgusprotsessi vältel konstantsed.
Kui sõrmeotsa epidermisele rakendatakse teatud lainepikkusega valgust, võib sõrme vaadelda seguna, mis koosneb kahest osast: staatilisest ainest (optiline tee on konstantne) ja dünaamilisest ainest (optiline tee muutub koos materjali mahuga). Kui sõrmeotsa kude neelab valguse, võtab fotodetektor selle vastu. Anduri poolt kogutud läbiva valguse intensiivsus nõrgeneb loomulikult inimese sõrmede erinevate koekomponentide neeldumisvõime tõttu. Selle omaduse põhjal luuakse sõrme valguse neeldumise ekvivalentmudel.
Sobiv inimene:
Sõrmeotsa pulssoksümeetersobib igas vanuses inimestele, sh lastele, täiskasvanutele, eakatele, südame isheemiatõve, hüpertensiooni, hüperlipideemia, ajutromboosi ja teiste veresoonkonnahaigustega patsientidele ning astma, bronhiidi, kroonilise bronhiidi, kopsuhaiguse ja muude hingamisteede haigustega patsientidele.
Postituse aeg: 17. juuni 2022
