پالس اکسیمتر نوک انگشتی در دهه ۱۹۴۰ توسط میلیکان اختراع شد تا غلظت اکسیژن در خون شریانی را که شاخص مهمی از شدت کووید-۱۹ است، اندازهگیری کند.یونکر حالا توضیح میدهید که پالس اکسیمتر نوک انگشتی چگونه کار میکند؟
ویژگیهای جذب طیفی بافت بیولوژیکی: هنگامی که نور به بافت بیولوژیکی تابیده میشود، تأثیر بافت بیولوژیکی بر نور را میتوان به چهار دسته تقسیم کرد، از جمله جذب، پراکندگی، انعکاس و فلورسانس. اگر پراکندگی را در نظر نگیریم، مسافتی که نور از بافت بیولوژیکی طی میکند عمدتاً توسط جذب کنترل میشود. هنگامی که نور به برخی از مواد شفاف (جامد، مایع یا گاز) نفوذ میکند، شدت نور به دلیل جذب هدفمند برخی از اجزای فرکانس خاص، که پدیده جذب نور توسط مواد است، به طور قابل توجهی کاهش مییابد. میزان نوری که یک ماده جذب میکند، چگالی نوری آن نامیده میشود که به عنوان جذب نیز شناخته میشود.
نمودار شماتیک جذب نور توسط ماده در کل فرآیند انتشار نور، میزان انرژی نور جذب شده توسط ماده متناسب با سه عامل است که عبارتند از شدت نور، فاصله مسیر نور و تعداد ذرات جاذب نور در سطح مقطع مسیر نور. بر اساس فرض ماده همگن، تعداد ذرات جاذب نور در سطح مقطع را میتوان به عنوان ذرات جاذب نور در واحد حجم در نظر گرفت، یعنی غلظت ذرات نور مکش شده توسط ماده، میتواند قانون لامبرت بیر را بدست آورد: میتوان آن را به عنوان غلظت ماده و طول مسیر نوری در واحد حجم چگالی نوری تفسیر کرد، توانایی نور مکش شده توسط ماده در پاسخ به ماهیت نور مکش شده توسط ماده. به عبارت دیگر، شکل منحنی طیف جذب یک ماده یکسان است و موقعیت مطلق پیک جذب فقط به دلیل غلظت متفاوت تغییر میکند، اما موقعیت نسبی بدون تغییر باقی میماند. در فرآیند جذب، جذب مواد همه در حجم یک مقطع انجام میشود و مواد جاذب به یکدیگر وابسته نیستند و هیچ ترکیب فلورسنتی وجود ندارد و هیچ پدیدهای از تغییر خواص محیط به دلیل تابش نور وجود ندارد. بنابراین، برای محلولی با اجزای جذب N، چگالی نوری افزایشی است. خاصیت افزایشی چگالی نوری، مبنای نظری برای اندازهگیری کمی اجزای جاذب در مخلوطها فراهم میکند.
در اپتیک بافتهای زیستی، ناحیه طیفی ۶۰۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر معمولاً «پنجره طیفسنجی زیستی» نامیده میشود و نور در این باند برای بسیاری از درمانهای طیفی شناخته شده و ناشناخته و تشخیص طیفی اهمیت ویژهای دارد. در ناحیه مادون قرمز، آب به ماده غالب جذب کننده نور در بافتهای زیستی تبدیل میشود، بنابراین طول موج اتخاذ شده توسط سیستم باید از پیک جذب آب جلوگیری کند تا اطلاعات جذب نور ماده هدف بهتر به دست آید. بنابراین، در محدوده طیف نزدیک به مادون قرمز ۶۰۰ تا ۹۵۰ نانومتر، اجزای اصلی بافت نوک انگشت انسان با ظرفیت جذب نور شامل آب در خون، O2Hb (هموگلوبین اکسیژندار)، RHb (هموگلوبین احیا شده) و ملانین پوست محیطی و سایر بافتها هستند.
بنابراین، میتوانیم با تجزیه و تحلیل دادههای طیف نشری، اطلاعات مؤثری از غلظت مؤلفهای که باید در بافت اندازهگیری شود، به دست آوریم. بنابراین وقتی غلظتهای O2Hb و RHb را داریم، اشباع اکسیژن را میدانیم.اشباع اکسیژن SpO2درصد حجم هموگلوبین اکسیژندار متصل به اکسیژن (HbO2) در خون به عنوان درصدی از کل هموگلوبین متصل (Hb) است، غلظت پالس اکسیژن خون، پس چرا به آن پالس اکسیمتر میگویند؟ در اینجا یک مفهوم جدید وجود دارد: موج پالس حجم جریان خون. در طول هر چرخه قلبی، انقباض قلب باعث افزایش فشار خون در رگهای خونی ریشه آئورت میشود که دیواره رگهای خونی را گشاد میکند. برعکس، دیاستول قلب باعث کاهش فشار خون در رگهای خونی ریشه آئورت میشود که باعث انقباض دیواره رگهای خونی میشود. با تکرار مداوم چرخه قلبی، تغییر مداوم فشار خون در رگهای خونی ریشه آئورت به رگهای پاییندست مرتبط با آن و حتی به کل سیستم شریانی منتقل میشود و در نتیجه انبساط و انقباض مداوم کل دیواره عروقی شریانی را تشکیل میدهد. یعنی ضربان دورهای قلب امواج پالسی را در آئورت ایجاد میکند که در امتداد دیواره رگهای خونی در سراسر سیستم شریانی به جلو موج میزنند. هر بار که قلب منبسط و منقبض میشود، تغییر فشار در سیستم شریانی یک موج پالس دورهای ایجاد میکند. این همان چیزی است که ما آن را موج پالس مینامیم. موج پالس میتواند بسیاری از اطلاعات فیزیولوژیکی مانند قلب، فشار خون و جریان خون را منعکس کند که میتواند اطلاعات مهمی را برای تشخیص غیرتهاجمی پارامترهای فیزیکی خاص بدن انسان فراهم کند.
در پزشکی، موج پالس معمولاً به دو نوع موج پالس فشار و موج پالس حجمی تقسیم میشود. موج پالس فشار عمدتاً نشاندهنده انتقال فشار خون است، در حالی که موج پالس حجمی نشاندهنده تغییرات دورهای در جریان خون است. در مقایسه با موج پالس فشار، موج پالس حجمی حاوی اطلاعات قلبی عروقی مهمتری مانند رگهای خونی انسان و جریان خون است. تشخیص غیرتهاجمی موج پالس حجمی جریان خون معمولی را میتوان با ردیابی موج پالس حجمی فوتوالکتریک به دست آورد. از یک موج خاص نور برای روشن کردن قسمت اندازهگیری بدن استفاده میشود و پرتو پس از انعکاس یا انتقال به حسگر فوتوالکتریک میرسد. پرتو دریافتی، اطلاعات مشخصه مؤثر موج پالس حجمی را حمل میکند. از آنجا که حجم خون به صورت دورهای با انبساط و انقباض قلب تغییر میکند، هنگامی که قلب دیاستول میکند، حجم خون کمترین میزان جذب نور را دارد، حسگر حداکثر شدت نور را تشخیص میدهد. هنگامی که قلب منقبض میشود، حجم حداکثر و شدت نور تشخیص داده شده توسط حسگر حداقل است. در تشخیص غیرتهاجمی نوک انگشتان با موج پالس حجمی جریان خون به عنوان دادههای اندازهگیری مستقیم، انتخاب محل اندازهگیری طیفی باید از اصول زیر پیروی کند.
۱. رگهای رگهای خونی باید فراوانتر باشند و نسبت اطلاعات مؤثر مانند هموگلوبین و ICG در کل اطلاعات مواد در طیف باید بهبود یابد.
2. دارای ویژگیهای بارز تغییر حجم جریان خون برای جمعآوری مؤثر سیگنال موج پالس حجمی است.
۳. برای به دست آوردن طیف انسانی با تکرارپذیری و پایداری خوب، ویژگیهای بافت کمتر تحت تأثیر تفاوتهای فردی قرار میگیرند.
۴. انجام تشخیص طیفی آسان است و به راحتی توسط فرد پذیرفته میشود، به طوری که از عوامل تداخل مانند ضربان قلب سریع و حرکت موقعیت اندازهگیری ناشی از احساسات استرس جلوگیری میشود.
نمودار شماتیک توزیع رگهای خونی در کف دست انسان موقعیت بازو به سختی میتواند موج نبض را تشخیص دهد، بنابراین برای تشخیص موج نبض حجمی جریان خون مناسب نیست. مچ دست نزدیک شریان رادیال است، سیگنال موج نبض فشار قوی است، پوست به راحتی ارتعاش مکانیکی ایجاد میکند، ممکن است علاوه بر موج نبض حجمی، منجر به سیگنال تشخیص شود و اطلاعات پالس انعکاسی پوست را نیز حمل کند، توصیف دقیق ویژگیهای تغییر حجم خون دشوار است، برای موقعیت اندازهگیری مناسب نیست. اگرچه کف دست یکی از مکانهای رایج خونگیری بالینی است، اما استخوان آن ضخیمتر از انگشت است و دامنه موج نبض حجم کف دست که توسط انعکاس منتشر جمعآوری میشود، کمتر است. شکل 2-5 توزیع رگهای خونی در کف دست را نشان میدهد. با مشاهده شکل، میتوان دید که شبکههای مویرگی فراوانی در قسمت جلوی انگشت وجود دارد که میتوانند به طور موثر محتوای هموگلوبین را در بدن انسان منعکس کنند. علاوه بر این، این موقعیت دارای ویژگیهای بارز تغییر حجم جریان خون است و موقعیت اندازهگیری ایدهآل موج نبض حجمی است. بافتهای عضلانی و استخوانی انگشتان نسبتاً نازک هستند، بنابراین تأثیر اطلاعات تداخل پسزمینه نسبتاً کم است. علاوه بر این، نوک انگشت به راحتی قابل اندازهگیری است و فرد هیچ بار روانی ندارد، که این امر برای دستیابی به سیگنال طیفی پایدار با نسبت سیگنال به نویز بالا مفید است. انگشت انسان از استخوان، ناخن، پوست، بافت، خون وریدی و خون شریانی تشکیل شده است. در فرآیند تعامل با نور، حجم خون در شریان محیطی انگشت با ضربان قلب تغییر میکند و منجر به تغییر مسیر اندازهگیری نوری میشود. در حالی که سایر اجزا در کل فرآیند نور ثابت هستند.
وقتی طول موج خاصی از نور به اپیدرم نوک انگشت تابیده میشود، میتوان انگشت را به عنوان ترکیبی شامل دو بخش در نظر گرفت: ماده ساکن (مسیر نوری ثابت است) و ماده پویا (مسیر نوری با حجم ماده تغییر میکند). هنگامی که نور توسط بافت نوک انگشت جذب میشود، نور عبوری توسط یک آشکارساز نوری دریافت میشود. شدت نور عبوری جمعآوریشده توسط حسگر به دلیل قابلیت جذب اجزای مختلف بافت انگشتان انسان، به وضوح کاهش مییابد. بر اساس این ویژگی، مدل معادل جذب نور انگشت ایجاد میشود.
فرد مناسب:
پالس اکسیمتر نوک انگشتیمناسب برای افراد در هر سنی، از جمله کودکان، بزرگسالان، سالمندان، بیماران مبتلا به بیماری عروق کرونر قلب، فشار خون بالا، چربی خون بالا، ترومبوز مغزی و سایر بیماریهای عروقی و بیماران مبتلا به آسم، برونشیت، برونشیت مزمن، بیماری قلبی ریوی و سایر بیماریهای تنفسی.
زمان ارسال: ۱۷ ژوئن ۲۰۲۲
