پالس اکسیمتر نوک انگشتی توسط Millikan در دهه 1940 برای نظارت بر غلظت اکسیژن در خون شریانی اختراع شد که یک شاخص مهم از شدت COVID-19 است.یونکر اکنون توضیح می دهد که پالس اکسی متر نوک انگشت چگونه کار می کند؟
ویژگی های جذب طیفی بافت بیولوژیکی: هنگامی که نور به بافت بیولوژیکی تابش می شود، اثر بافت بیولوژیکی بر نور را می توان به چهار دسته تقسیم کرد که شامل جذب، پراکندگی، انعکاس و فلورسانس می شود. اگر پراکندگی حذف شود، فاصله ای که نور از طریق بیولوژیکی طی می کند، حذف می شود. بافت عمدتاً توسط جذب کنترل می شود. هنگامی که نور به برخی از مواد شفاف (جامد، مایع یا گاز) نفوذ می کند، شدت نور به دلیل جذب هدفمند برخی از اجزای فرکانسی خاص که پدیده جذب نور توسط مواد است، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. مقدار نوری که یک ماده جذب می کند چگالی نوری آن است که به آن جذب نیز می گویند.
نمودار شماتیک جذب نور توسط ماده در کل فرآیند انتشار نور، مقدار 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 مقطع مسیر نور با فرض مواد همگن، ذرات جاذب نور شماره مسیر نور در سطح مقطع را می توان به عنوان ذرات جاذب نور در واحد حجم در نظر گرفت، یعنی غلظت ذرات نور مکش مواد، می تواند قانون آبجو لامبرت را به دست آورد: می تواند به عنوان غلظت مواد تفسیر شود. طول مسیر نوری در واحد حجم چگالی نوری، توانایی نور مکش مواد برای پاسخ به ماهیت نور مکش مواد. به عبارت دیگر، شکل منحنی طیف جذب همان ماده یکسان است و موقعیت مطلق اوج جذب تنها به دلیل غلظت متفاوت تغییر می کند، اما موقعیت نسبی بدون تغییر باقی می ماند. در فرآیند جذب، جذب مواد همگی در حجم یک مقطع صورت می گیرد و مواد جاذب به همدیگر نامرتبط هستند و هیچ ترکیب فلورسنتی وجود ندارد و پدیده تغییر خواص محیط به دلیل وجود ندارد. تابش نور بنابراین، برای محلول با اجزای جذب N، چگالی نوری افزودنی است. افزودنی چگالی نوری یک مبنای نظری برای اندازه گیری کمی اجزای جاذب در مخلوط ها فراهم می کند.
در اپتیک بافت بیولوژیکی، ناحیه طیفی 600 تا 1300 نانومتر معمولاً "پنجره طیف سنجی بیولوژیکی" نامیده می شود و نور در این باند برای بسیاری از درمان های طیفی شناخته شده و ناشناخته و تشخیص طیفی اهمیت ویژه ای دارد. در ناحیه مادون قرمز، آب به ماده غالب جذب کننده نور در بافت های بیولوژیکی تبدیل می شود، بنابراین طول موج اتخاذ شده توسط سیستم باید از پیک جذب آب جلوگیری کند تا اطلاعات جذب نور ماده مورد نظر را بهتر به دست آورد. بنابراین، در محدوده طیف نزدیک به مادون قرمز 600-950 نانومتر، اجزای اصلی بافت نوک انگشت انسان با ظرفیت جذب نور شامل آب در خون، O2Hb (هموگلوبین اکسیژن)، RHb (هموگلوبین کاهش یافته) و ملانین پوست محیطی و سایر بافت ها است.
بنابراین، می‌توانیم با تجزیه و تحلیل داده‌های طیف انتشار، اطلاعات مؤثری از غلظت جزء مورد اندازه‌گیری در بافت به دست آوریم. بنابراین وقتی غلظت O2Hb و RHb را داریم، اشباع اکسیژن را می دانیم.اشباع اکسیژن SpO2آیا درصد حجم هموگلوبین اکسیژن دار متصل به اکسیژن (HbO2) در خون به عنوان درصدی از کل هموگلوبین اتصال دهنده (Hb)، غلظت نبض اکسیژن خون است، پس چرا به آن پالس اکسیمتر می گویند؟ در اینجا یک مفهوم جدید وجود دارد: موج پالس حجم جریان خون. در طول هر چرخه قلبی، انقباض قلب باعث افزایش فشار خون در رگ های خونی ریشه آئورت می شود که دیواره رگ خونی را گشاد می کند. برعکس، دیاستول قلب باعث کاهش فشار خون در رگ های خونی ریشه آئورت می شود که باعث انقباض دیواره رگ خونی می شود. با تکرار مداوم چرخه قلبی، تغییر مداوم فشار خون در رگ های خونی ریشه آئورت به عروق پایین دست متصل به آن و حتی به کل سیستم شریانی منتقل می شود و در نتیجه انبساط و انقباض مداوم ریشه آئورت را تشکیل می دهد. تمام دیواره عروق شریانی به این معنا که ضربان متناوب قلب، امواج پالسی در آئورت ایجاد می کند که در امتداد دیواره های عروق خونی در سراسر سیستم شریانی موج می زند. هر بار که قلب منبسط و منقبض می شود، تغییر فشار در سیستم شریانی یک موج پالس دوره ای ایجاد می کند. این همان چیزی است که ما آن را موج پالس می نامیم. موج پالس می تواند بسیاری از اطلاعات فیزیولوژیکی مانند قلب، فشار خون و جریان خون را منعکس کند که می تواند اطلاعات مهمی را برای تشخیص غیرتهاجمی پارامترهای فیزیکی خاص بدن انسان ارائه دهد.
در پزشکی، موج پالس معمولا به دو نوع موج پالس فشار و موج پالس حجمی تقسیم می شود. موج پالس فشار عمدتا نشان دهنده انتقال فشار خون است، در حالی که موج پالس حجمی نشان دهنده تغییرات دوره ای در جریان خون است. در مقایسه با موج پالس فشار، موج پالس حجمی حاوی اطلاعات مهم قلبی عروقی مانند عروق خونی انسان و جریان خون است. تشخیص غیرتهاجمی موج پالس حجم جریان خون معمولی را می توان با ردیابی موج پالس حجمی فوتوالکتریک به دست آورد. یک موج خاص از نور برای روشن کردن قسمت اندازه گیری بدن استفاده می شود و پرتو پس از بازتاب یا انتقال به سنسور فوتوالکتریک می رسد. پرتو دریافتی اطلاعات مشخصه موثر موج پالس حجمی را حمل خواهد کرد. از آنجا که حجم خون به طور دوره ای با انبساط و انقباض قلب تغییر می کند، زمانی که دیاستول قلب، حجم خون کوچکترین است، جذب خون نور، سنسور حداکثر شدت نور را تشخیص می دهد. هنگامی که قلب منقبض می شود، حجم به حداکثر می رسد و شدت نور تشخیص داده شده توسط سنسور حداقل است. در تشخیص غیر تهاجمی نوک انگشتان با موج پالس حجم جریان خون به عنوان داده‌های اندازه‌گیری مستقیم، انتخاب مکان اندازه‌گیری طیفی باید از اصول زیر پیروی کند.
1. وریدهای رگ‌های خونی باید فراوان‌تر باشند و نسبت اطلاعات مؤثر مانند هموگلوبین و ICG در کل اطلاعات مواد در طیف بهبود یابد.
2. دارای ویژگی های آشکار تغییر حجم جریان خون برای جمع آوری موثر سیگنال موج پالس حجم است
3. برای به دست آوردن طیف انسانی با تکرارپذیری و پایداری خوب، ویژگی های بافت کمتر تحت تأثیر تفاوت های فردی قرار می گیرند.
4. انجام تشخیص طیفی آسان است و به راحتی توسط سوژه پذیرفته می شود تا از عوامل تداخلی مانند ضربان قلب سریع و حرکت موقعیت اندازه گیری ناشی از هیجان استرس جلوگیری شود.
نمودار شماتیک توزیع عروق خونی در کف دست انسان موقعیت بازو به سختی می تواند موج پالس را تشخیص دهد، بنابراین برای تشخیص موج پالس حجم جریان خون مناسب نیست. مچ دست در نزدیکی شریان شعاعی است، سیگنال موج پالس فشار قوی است، پوست آسان است برای تولید ارتعاش مکانیکی، ممکن است منجر به سیگنال تشخیص علاوه بر موج پالس حجم نیز اطلاعات پالس انعکاس پوست شود، به طور دقیق دشوار است مشخص کردن ویژگی های تغییر حجم خون، برای موقعیت اندازه گیری مناسب نیست. اگرچه کف دست یکی از مکان‌های خون‌گیری بالینی رایج است، استخوان آن ضخیم‌تر از انگشت است و دامنه موج پالس حجم کف دست جمع‌آوری‌شده توسط بازتاب منتشر کمتر است. شکل 2-5 توزیع رگ های خونی در کف دست را نشان می دهد. با مشاهده شکل، می توان دریافت که شبکه های مویرگی فراوانی در قسمت جلوی انگشت وجود دارد که می تواند به طور موثری محتوای هموگلوبین را در بدن انسان منعکس کند. علاوه بر این، این موقعیت دارای ویژگی های آشکار تغییر حجم جریان خون است و موقعیت ایده آل اندازه گیری موج پالس حجم است. بافت ماهیچه ای و استخوانی انگشتان نسبتاً نازک است، بنابراین تأثیر اطلاعات تداخل پس زمینه نسبتاً کم است. علاوه بر این، اندازه گیری نوک انگشت آسان است، و سوژه هیچ بار روانی ندارد، که برای به دست آوردن سیگنال طیفی نسبت سیگنال به نویز با ثبات بالا کمک می کند. انگشت انسان از استخوان، ناخن، پوست، بافت، خون وریدی و خون شریانی تشکیل شده است. در فرآیند برهمکنش با نور، حجم خون در شریان محیطی انگشت با ضربان قلب تغییر می کند و در نتیجه اندازه گیری مسیر نوری تغییر می کند. در حالی که اجزای دیگر در کل فرآیند نور ثابت هستند.
هنگامی که طول موج خاصی از نور به اپیدرم نوک انگشت اعمال می شود، انگشت را می توان به عنوان یک مخلوط در نظر گرفت که شامل دو بخش است: ماده ساکن (مسیر نوری ثابت است) و ماده پویا (مسیر نوری با حجم انگشت تغییر می کند. مواد). هنگامی که نور توسط بافت نوک انگشت جذب می شود، نور عبوری توسط یک آشکارساز نوری دریافت می شود. شدت نور عبوری جمع آوری شده توسط حسگر بدیهی است که به دلیل قابلیت جذب اجزای مختلف بافتی انگشتان انسان کاهش می یابد. با توجه به این ویژگی، مدل معادل جذب نور انگشت ایجاد می شود.
فرد مناسب:
پالس اکسیمتر نوک انگشتبرای افراد در تمام سنین از جمله کودکان، بزرگسالان، سالمندان، بیماران مبتلا به بیماری عروق کرونر قلب، فشار خون بالا، چربی خون، ترومبوز مغزی و سایر بیماری های عروقی و بیماران مبتلا به آسم، برونشیت، برونشیت مزمن، بیماری قلبی ریوی و سایر بیماری های تنفسی مناسب است.
زمان ارسال: ژوئن-17-2022
