De Fangerspëtzen-Pulsoximeter gouf vum Millikan an den 1940er Joren erfonnt fir d'Konzentratioun vu Sauerstoff am arterielle Blutt ze iwwerwaachen, e wichtegen Indikator fir d'Gravitéit vu COVID-19.Yonker Elo erkläert wéi e Fangerspëtzen-Pulsoximeter funktionéiert?
Spektral Absorptiounscharakteristike vu biologeschem Gewief: Wann Liicht op biologescht Gewief bestraalt gëtt, kann den Effekt vu biologeschem Gewief op d'Liicht a véier Kategorien agedeelt ginn, dorënner Absorptioun, Streuung, Reflexioun a Fluoreszenz. Wann d'Streuung ausgeschloss gëtt, gëtt d'Distanz, déi d'Liicht duerch biologescht Gewief zréckleet, haaptsächlech vun der Absorptioun bestëmmt. Wann Liicht duerch transparent Substanzen (fest, flësseg oder gasfërmeg) penetréiert, hëlt d'Intensitéit vum Liicht däitlech of wéinst der gezielter Absorptioun vu spezifesche Frequenzkomponenten, wat den Absorptiounsphänomen vu Liicht duerch Substanzen ass. Wéi vill Liicht eng Substanz absorbéiert, gëtt hir optesch Dicht genannt, och bekannt als Absorptioun.
Schematesch Grafik vun der Liichtabsorptioun duerch Matière am ganze Prozess vun der Liichtausbreedung. D'Quantitéit un Liichtenergie, déi vun der Matière absorbéiert gëtt, ass proportional zu dräi Faktoren, nämlech d'Liichtintensitéit, d'Distanz vum Liichtwee an d'Zuel vun de liichtabsorbéierende Partikelen am Querschnëtt vum Liichtwee. Ënner der Viraussetzung vun engem homogene Material kann d'Zuel vun de Liichtweeër, déi liichtabsorbéierend Partikelen am Querschnëtt sinn, als liichtabsorbéierend Partikelen pro Volumeneenheet ugesi ginn, nämlech d'Konzentratioun vun de Materialsaugliichtpartikelen. D'Gesetz vum Lambert-Bier kann e sougenannte Lambert-Bier-Gesetz ginn: et kann als Materialkonzentratioun an optesch Weelängt pro Volumeneenheet interpretéiert ginn. D'Fäegkeet vum Materialsaugliicht, op d'Natur vum Materialsaugliicht ze reagéieren, ass d'Form vun der Absorptiounsspektrumkurve vun der selwechter Substanz déiselwecht, an d'absolut Positioun vum Absorptiounspeak ännert sech nëmme wéinst der ënnerschiddlecher Konzentratioun, awer déi relativ Positioun bleift onverännert. Am Absorptiounsprozess fënnt d'Absorptioun vun alle Substanzen am Volumen vum selwechte Sektioun statt, an d'absorbéierend Substanzen sinn net matenee verbonnen, et gëtt keng fluoreszent Verbindungen, an et gëtt kee Phänomen vun enger Ännerung vun den Eegeschafte vum Medium wéinst Liichtstralung. Dofir ass fir d'Léisung mat N-Absorptiounskomponenten d'optesch Dicht additiv. D'Additivitéit vun der optescher Dicht liwwert eng theoretesch Basis fir d'quantitativ Miessung vun absorbéierende Komponenten a Mëschungen.
An der biologescher Gewiefsoptik gëtt de Spektralberäich vun 600 ~ 1300 nm normalerweis als "Fënster vun der biologescher Spektroskopie" bezeechent, an d'Liicht an dësem Band huet eng besonnesch Bedeitung fir vill bekannt an onbekannt Spektraltherapie a Spektraldiagnostik. Am Infraroutberäich gëtt Waasser déi dominant Liichtabsorbéierend Substanz a biologesche Gewief, dofir muss d'Wellenlängt, déi vum System ugeholl gëtt, den Absorptiounspeak vum Waasser vermeiden, fir d'Liichtabsorptiounsinformatioun vun der Zilsubstanz besser ze kréien. Dofir sinn am noen Infraroutspektrumberäich vun 600-950 nm d'Haaptkomponente vum mënschleche Fangerspëtzgewebe mat Liichtabsorptiounskapazitéit Waasser am Blutt, O2Hb (sauerstoffräicht Hämoglobin), RHb (reduzéiert Hämoglobin) a peripher Hautmelanin an aner Gewief.
Dofir kënne mir déi effektiv Informatioun iwwer d'Konzentratioun vun der Komponent, déi am Tissu gemooss soll ginn, kréien, andeems mir d'Donnéeë vum Emissiounsspektrum analyséieren. Wann mir also d'O2Hb- an RHb-Konzentratioune hunn, wësse mir d'Sauerstoffsättigung.Sauerstoffsättigung SpO2ass de Prozentsaz vum Volumen vum sauerstoffgebonnene sauerstoffhaltege Hämoglobin (HbO2) am Blutt als Prozentsaz vum gesamte bindende Hämoglobin (Hb), d'Konzentratioun vum Sauerstoff am Bluttpuls. Firwat heescht dat dann Pulsoximeter? Hei ass en neit Konzept: Pulswelle vum Bluttflussvolumen. Wärend all Häerzzyklus verursaacht d'Kontraktioun vum Häerz den Blutdrock an de Bluttgefässer vun der Aortawurzel erop, wat d'Bluttgefässwand erweitert. Am Géigendeel verursaacht d'Diastole vum Häerz den Blutdrock an de Bluttgefässer vun der Aortawurzel erof, wat d'Bluttgefässwand zesummenzitt. Mat der kontinuéierlecher Widderhuelung vum Häerzzyklus gëtt déi konstant Ännerung vum Blutdrock an de Bluttgefässer vun der Aortawurzel op déi domat verbonne Gefässer an och op dat ganzt arteriellt System iwwerdroen, wouduerch déi kontinuéierlech Expansioun a Kontraktioun vun der ganzer arterieller Gefässerwand entsteet. Dat heescht, dat periodescht Schloen vum Häerz erstellt Pulswellen an der Aorta, déi sech laanscht d'Bluttgefässwänn duerch dat ganzt arteriellt System no vir rëselen. All Kéier wann d'Häerz sech ausdehnt a zesummenzitt, produzéiert eng Ännerung vum Drock am arteriellt System eng periodesch Pulswelle. Dëst ass wat mir d'Pulswell nennen. D'Pulswell kann vill physiologesch Informatiounen reflektéieren, wéi zum Beispill Häerz, Blutdrock a Bluttfluss, wat wichteg Informatioune fir d'net-invasiv Detektioun vu spezifesche kierperleche Parameter vum mënschleche Kierper liwwere kann.
An der Medizin gëtt Pulswellen normalerweis an zwou Zorten ënnerdeelt: Drockpulswellen a Volumenpulswellen. Drockpulswellen representéieren haaptsächlech d'Transmissioun vum Blutdrock, während d'Volumenpulswellen periodesch Ännerungen am Bluttfluss representéieren. Am Verglach mat der Drockpulswelle enthält déi volumetresch Pulswelle méi wichteg kardiovaskulär Informatiounen, wéi zum Beispill mënschlech Bluttgefässer a Bluttfluss. Déi netinvasiv Detektioun vun der typescher Bluttflussvolumenpulswelle kann duerch photoelektresch volumetresch Pulswellenverfolgung erreecht ginn. Eng spezifesch Liichtwelle gëtt benotzt fir den gemoossene Kierperdeel ze beliichten, an de Stral erreecht de photoelektresche Sensor no Reflexioun oder Transmissioun. De empfaangene Stral dréit déi effektiv charakteristesch Informatioun vun der volumetrescher Pulswelle. Well de Bluttvolumen sech periodesch mat der Ausdehnung an der Kontraktioun vum Häerz ännert, ass de Bluttvolumen am klengsten, an d'Blutt absorbéiert Liicht. De Sensor detektéiert déi maximal Liichtintensitéit; wann d'Häerz sech zesummezitt, ass de Volumen maximal an d'Liichtintensitéit, déi vum Sensor detektéiert gëtt, ass minimal. Bei der netinvasiver Detektioun vun de Fangerspëtzen mat der Bluttflussvolumenpulswelle als direkt Miessdaten, soll d'Auswiel vun der spektraler Miessplaz de folgende Prinzipie verfollegen.
1. D'Venen vun de Bluttgefässer sollten méi reichlech sinn, an den Undeel vun effektiven Informatiounen wéi Hämoglobin an ICG an der gesamter Materialinformatioun am Spektrum sollt verbessert ginn.
2. Et huet offensichtlech Charakteristike vun der Bluttflussvolumenännerung fir effektiv Volumenpulswellensignal ze sammelen
3. Fir de mënschleche Spektrum mat gudder Widderhuelbarkeet a Stabilitéit ze kréien, ginn d'Gewebeeegeschafte manner vun individuellen Ënnerscheeder beaflosst.
4. Et ass einfach, spektralt Detektioun duerchzeféieren an einfach vum Sujet akzeptéiert ze ginn, fir Stéierungsfaktoren wéi séieren Häerzschlag a Bewegung vun der Miesspositioun ze vermeiden, déi duerch Stressemotioun verursaacht ginn.
Schematesch Diagramm vun der Bluttgefässverdeelung an der mënschlecher Handfläch D'Positioun vum Aarm kann d'Pulswell kaum detektéieren, dofir ass se net gëeegent fir d'Detektioun vun der Bluttflussvolumen-Pulswell; D'Handgelenk ass no bei der Radialarterie, den Drockpulswellesignal ass staark, d'Haut produzéiert einfach mechanesch Schwéngungen, wat dozou féiere kann, datt den Detektiounssignal nieft der Volumenpulswell och Hautreflexiounspulsinformatiounen dréit, et ass schwéier d'Charakteristike vun der Bluttvolumenännerung genee ze charakteriséieren an ass net gëeegent fir d'Miesspositioun; Obwuel d'Handfläch eng vun den heefegsten klineschen Bluttentnahmeplazen ass, ass hire Knach méi déck wéi de Fanger, an d'Pulswellenamplitude vum Handflächevolumen, deen duerch diffus Reflexioun gesammelt gëtt, ass méi niddreg. Figur 2-5 weist d'Verdeelung vun de Bluttgefässer an der Handfläch. Wann een d'Figur kuckt, kann een gesinn, datt et vill Kapillarnetzwierker am viischten Deel vum Fanger gëtt, déi den Hämoglobingehalt am mënschleche Kierper effektiv reflektéiere kënnen. Ausserdeem huet dës Positioun offensichtlech Charakteristike vun der Bluttflussvolumenännerung an ass déi ideal Miesspositioun vun der Volumenpulswell. D'Muskel- a Knachgewebe vun de Fanger si relativ dënn, dofir ass den Afloss vun den Hannergrondinterferenzinformatiounen relativ kleng. Zousätzlech ass d'Fangerspëtz einfach ze moossen, an de Sujet huet keng psychologesch Belaaschtung, wat förderlech ass fir e stabilt Spektralsignal mat engem héije Signal-Rausch-Verhältnis ze kréien. De mënschleche Fanger besteet aus Knach, Neel, Haut, Gewief, venösem Blutt an arteriellem Blutt. Am Prozess vun der Interaktioun mam Liicht ännert sech de Bluttvolumen an der peripherer Arterie vum Fanger mam Häerzschlag, wat zu enger Ännerung vun der Miessung vum optesche Wee féiert. Wärend déi aner Komponenten am ganze Prozess vum Liicht konstant bleiwen.
Wann eng spezifesch Wellelängt vu Liicht op d'Epidermis vun der Fangerspëtz applizéiert gëtt, kann de Fanger als eng Mëschung ugesi ginn, déi aus zwou Deeler besteet: statesch Matière (den optesche Wee ass konstant) an dynamesch Matière (den optesche Wee ännert sech mam Volumen vum Material). Wann d'Liicht vum Fangerspëtzgewebe absorbéiert gëtt, gëtt dat duerchgeliesent Liicht vun engem Photodetektor empfaangen. D'Intensitéit vum duerchgeliesenen Liicht, dat vum Sensor gesammelt gëtt, gëtt offensichtlech ofgeschwächt wéinst der Absorbéierbarkeet vu verschiddene Gewëbekomponente vun de mënschleche Fanger. No dëser Charakteristik gëtt dat gläichwäertegt Modell vun der Fangerliichtabsorptioun etabléiert.
Geeignete Persoun:
Fangerspëtzenpulsoximeterass gëeegent fir Leit vun all Alter, dorënner Kanner, Erwuessener, eeler Leit, Patienten mat koronarer Häerzkrankheet, Hypertonie, Hyperlipidämie, zerebraler Thrombose an aner vaskuläre Krankheeten a Patienten mat Asthma, Bronchitis, chronescher Bronchitis, pulmonaler Häerzkrankheet an aner Atmungskrankheeten.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 17. Juni 2022
