Millikan inventó el oxímetro de pulso de dedo en la década de 1940 para controlar la concentración de oxígeno en la sangre arterial, un indicador importante de la gravedad del COVID-19.Yonker ¿Ahora explica cómo funciona el oxímetro de pulso de dedo?
Características de absorción espectral del tejido biológico: cuando la luz se irradia al tejido biológico, el efecto del tejido biológico sobre la luz se puede dividir en cuatro categorías, que incluyen absorción, dispersión, reflexión y fluorescencia. Si se excluye la dispersión, la distancia que recorre la luz a través del tejido biológico El tejido se rige principalmente por la absorción.Cuando la luz penetra en algunas sustancias transparentes (sólidas, líquidas o gaseosas), la intensidad de la luz disminuye significativamente debido a la absorción selectiva de algunos componentes de frecuencia específicos, que es el fenómeno de absorción de la luz por las sustancias.La cantidad de luz que absorbe una sustancia se llama densidad óptica, también conocida como absorbancia.
Diagrama esquemático de la absorción de luz por la materia en todo el proceso de propagación de la luz, la cantidad de energía luminosa absorbida por la materia es proporcional a tres factores, que son la intensidad de la luz, la distancia del camino de la luz y el número de partículas absorbentes de luz en la sección transversal del camino de la luz.Partiendo de la premisa de que el material es homogéneo, el número de trayectoria de la luz de las partículas absorbentes de luz en la sección transversal puede considerarse como partículas absorbentes de luz por unidad de volumen, es decir, la concentración de partículas ligeras de succión del material, que se puede obtener mediante la ley de cerveza de Lambert: se puede interpretar como concentración de material y longitud del camino óptico por unidad de volumen de densidad óptica, capacidad de la luz de succión del material para responder a la naturaleza de la luz de succión del material. En otras palabras, la forma de la curva del espectro de absorción de la misma sustancia es la misma y la posición absoluta de la El pico de absorción solo cambiará debido a la diferente concentración, pero la posición relativa permanecerá sin cambios.En el proceso de absorción, toda la absorción de sustancias tiene lugar en el volumen de la misma sección, y las sustancias absorbentes no están relacionadas entre sí, no existen compuestos fluorescentes y no hay ningún fenómeno de cambio de las propiedades del medio debido a radiación luminosa.Por tanto, para la solución con componentes de absorción de N, la densidad óptica es aditiva.La aditividad de la densidad óptica proporciona una base teórica para la medición cuantitativa de componentes absorbentes en mezclas.
En óptica de tejidos biológicos, la región espectral de 600 ~ 1300 nm generalmente se denomina "la ventana de la espectroscopia biológica", y la luz en esta banda tiene un significado especial para muchas terapias espectrales y diagnósticos espectrales conocidos y desconocidos.En la región infrarroja, el agua se convierte en la sustancia absorbente de luz dominante en los tejidos biológicos, por lo que la longitud de onda adoptada por el sistema debe evitar el pico de absorción del agua para obtener mejor la información de absorción de luz de la sustancia objetivo.Por lo tanto, dentro del rango del espectro infrarrojo cercano de 600 a 950 nm, los componentes principales del tejido de la punta de los dedos humanos con capacidad de absorción de luz incluyen agua en la sangre, O2Hb (hemoglobina oxigenada), RHb (hemoglobina reducida) y melanina de la piel periférica y otros tejidos.
Por tanto, podemos obtener la información efectiva de la concentración del componente a medir en el tejido analizando los datos del espectro de emisión.Entonces, cuando tenemos las concentraciones de O2Hb y RHb, conocemos la saturación de oxígeno.Saturación de oxígeno SpO2es el porcentaje del volumen de hemoglobina oxigenada unida a oxígeno (HbO2) en la sangre como porcentaje de la hemoglobina unida total (Hb), la concentración de pulso de oxígeno en sangre, entonces, ¿por qué se llama oxímetro de pulso?Aquí hay un nuevo concepto: onda de pulso de volumen de flujo sanguíneo.Durante cada ciclo cardíaco, la contracción del corazón hace que la presión arterial aumente en los vasos sanguíneos de la raíz aórtica, lo que dilata la pared de los vasos sanguíneos.Por el contrario, la diástole del corazón hace que la presión arterial baje en los vasos sanguíneos de la raíz aórtica, lo que hace que la pared del vaso sanguíneo se contraiga.Con la repetición continua del ciclo cardíaco, el cambio constante de la presión sanguínea en los vasos sanguíneos de la raíz aórtica se transmitirá a los vasos posteriores conectados con ella e incluso a todo el sistema arterial, formando así la expansión y contracción continua del toda la pared vascular arterial.Es decir, los latidos periódicos del corazón crean ondas de pulso en la aorta que avanzan a lo largo de las paredes de los vasos sanguíneos por todo el sistema arterial.Cada vez que el corazón se expande y se contrae, un cambio de presión en el sistema arterial produce una onda de pulso periódica.Esto es lo que llamamos onda de pulso.La onda de pulso puede reflejar mucha información fisiológica, como el corazón, la presión arterial y el flujo sanguíneo, lo que puede proporcionar información importante para la detección no invasiva de parámetros físicos específicos del cuerpo humano.
En medicina, la onda de pulso generalmente se divide en dos tipos: onda de pulso de presión y onda de pulso de volumen.La onda de pulso de presión representa principalmente la transmisión de la presión arterial, mientras que la onda de pulso de volumen representa cambios periódicos en el flujo sanguíneo.En comparación con la onda de pulso de presión, la onda de pulso volumétrica contiene información cardiovascular más importante, como los vasos sanguíneos humanos y el flujo sanguíneo.La detección no invasiva de la onda de pulso del volumen del flujo sanguíneo típico se puede lograr mediante el seguimiento fotoeléctrico de la onda de pulso volumétrica.Se utiliza una onda de luz específica para iluminar la parte del cuerpo a medir y el haz llega al sensor fotoeléctrico después de la reflexión o transmisión.El haz recibido llevará la información característica efectiva de la onda de pulso volumétrica.Debido a que el volumen de sangre cambia periódicamente con la expansión y contracción del corazón, cuando el corazón se diástole, el volumen de sangre es el más pequeño, la absorción de luz en la sangre, el sensor detectó la intensidad de luz máxima;Cuando el corazón se contrae, el volumen es máximo y la intensidad de la luz detectada por el sensor es mínima.En la detección no invasiva de las yemas de los dedos con la onda del pulso del volumen del flujo sanguíneo como datos de medición directa, la selección del sitio de medición espectral debe seguir los siguientes principios
1. Las venas de los vasos sanguíneos deberían ser más abundantes y debería mejorarse la proporción de información eficaz como la hemoglobina y el ICG en la información material total del espectro.
2. Tiene características obvias de cambio de volumen del flujo sanguíneo para recolectar efectivamente la señal de onda de pulso de volumen.
3. Para obtener el espectro humano con buena repetibilidad y estabilidad, las características del tejido se ven menos afectadas por las diferencias individuales.
4. Es fácil llevar a cabo la detección espectral y fácil de aceptar por el sujeto, para evitar factores de interferencia como frecuencia cardíaca rápida y movimiento de posición de medición causados por la emoción de estrés.
Diagrama esquemático de la distribución de los vasos sanguíneos en la palma humana. La posición del brazo difícilmente puede detectar la onda del pulso, por lo que no es adecuado para la detección de la onda del pulso del volumen del flujo sanguíneo;La muñeca está cerca de la arteria radial, la señal de la onda del pulso de presión es fuerte, la piel es fácil de producir vibración mecánica, puede conducir a la señal de detección además de la onda del pulso de volumen también lleva información del pulso de reflejo de la piel, es difícil de precisar caracterizar las características del cambio del volumen sanguíneo, no es adecuado para la posición de medición;Aunque la palma es uno de los lugares más comunes para la extracción de sangre clínica, su hueso es más grueso que el dedo y la amplitud de la onda de pulso del volumen de la palma recolectada por reflexión difusa es menor.La figura 2-5 muestra la distribución de los vasos sanguíneos en la palma.Al observar la figura, se puede ver que en la parte frontal del dedo hay abundantes redes capilares que pueden reflejar efectivamente el contenido de hemoglobina en el cuerpo humano.Además, esta posición tiene características obvias de cambio de volumen del flujo sanguíneo y es la posición ideal para medir el volumen de la onda del pulso.Los tejidos musculares y óseos de los dedos son relativamente delgados, por lo que la influencia de la información de interferencia de fondo es relativamente pequeña.Además, la punta del dedo es fácil de medir y el sujeto no tiene carga psicológica, lo que favorece la obtención de una señal espectral estable con una relación señal-ruido alta.El dedo humano se compone de hueso, uña, piel, tejido, sangre venosa y sangre arterial.En el proceso de interacción con la luz, el volumen de sangre en la arteria periférica del dedo cambia con los latidos del corazón, lo que resulta en un cambio en la medición de la trayectoria óptica.Mientras que los demás componentes son constantes en todo el proceso de la luz.
Cuando se aplica una longitud de onda particular de luz a la epidermis de la yema del dedo, el dedo puede considerarse como una mezcla que incluye dos partes: materia estática (la trayectoria óptica es constante) y materia dinámica (la trayectoria óptica cambia con el volumen del dedo). material).Cuando la luz es absorbida por el tejido de la yema del dedo, la luz transmitida es recibida por un fotodetector.La intensidad de la luz transmitida recogida por el sensor se ve obviamente atenuada debido a la capacidad de absorción de diversos componentes del tejido de los dedos humanos.Según esta característica se establece el modelo equivalente de absorción de luz de los dedos.
Persona adecuada:
Oxímetro de pulso de dedoes adecuado para personas de todas las edades, incluidos niños, adultos, ancianos, pacientes con enfermedad coronaria, hipertensión, hiperlipidemia, trombosis cerebral y otras enfermedades vasculares y pacientes con asma, bronquitis, bronquitis crónica, cardiopatía pulmonar y otras enfermedades respiratorias.
Hora de publicación: 17-jun-2022
