Саусақ ұшының пульсоксиметрін 1940 жылдары Millikan компаниясы артериялық қандағы оттегінің концентрациясын бақылау үшін ойлап тапты, бұл COVID-19 ауырлығының маңызды көрсеткіші.Йонкер Енді саусақ ұшындағы пульсоксиметр қалай жұмыс істейтінін түсіндіресіз бе?
Биологиялық тіннің спектрлік жұтылу сипаттамалары: Жарық биологиялық тінге сәулелендірілгенде, биологиялық тіннің жарыққа әсерін жұтылу, шашырау, шағылысу және флуоресценция сияқты төрт санатқа бөлуге болады. Егер шашырауды алып тастасақ, жарықтың биологиялық тін арқылы өтетін қашықтығы негізінен жұтылумен реттеледі. Жарық кейбір мөлдір заттарға (қатты, сұйық немесе газ тәрізді) енген кезде, жарықтың қарқындылығы кейбір нақты жиілік компоненттерінің мақсатты жұтылуына байланысты айтарлықтай төмендейді, бұл заттардың жарықты жұту құбылысы. Заттың қанша жарық сіңіретіні оның оптикалық тығыздығы деп аталады, ол жұтылу деп те аталады.
Жарықтың таралу процесінде заттың жарықты сіңіруінің схемалық диаграммасы бойынша, зат сіңірген жарық энергиясының мөлшері үш факторға пропорционалды, олар жарық қарқындылығы, жарық жолының қашықтығы және жарық жолының көлденең қимасындағы жарықты сіңіретін бөлшектер саны. Біртекті материалдың алғышарты бойынша, көлденең қимадағы жарық жолының санын бірлік көлемдегі жарықты сіңіретін бөлшектер ретінде қарастыруға болады, атап айтқанда, материалдың сору жарық бөлшектерінің концентрациясы, Ламберт Сыра заңын алуға болады: материалдың концентрациясы және оптикалық тығыздықтың бірлік көлемдегі оптикалық жол ұзындығы ретінде түсіндіруге болады, материалдың сору жарықының материалдың сору жарықының табиғатына жауап беру қабілеті. Басқаша айтқанда, бір заттың жұтылу спектрінің қисығының пішіні бірдей, ал жұтылу шыңының абсолютті орны тек әртүрлі концентрацияға байланысты өзгереді, бірақ салыстырмалы орны өзгеріссіз қалады. Жұтылу процесінде барлық заттардың жұтылу процесі бір қиманың көлемінде жүреді, ал сіңіретін заттар бір-бірімен байланысты емес, флуоресцентті қосылыстар болмайды және жарық сәулеленуіне байланысты ортаның қасиеттерінің өзгеру құбылысы болмайды. Сондықтан, N2 сіңіру компоненттері бар ерітінді үшін оптикалық тығыздық аддитивті болып табылады. Оптикалық тығыздықтың аддитивтілігі қоспалардағы сіңіруші компоненттерді сандық өлшеу үшін теориялық негіз береді.
Биологиялық тін оптикасында 600 ~ 1300 нм спектрлік аймақ әдетте «биологиялық спектроскопия терезесі» деп аталады, және бұл жолақтағы жарық көптеген белгілі және белгісіз спектрлік терапия мен спектрлік диагностика үшін ерекше маңызға ие. Инфрақызыл аймақта су биологиялық тіндердегі басым жарық сіңіретін затқа айналады, сондықтан жүйе қабылдаған толқын ұзындығы мақсатты заттың жарық сіңіру туралы ақпаратын жақсырақ алу үшін судың сіңіру шыңынан аулақ болуы керек. Сондықтан, 600-950 нм жақын инфрақызыл спектр диапазонында жарық сіңіру қабілеті бар адам саусақ ұшы тінінің негізгі компоненттеріне қандағы су, O2Hb (оттегімен қаныққан гемоглобин), RHb (төмендеген гемоглобин) және шеткергі тері меланині және басқа тіндер жатады.
Сондықтан, біз тіндегі өлшенетін компоненттің концентрациясы туралы тиімді ақпаратты сәулелену спектрінің деректерін талдау арқылы ала аламыз. Сондықтан O2Hb және RHb концентрациялары болған кезде, біз оттегінің қанығуын білеміз.Оттегімен қанығу SpO2қандағы оттегімен байланысқан оттегімен байытылған гемоглобин (HbO2) көлемінің жалпы байланысқан гемоглобиннің (Hb) пайызымен, қандағы оттегі импульсінің концентрациясымен пайыздық қатынасы болып табылады, сондықтан неге ол импульстік оксиметр деп аталады? Міне, жаңа тұжырымдама: қан ағынының көлемі импульстік толқын. Әрбір жүрек циклі кезінде жүректің жиырылуы аорта түбірінің қан тамырларындағы қан қысымының жоғарылауына әкеледі, бұл қан тамырларының қабырғасын кеңейтеді. Керісінше, жүректің диастоласының аорта түбірінің қан тамырларындағы қан қысымының төмендеуіне әкеледі, бұл қан тамырларының қабырғасының жиырылуына әкеледі. Жүрек циклінің үздіксіз қайталануымен аорта түбірінің қан тамырларындағы қан қысымының тұрақты өзгеруі онымен байланысты төменгі ағыстағы тамырларға және тіпті бүкіл артериялық жүйеге беріледі, осылайша бүкіл артериялық тамыр қабырғасының үздіксіз кеңеюі мен жиырылуын қалыптастырады. Яғни, жүректің мерзімді соғуы аортада артериялық жүйе бойынша қан тамырларының қабырғалары бойымен алға қарай толқындар тудыратын импульстік толқындарды тудырады. Жүрек әр кеңейіп, жиырылған сайын, артериялық жүйедегі қысымның өзгеруі мерзімді импульстік толқынды тудырады. Мұны біз импульстік толқын деп атаймыз. Импульстік толқын жүрек, қан қысымы және қан ағымы сияқты көптеген физиологиялық ақпаратты көрсете алады, бұл адам денесінің нақты физикалық параметрлерін инвазивті емес анықтау үшін маңызды ақпарат бере алады.
Медицинада импульстік толқын әдетте қысым импульстік толқыны және көлем импульстік толқыны болып екі түрге бөлінеді. Қысым импульстік толқыны негізінен қан қысымының берілуін, ал көлем импульстік толқыны қан ағымының мерзімді өзгерістерін білдіреді. Қысым импульстік толқынымен салыстырғанда, көлемдік импульстік толқын адамның қан тамырлары мен қан ағымы сияқты маңызды жүрек-қан тамырлары туралы ақпаратты қамтиды. Әдеттегі қан ағынының көлемдік импульстік толқынын инвазивті емес анықтауға фотоэлектрлік көлемдік импульстік толқынды бақылау арқылы қол жеткізуге болады. Дененің өлшеу бөлігін жарықтандыру үшін белгілі бір жарық толқыны қолданылады, ал сәуле шағылысудан немесе берілістен кейін фотоэлектрлік сенсорға жетеді. Қабылданған сәуле көлемдік импульстік толқынның тиімді сипаттамалық ақпаратын тасымалдайды. Қан көлемі жүректің кеңеюі мен жиырылуымен мезгіл-мезгіл өзгеретіндіктен, жүрек диастоласында қан көлемі ең аз болады, жарықтың қанға сіңуі сенсор максималды жарық қарқындылығын анықтайды; жүрек жиырылған кезде көлем максималды болады және сенсор анықтаған жарық қарқындылығы минималды болады. Тікелей өлшеу деректері ретінде қан ағынының көлемдік импульстік толқынын пайдаланып саусақ ұштарын инвазивті емес анықтауда спектрлік өлшеу орнын таңдау келесі қағидаттарға сүйенуі керек.
1. Қан тамырларының веналары көбірек болуы керек, ал спектрдегі жалпы материалдық ақпараттағы гемоглобин және ICG сияқты тиімді ақпараттың үлесі жақсаруы керек.
2. Көлемдік импульстік толқын сигналын тиімді жинау үшін қан ағыны көлемінің өзгеруінің айқын сипаттамалары бар
3. Жақсы қайталанымдылық пен тұрақтылықпен адам спектрін алу үшін тіндердің сипаттамаларына жеке айырмашылықтар аз әсер етеді.
4. Спектрлік анықтауды жүргізу оңай және субъектінің қабылдауы оңай, бұл стресстік эмоциядан туындаған жүрек соғу жиілігінің жоғарылауы және өлшеу позициясының қозғалысы сияқты кедергі факторларын болдырмауға мүмкіндік береді.
Адам алақанындағы қан тамырларының таралуының схемалық диаграммасы Қолдың орналасуы импульс толқынын әрең анықтайды, сондықтан ол қан ағыны көлемінің импульс толқынын анықтауға жарамсыз; білек радиалды артерияға жақын, қысым импульс толқынының сигналы күшті, тері механикалық діріл шығаруы оңай, анықтау сигналына әкелуі мүмкін, сонымен қатар көлемдік импульс толқыны терінің шағылысуы туралы импульс туралы ақпаратты да тасымалдайды, қан көлемінің өзгеру сипаттамаларын дәл сипаттау қиын, өлшеу позициясына жарамсыз; алақан клиникалық қан алудың кең таралған орындарының бірі болғанымен, оның сүйегі саусақтан қалыңырақ, ал диффузиялық шағылысу арқылы жиналған алақан көлемінің импульс толқынының амплитудасы төмен. 2-5 суретте алақандағы қан тамырларының таралуы көрсетілген. Суретті қарап, саусақтың алдыңғы бөлігінде адам ағзасындағы гемоглобин мөлшерін тиімді түрде көрсете алатын капиллярлық желілердің мол екенін көруге болады. Сонымен қатар, бұл позиция қан ағыны көлемінің өзгеру сипаттамаларына ие және көлемдік импульс толқынын өлшеудің тамаша позициясы болып табылады. Саусақтардың бұлшықет және сүйек тіндері салыстырмалы түрде жұқа, сондықтан фондық интерференция туралы ақпараттың әсері салыстырмалы түрде аз. Сонымен қатар, саусақ ұшын өлшеу оңай, және зерттелушінің психологиялық жүктемесі жоқ, бұл тұрақты жоғары сигнал-шу қатынасы спектрлік сигнал алуға ықпал етеді. Адам саусағы сүйектен, тырнақтан, теріден, тіннен, веноздық қаннан және артериялық қаннан тұрады. Жарықпен әрекеттесу процесінде саусақ шеткі артериясындағы қан көлемі жүрек соғысымен өзгереді, бұл оптикалық жолды өлшеудің өзгеруіне әкеледі. Ал басқа компоненттер жарық процесінде тұрақты болады.
Саусақ ұшының эпидермисіне жарықтың белгілі бір толқын ұзындығы түскенде, саусақты екі бөліктен тұратын қоспа ретінде қарастыруға болады: статикалық зат (оптикалық жол тұрақты) және динамикалық зат (оптикалық жол материалдың көлеміне байланысты өзгереді). Жарық саусақ ұшының тініне сіңген кезде, өткізілген жарық фотодетектор арқылы қабылданады. Сенсор жинаған өткізілген жарықтың қарқындылығы адам саусақтарының әртүрлі тін компоненттерінің сіңуіне байланысты айқын түрде әлсірейді. Осы сипаттамаға сәйкес, саусақ жарығын сіңірудің эквивалентті моделі белгіленеді.
Лайықты адам:
Саусақ ұшындағы пульсоксиметрбалаларды, ересектердi, қарт адамдарды, жүректің ишемиялық ауруы, гипертония, гиперлипидемия, ми тромбозы және басқа да тамыр аурулары бар науқастарды қоса алғанда, барлық жастағы адамдарға, сондай-ақ астма, бронхит, созылмалы бронхит, өкпе жүрек ауруы және басқа да тыныс алу жолдарының аурулары бар науқастарға жарамды.
Жарияланған уақыты: 17 маусым 2022 ж.
