Il pulsossimetro da dito è stato inventato da Millikan negli anni '40 per monitorare la concentrazione di ossigeno nel sangue arterioso, un importante indicatore della gravità del COVID-19.Yonker ora spiega come funziona il pulsossimetro da dito?
Caratteristiche di assorbimento spettrale del tessuto biologico: quando la luce viene irradiata su un tessuto biologico, l'effetto del tessuto biologico sulla luce può essere suddiviso in quattro categorie, tra cui assorbimento, diffusione, riflessione e fluorescenza. Se si esclude la diffusione, la distanza percorsa dalla luce attraverso il tessuto biologico è principalmente governata dall'assorbimento. Quando la luce penetra in alcune sostanze trasparenti (solide, liquide o gassose), l'intensità luminosa diminuisce significativamente a causa dell'assorbimento mirato di alcune componenti di frequenza specifiche, che è il fenomeno di assorbimento della luce da parte delle sostanze. La quantità di luce assorbita da una sostanza è chiamata densità ottica, nota anche come assorbanza.
Schema dell'assorbimento della luce da parte della materia. Nell'intero processo di propagazione della luce, la quantità di energia luminosa assorbita dalla materia è proporzionale a tre fattori: l'intensità luminosa, la distanza del percorso ottico e il numero di particelle che assorbono la luce sulla sezione trasversale del percorso ottico. Partendo dal presupposto che il materiale sia omogeneo, il numero di particelle che assorbono la luce sulla sezione trasversale può essere considerato come particelle che assorbono la luce per unità di volume, ovvero la concentrazione di particelle di luce di aspirazione del materiale può essere ottenuta tramite la legge di Lambert-Beer: può essere interpretata come concentrazione del materiale e lunghezza del percorso ottico per unità di volume. La densità ottica, la capacità del materiale di assorbire la luce di aspirazione di rispondere alla natura della luce di aspirazione del materiale. In altre parole, la forma della curva dello spettro di assorbimento della stessa sostanza è la stessa e la posizione assoluta del picco di assorbimento cambierà solo a causa della diversa concentrazione, ma la posizione relativa rimarrà invariata. Nel processo di assorbimento, l'assorbimento delle sostanze avviene interamente nel volume della stessa sezione, le sostanze assorbenti non sono correlate tra loro, non sono presenti composti fluorescenti e non si verifica alcun fenomeno di modifica delle proprietà del mezzo dovuto alla radiazione luminosa. Pertanto, per la soluzione con N componenti di assorbimento, la densità ottica è additiva. L'additività della densità ottica fornisce una base teorica per la misurazione quantitativa dei componenti assorbenti nelle miscele.
Nell'ottica dei tessuti biologici, la regione spettrale di 600 ~ 1300 nm è solitamente chiamata "finestra della spettroscopia biologica" e la luce in questa banda ha un significato speciale per molte terapie spettrali e diagnosi spettrali note e sconosciute. Nella regione dell'infrarosso, l'acqua diventa la sostanza che assorbe la luce dominante nei tessuti biologici, quindi la lunghezza d'onda adottata dal sistema deve evitare il picco di assorbimento dell'acqua per ottenere al meglio le informazioni sull'assorbimento della luce della sostanza bersaglio. Pertanto, nell'intervallo dello spettro del vicino infrarosso di 600-950 nm, i principali componenti del tessuto della punta delle dita umane con capacità di assorbimento della luce includono l'acqua nel sangue, l'O2Hb (emoglobina ossigenata), l'RHb (emoglobina ridotta) e la melanina della pelle periferica e di altri tessuti.
Pertanto, possiamo ottenere informazioni effettive sulla concentrazione del componente da misurare nel tessuto analizzando i dati dello spettro di emissione. Quindi, conoscendo le concentrazioni di O₂Hb e RHb, conosciamo la saturazione di ossigeno.Saturazione di ossigeno SpO2è la percentuale del volume di emoglobina ossigenata legata all'ossigeno (HbO2) nel sangue rispetto all'emoglobina totale legante (Hb), la concentrazione di ossigeno nel sangue. Perché si chiama pulsossimetro? Ecco un nuovo concetto: il volume del flusso sanguigno (onda di polso). Durante ogni ciclo cardiaco, la contrazione del cuore provoca un aumento della pressione sanguigna nei vasi sanguigni della radice aortica, che dilata la parete del vaso sanguigno. Al contrario, la diastole cardiaca provoca una diminuzione della pressione sanguigna nei vasi sanguigni della radice aortica, che causa la contrazione della parete del vaso sanguigno. Con la ripetizione continua del ciclo cardiaco, la variazione costante della pressione sanguigna nei vasi sanguigni della radice aortica verrà trasmessa ai vasi a valle ad essa collegati e persino all'intero sistema arterioso, formando così la continua espansione e contrazione dell'intera parete vascolare arteriosa. In altre parole, il battito periodico del cuore crea onde di polso nell'aorta che si propagano lungo le pareti dei vasi sanguigni in tutto il sistema arterioso. Ogni volta che il cuore si espande e si contrae, una variazione di pressione nel sistema arterioso produce un'onda di polso periodica. Questa è ciò che chiamiamo onda di polso. L'onda di polso può riflettere molte informazioni fisiologiche come il cuore, la pressione sanguigna e il flusso sanguigno, che possono fornire informazioni importanti per la rilevazione non invasiva di specifici parametri fisici del corpo umano.
In medicina, l'onda di polso è solitamente suddivisa in due tipi: onda di polso pressoria e onda di polso volumetrica. L'onda di polso pressoria rappresenta principalmente la trasmissione della pressione sanguigna, mentre l'onda di polso volumetrica rappresenta le variazioni periodiche del flusso sanguigno. Rispetto all'onda di polso pressoria, l'onda di polso volumetrica contiene informazioni cardiovascolari più importanti, come i vasi sanguigni umani e il flusso sanguigno. Il rilevamento non invasivo dell'onda di polso volumetrica tipica del flusso sanguigno può essere ottenuto mediante il tracciamento fotoelettrico dell'onda di polso volumetrica. Un'onda di luce specifica viene utilizzata per illuminare la parte del corpo da misurare e il fascio raggiunge il sensore fotoelettrico dopo riflessione o trasmissione. Il fascio ricevuto trasporterà le informazioni caratteristiche effettive dell'onda di polso volumetrica. Poiché il volume sanguigno cambia periodicamente con l'espansione e la contrazione del cuore, quando il cuore è in diastole, il volume sanguigno è al minimo e il sangue assorbe la luce, il sensore rileva la massima intensità luminosa; quando il cuore si contrae, il volume è massimo e l'intensità luminosa rilevata dal sensore è minima. Nel rilevamento non invasivo dei polpastrelli con l'onda di polso volumetrica del flusso sanguigno come dati di misurazione diretta, la selezione del sito di misurazione spettrale deve seguire i seguenti principi.
1. Le vene dei vasi sanguigni dovrebbero essere più abbondanti e la proporzione di informazioni efficaci come l'emoglobina e l'ICG nelle informazioni materiali totali nello spettro dovrebbe essere migliorata
2. Presenta caratteristiche evidenti di variazione del volume del flusso sanguigno per raccogliere efficacemente il segnale dell'onda pulsata del volume
3. Per ottenere uno spettro umano con buona ripetibilità e stabilità, le caratteristiche dei tessuti sono meno influenzate dalle differenze individuali.
4. È facile eseguire il rilevamento spettrale e facile da accettare da parte del soggetto, in modo da evitare fattori di interferenza quali frequenza cardiaca accelerata e movimento della posizione di misurazione causati dall'emozione di stress.
Diagramma schematico della distribuzione dei vasi sanguigni nel palmo della mano umana. La posizione del braccio difficilmente rileva l'onda di polso, quindi non è adatta per il rilevamento dell'onda di polso del volume del flusso sanguigno; Il polso è vicino all'arteria radiale, il segnale dell'onda di polso della pressione è forte, la pelle è facile da produrre vibrazioni meccaniche, può portare al segnale di rilevamento. Oltre all'onda di polso del volume, trasporta anche informazioni sull'impulso di riflessione cutanea, è difficile caratterizzare accuratamente le caratteristiche della variazione del volume sanguigno, non è adatta per la posizione di misurazione; Sebbene il palmo sia uno dei siti di prelievo del sangue clinici più comuni, il suo osso è più spesso del dito e l'ampiezza dell'onda di polso del volume del palmo raccolta per riflessione diffusa è inferiore. La Figura 2-5 mostra la distribuzione dei vasi sanguigni nel palmo. Osservando la figura, si può vedere che ci sono abbondanti reti capillari nella parte anteriore del dito, che possono riflettere efficacemente il contenuto di emoglobina nel corpo umano. Inoltre, questa posizione presenta evidenti caratteristiche di variazione del volume del flusso sanguigno ed è la posizione ideale per la misurazione dell'onda di polso del volume. I tessuti muscolari e ossei delle dita sono relativamente sottili, quindi l'influenza delle informazioni di interferenza di fondo è relativamente ridotta. Inoltre, la punta del dito è facile da misurare e il soggetto non ha alcun carico psicologico, il che favorisce l'ottenimento di un segnale spettrale stabile con un elevato rapporto segnale/rumore. Il dito umano è costituito da ossa, unghie, pelle, tessuti, sangue venoso e sangue arterioso. Nel processo di interazione con la luce, il volume del sangue nell'arteria periferica del dito cambia con il battito cardiaco, con conseguente variazione della misurazione del percorso ottico. Mentre le altre componenti rimangono costanti durante l'intero processo luminoso.
Quando una particolare lunghezza d'onda luminosa viene applicata all'epidermide del polpastrello, il dito può essere considerato come una miscela composta da due parti: materia statica (il percorso ottico è costante) e materia dinamica (il percorso ottico varia con il volume del materiale). Quando la luce viene assorbita dal tessuto del polpastrello, la luce trasmessa viene ricevuta da un fotodiodo. L'intensità della luce trasmessa raccolta dal sensore è ovviamente attenuata a causa dell'assorbibilità di vari componenti tissutali delle dita umane. In base a questa caratteristica, viene stabilito il modello equivalente di assorbimento della luce del dito.
Persona adatta:
Pulsossimetro da ditoè adatto a persone di tutte le età, compresi bambini, adulti, anziani, pazienti con cardiopatia coronarica, ipertensione, iperlipidemia, trombosi cerebrale e altre malattie vascolari e pazienti con asma, bronchite, bronchite cronica, cardiopatia polmonare e altre malattie respiratorie.
Data di pubblicazione: 17-06-2022
