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 dei tessuti biologici: Quando la luce irradia un tessuto biologico, l'effetto del tessuto biologico sulla luce può essere suddiviso in quattro categorie: assorbimento, diffusione, riflessione e fluorescenza. Escludendo la diffusione, la distanza percorsa dalla luce attraverso il tessuto biologico è principalmente determinata 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 specifiche componenti di frequenza; questo fenomeno è noto come assorbimento della luce da parte delle sostanze. La quantità di luce assorbita da una sostanza è chiamata densità ottica, anche nota come assorbanza.
Schema dell'assorbimento della luce da parte della materia durante l'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 nella sezione trasversale del percorso. Nell'ipotesi di materiale omogeneo, il numero di particelle che assorbono la luce nella sezione trasversale può essere considerato come il numero di particelle che assorbono la luce per unità di volume, ovvero la concentrazione di particelle che assorbono la luce nel materiale. Da qui si può ricavare la legge di Lambert-Beer: la densità ottica per unità di volume, ovvero la capacità del materiale di assorbire la luce, può essere interpretata come la densità ottica e la lunghezza del percorso ottico. In altre parole, la forma della curva dello spettro di assorbimento della stessa sostanza è la stessa, e solo la posizione assoluta del picco di assorbimento cambia a causa della diversa concentrazione, mentre la posizione relativa rimane invariata. Nel processo di assorbimento, l'assorbimento delle sostanze avviene interamente nello stesso volume, le sostanze assorbenti sono indipendenti l'una dall'altra, non sono presenti composti fluorescenti e non si verifica alcun fenomeno di alterazione delle proprietà del mezzo dovuto all'irradiazione luminosa. Pertanto, per una soluzione con N componenti assorbenti, 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 compresa tra 600 e 1300 nm viene solitamente definita "finestra della spettroscopia biologica", e la luce in questa banda riveste un'importanza particolare per numerose terapie e diagnosi spettrali, note e sconosciute. Nella regione dell'infrarosso, l'acqua diventa la principale sostanza che assorbe la luce nei tessuti biologici; pertanto, la lunghezza d'onda utilizzata dal sistema deve evitare il picco di assorbimento dell'acqua al fine di ottenere informazioni più precise sull'assorbimento della luce da parte della sostanza bersaglio. Di conseguenza, nell'intervallo spettrale del vicino infrarosso compreso tra 600 e 950 nm, i principali componenti del tessuto della punta del dito umano 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, oltre ad altri tessuti.
Pertanto, possiamo ottenere informazioni precise sulla concentrazione del componente da misurare nel tessuto analizzando i dati dello spettro di emissione. Quindi, conoscendo le concentrazioni di O2Hb e RHb, possiamo calcolare la saturazione di ossigeno.Saturazione di ossigeno SpO2La saturazione di ossigeno nel sangue è la percentuale del volume di emoglobina ossigenata legata all'ossigeno (HbO2) nel sangue rispetto all'emoglobina totale legata (Hb), e rappresenta la concentrazione di ossigeno nel sangue. Perché si chiama pulsossimetro? Ecco un nuovo concetto: l'onda di pulsazione del volume del flusso sanguigno. Durante ogni ciclo cardiaco, la contrazione del cuore provoca un aumento della pressione sanguigna nei vasi sanguigni della radice aortica, che dilata la parete dei vasi. Viceversa, la diastole del cuore provoca una diminuzione della pressione sanguigna nei vasi sanguigni della radice aortica, che a sua volta causa la contrazione della parete dei vasi. Con la continua ripetizione del ciclo cardiaco, la costante variazione della pressione sanguigna nei vasi della radice aortica si trasmette ai vasi a valle ad essa collegati e persino all'intero sistema arterioso, formando così una continua espansione e contrazione dell'intera parete vascolare arteriosa. In altre parole, il battito periodico del cuore crea onde di pulsazione 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 l'attività cardiaca, la pressione sanguigna e il flusso sanguigno, fornendo dati importanti per la rilevazione non invasiva di specifici parametri fisici del corpo umano.
In medicina, l'onda di polso viene solitamente suddivisa in 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 e il flusso sanguigno. Il rilevamento non invasivo dell'onda di polso volumetrica tipica del flusso sanguigno può essere ottenuto mediante tracciamento fotoelettrico dell'onda di polso volumetrica. Una specifica onda luminosa 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, durante la diastole il volume sanguigno è minimo, il sangue assorbe la luce e 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 delle dita con l'onda di polso volumetrica del flusso sanguigno come dato di misurazione diretta, la selezione del sito di misurazione spettrale dovrebbe 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 nel materiale totale delle informazioni nello spettro dovrebbe essere migliorata
2. Presenta caratteristiche evidenti di variazione del volume del flusso sanguigno per raccogliere efficacemente il segnale dell'onda di pulsazione del volume.
3. Per ottenere uno spettro umano con buona ripetibilità e stabilità, le caratteristiche del tessuto sono meno influenzate dalle differenze individuali.
4. È facile eseguire il rilevamento spettrale ed è facilmente accettato dal soggetto, in modo da evitare fattori di interferenza come la frequenza cardiaca elevata e i movimenti della posizione di misurazione causati dallo stress.
Schema della distribuzione dei vasi sanguigni nel palmo della mano umana. La posizione del braccio difficilmente permette di rilevare l'onda di polso, quindi non è adatta per la rilevazione dell'onda di polso del volume del flusso sanguigno; il polso è vicino all'arteria radiale, il segnale dell'onda di polso pressoria è forte, la pelle è soggetta a vibrazioni meccaniche, il che può portare il segnale di rilevamento, oltre all'onda di polso volumetrica, a trasportare anche informazioni sull'onda di polso riflessa dalla pelle, rendendo difficile caratterizzare accuratamente le caratteristiche della variazione del volume sanguigno, quindi non è una posizione di misurazione adatta; sebbene il palmo sia uno dei siti clinici più comuni per il prelievo di sangue, le sue ossa sono più spesse delle dita 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 notare che nella parte anteriore delle dita sono presenti abbondanti reti capillari, che possono riflettere efficacemente il contenuto di emoglobina nel corpo umano. Inoltre, questa posizione presenta caratteristiche evidenti di variazione del volume del flusso sanguigno ed è la posizione di misurazione ideale dell'onda di polso volumetrica. I tessuti muscolari e ossei delle dita sono relativamente sottili, quindi l'influenza delle informazioni di interferenza di fondo è relativamente piccola. Inoltre, la punta del dito è facile da misurare e il soggetto non subisce alcun disagio psicologico, il che favorisce l'ottenimento di un segnale spettrale stabile con un elevato rapporto segnale/rumore. Il dito umano è composto da ossa, unghie, pelle, tessuti, sangue venoso e sangue arterioso. Durante l'interazione con la luce, il volume di sangue nelle arterie periferiche del dito varia con il battito cardiaco, determinando una variazione nella misurazione del percorso ottico. Gli altri componenti, invece, rimangono costanti durante l'intero processo di esposizione alla luce.
Quando una particolare lunghezza d'onda della luce 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 fotorivelatore. L'intensità della luce trasmessa raccolta dal sensore risulta ovviamente attenuata a causa della capacità di assorbimento dei vari componenti tissutali delle dita umane. Sulla base di questa caratteristica, viene stabilito un modello equivalente per l'assorbimento della luce da parte del dito.
Persona idonea:
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, nonché pazienti con asma, bronchite, bronchite cronica, cardiopatia polmonare e altre malattie respiratorie.
Data di pubblicazione: 17 giugno 2022
