O oxímetro de pulso na ponta do dedo foi inventado por Millikan na década de 1940 para monitorar a concentração de oxigênio no sangue arterial, um importante indicador da gravidade do COVID-19.Yonker agora explica como funciona o oxímetro de pulso na ponta do dedo?
Características de absorção espectral do tecido biológico: Quando a luz é irradiada para o tecido biológico, o efeito do tecido biológico na luz pode ser dividido em quatro categorias, incluindo absorção, dispersão, reflexão e fluorescência. o tecido é governado principalmente pela absorção. Quando a luz penetra algumas substâncias transparentes (sólidas, líquidas ou gasosas), a intensidade da luz diminui significativamente devido à absorção direcionada de alguns componentes de frequência específicos, que é o fenômeno de absorção da luz pelas substâncias. A quantidade de luz que uma substância absorve é chamada de densidade óptica, também conhecida como absorbância.
Diagrama esquemático da absorção de luz pela matéria em todo o processo de propagação da luz, a quantidade de energia luminosa absorvida pela matéria é proporcional a três fatores, que são a intensidade da luz, a distância do caminho da luz e o número de partículas absorventes de luz em a seção transversal do caminho da luz. Com base na premissa de material homogêneo, o número de partículas absorventes de luz na seção transversal pode ser considerado como partículas absorventes de luz por unidade de volume, ou seja, a concentração de partículas leves de sucção de material, pode obter a lei de Lambert Beer: pode ser interpretada como concentração de material e comprimento do caminho óptico por unidade de volume de densidade óptica, capacidade da luz de sucção do material de responder à natureza da luz de sucção do material. Em outras palavras, a forma da curva do espectro de absorção da mesma substância é a mesma, e a posição absoluta do o pico de absorção só mudará devido à concentração diferente, mas a posição relativa permanecerá inalterada. No processo de absorção, toda a absorção de substâncias ocorre no volume da mesma seção, e as substâncias absorventes não estão relacionadas entre si, e não existem compostos fluorescentes, e não há fenômeno de alteração das propriedades do meio devido a radiação luminosa. Portanto, para a solução com componentes de absorção de N, a densidade óptica é aditiva. A aditividade da densidade óptica fornece uma base teórica para a medição quantitativa de componentes absorventes em misturas.
Na óptica de tecidos biológicos, a região espectral de 600 ~ 1300nm é geralmente chamada de "janela da espectroscopia biológica", e a luz nesta banda tem um significado especial para muitas terapias espectrais e diagnósticos espectrais conhecidos e desconhecidos. Na região do infravermelho, a água passa a ser a substância absorvente de luz dominante nos tecidos biológicos, portanto o comprimento de onda adotado pelo sistema deve evitar o pico de absorção da água para melhor obter a informação de absorção de luz da substância alvo. Portanto, dentro da faixa do espectro infravermelho próximo de 600-950 nm, os principais componentes do tecido da ponta do dedo humano com capacidade de absorção de luz incluem água no sangue, O2Hb (hemoglobina oxigenada), RHb (hemoglobina reduzida) e melanina da pele periférica e outros tecidos.
Portanto, podemos obter a informação efetiva da concentração do componente a ser medido no tecido através da análise dos dados do espectro de emissão. Então quando temos as concentrações de O2Hb e RHb, conhecemos a saturação de oxigênio.Saturação de oxigênio SpO2é a porcentagem do volume de hemoglobina oxigenada ligada ao oxigênio (HbO2) no sangue como uma porcentagem da hemoglobina total de ligação (Hb), a concentração do pulso de oxigênio no sangue, então por que é chamado de oxímetro de pulso? Aqui está um novo conceito: onda de pulso de volume de fluxo sanguíneo. Durante cada ciclo cardíaco, a contração do coração faz com que a pressão arterial aumente nos vasos sanguíneos da raiz da aorta, o que dilata a parede dos vasos sanguíneos. Por outro lado, a diástole do coração faz com que a pressão arterial caia nos vasos sanguíneos da raiz da aorta, o que faz com que a parede dos vasos sanguíneos se contraia. Com a repetição contínua do ciclo cardíaco, a constante mudança da pressão arterial nos vasos sanguíneos da raiz da aorta será transmitida aos vasos a jusante a ela conectados e até mesmo a todo o sistema arterial, formando assim a expansão e contração contínua do toda a parede vascular arterial. Ou seja, o batimento periódico do coração cria ondas de pulso na aorta que se propagam ao longo das paredes dos vasos sanguíneos em todo o sistema arterial. Cada vez que o coração se expande e se contrai, uma mudança na pressão do sistema arterial produz uma onda de pulso periódica. Isso é o que chamamos de onda de pulso. A onda de pulso pode refletir muitas informações fisiológicas, como coração, pressão arterial e fluxo sanguíneo, que podem fornecer informações importantes para a detecção não invasiva de parâmetros físicos específicos do corpo humano.
Na medicina, a onda de pulso é geralmente dividida em dois tipos de onda de pulso de pressão e onda de pulso de volume. A onda de pulso de pressão representa principalmente a transmissão da pressão arterial, enquanto a onda de pulso de volume representa mudanças periódicas no fluxo sanguíneo. Em comparação com a onda de pulso de pressão, a onda de pulso volumétrica contém informações cardiovasculares mais importantes, como vasos sanguíneos humanos e fluxo sanguíneo. A detecção não invasiva da onda de pulso típica do volume do fluxo sanguíneo pode ser alcançada pelo rastreamento fotoelétrico da onda de pulso volumétrica. Uma onda específica de luz é usada para iluminar a parte de medição do corpo, e o feixe atinge o sensor fotoelétrico após reflexão ou transmissão. O feixe recebido transportará a informação característica efetiva da onda de pulso volumétrica. Como o volume sanguíneo muda periodicamente com a expansão e contração do coração, quando a diástole do coração, o volume sanguíneo é menor, a absorção sanguínea da luz, o sensor detectou a intensidade máxima da luz; Quando o coração se contrai, o volume é máximo e a intensidade da luz detectada pelo sensor é mínima. Na detecção não invasiva das pontas dos dedos com onda de pulso de volume de fluxo sanguíneo como dados de medição direta, a seleção do local de medição espectral deve seguir os seguintes princípios
1. As veias dos vasos sanguíneos devem ser mais abundantes e a proporção de informações eficazes, como hemoglobina e ICG, na informação material total do espectro deve ser melhorada
2. Possui características óbvias de mudança de volume de fluxo sanguíneo para coletar efetivamente o sinal de onda de pulso de volume
3. Para obter o espectro humano com boa repetibilidade e estabilidade, as características dos tecidos são menos afetadas pelas diferenças individuais.
4. É fácil realizar a detecção espectral e fácil de ser aceito pelo sujeito, de modo a evitar fatores de interferência como frequência cardíaca rápida e movimento de posição de medição causados pela emoção de estresse.
Diagrama esquemático da distribuição dos vasos sanguíneos na palma da mão humana A posição do braço dificilmente consegue detectar a onda de pulso, por isso não é adequada para a detecção da onda de pulso do volume do fluxo sanguíneo; O pulso está próximo à artéria radial, o sinal da onda de pulso de pressão é forte, a pele é fácil de produzir vibração mecânica, pode levar ao sinal de detecção, além do volume da onda de pulso, também carrega informações de pulso de reflexão da pele, é difícil de precisão caracterizar as características da alteração do volume sanguíneo, não é adequado para posição de medição; Embora a palma da mão seja um dos locais clínicos comuns para coleta de sangue, seu osso é mais espesso que o dedo e a amplitude da onda de pulso do volume da palma coletada por reflexão difusa é menor. A Figura 2-5 mostra a distribuição dos vasos sanguíneos na palma da mão. Observando a figura, percebe-se que existem abundantes redes capilares na parte frontal do dedo, que podem refletir efetivamente o conteúdo de hemoglobina no corpo humano. Além disso, esta posição possui características óbvias de alteração do volume do fluxo sanguíneo e é a posição ideal de medição da onda de pulso de volume. Os tecidos musculares e ósseos dos dedos são relativamente finos, portanto a influência das informações de interferência de fundo é relativamente pequena. Além disso, a ponta do dedo é fácil de medir e o sujeito não tem carga psicológica, o que é propício para obter um sinal espectral estável de alta relação sinal-ruído. O dedo humano consiste em osso, unha, pele, tecido, sangue venoso e sangue arterial. No processo de interação com a luz, o volume sanguíneo na artéria periférica do dedo muda com o batimento cardíaco, resultando na mudança da medição do caminho óptico. Enquanto os demais componentes são constantes em todo o processo da luz.
Quando um determinado comprimento de onda de luz é aplicado à epiderme da ponta do dedo, o dedo pode ser considerado como uma mistura, incluindo duas partes: matéria estática (o caminho óptico é constante) e matéria dinâmica (o caminho óptico muda com o volume do material). Quando a luz é absorvida pelo tecido da ponta do dedo, a luz transmitida é recebida por um fotodetector. A intensidade da luz transmitida coletada pelo sensor é obviamente atenuada devido à capacidade de absorção de vários componentes teciduais dos dedos humanos. De acordo com esta característica, é estabelecido o modelo equivalente de absorção de luz digital.
Pessoa adequada:
Oxímetro de pulso na ponta do dedoé adequado para pessoas de todas as idades, incluindo crianças, adultos, idosos, pacientes com doença coronariana, hipertensão, hiperlipidemia, trombose cerebral e outras doenças vasculares e pacientes com asma, bronquite, bronquite crônica, doença cardíaca pulmonar e outras doenças respiratórias.
Horário da postagem: 17 de junho de 2022
