เครื่องวัดออกซิเจนในเลือดแบบหนีบปลายนิ้วมีหน้าที่และการทำงานอย่างไร?

เครื่องวัดออกซิเจนในเลือดแบบหนีบปลายนิ้วถูกคิดค้นโดยมิลลิกันในทศวรรษ 1940 เพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดแดง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของความรุนแรงของโรคโควิด-19ยองเกอร์ ตอนนี้ช่วยอธิบายวิธีการทำงานของเครื่องวัดออกซิเจนในเลือดแบบหนีบนิ้วหน่อยได้ไหม?

ลักษณะการดูดกลืนแสงของเนื้อเยื่อชีวภาพ: เมื่อแสงส่องไปยังเนื้อเยื่อชีวภาพ ผลของเนื้อเยื่อชีวภาพต่อแสงสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท ได้แก่ การดูดกลืน การกระเจิง การสะท้อน และการเรืองแสง หากไม่นับการกระเจิง ระยะทางที่แสงเดินทางผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพส่วนใหญ่จะถูกควบคุมโดยการดูดกลืน เมื่อแสงทะลุผ่านสารโปร่งใสบางชนิด (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) ความเข้มของแสงจะลดลงอย่างมากเนื่องจากการดูดกลืนเฉพาะความถี่บางส่วน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การดูดกลืนแสงโดยสาร ปริมาณแสงที่สารดูดซับเรียกว่าความหนาแน่นเชิงแสง หรือที่เรียกว่าค่าการดูดกลืนแสง

แผนภาพแสดงการดูดซับแสงโดยสสารในกระบวนการแพร่กระจายของแสงทั้งหมด ปริมาณพลังงานแสงที่สสารดูดซับนั้นเป็นสัดส่วนกับปัจจัยสามประการ ได้แก่ ความเข้มของแสง ระยะทางของเส้นทางแสง และจำนวนอนุภาคดูดซับแสงบนหน้าตัดของเส้นทางแสง ภายใต้สมมติฐานของวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน จำนวนอนุภาคดูดซับแสงบนหน้าตัดของเส้นทางแสงสามารถถือได้ว่าเป็นจำนวนอนุภาคดูดซับแสงต่อหน่วยปริมาตร กล่าวคือ ความเข้มข้นของอนุภาคดูดซับแสงของวัสดุ สามารถนำไปสู่กฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ได้ กล่าวคือ ความเข้มข้นของวัสดุและระยะทางของเส้นทางแสงต่อหน่วยปริมาตรสัมพันธ์กับความหนาแน่นของแสง ความสามารถในการดูดซับแสงของวัสดุตอบสนองต่อธรรมชาติของการดูดซับแสงของวัสดุ กล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปทรงของเส้นโค้งสเปกตรัมการดูดซับของสารชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน และตำแหน่งสัมบูรณ์ของจุดสูงสุดของการดูดซับจะเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากความเข้มข้นที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ตำแหน่งสัมพัทธ์จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในกระบวนการดูดกลืนแสง การดูดกลืนแสงของสารทั้งหมดเกิดขึ้นในปริมาตรของส่วนเดียวกัน และสารที่ดูดกลืนแสงนั้นไม่เกี่ยวข้องกัน ไม่มีสารเรืองแสง และไม่มีปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของตัวกลางเนื่องจากการแผ่รังสีแสง ดังนั้น สำหรับสารละลายที่มีส่วนประกอบที่ดูดกลืนแสง N ชนิด ความหนาแน่นเชิงแสงจึงสามารถรวมกันได้ คุณสมบัติการรวมกันของความหนาแน่นเชิงแสงนี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการวัดปริมาณส่วนประกอบที่ดูดกลืนแสงในสารผสม

ในด้านทัศนศาสตร์ของเนื้อเยื่อชีวภาพ ช่วงสเปกตรัม 600 ~ 1300 นาโนเมตร มักเรียกว่า "หน้าต่างของสเปกโทรสโกปีชีวภาพ" และแสงในช่วงนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษต่อการบำบัดและการวินิจฉัยด้วยสเปกตรัมทั้งที่รู้จักและไม่รู้จักมากมาย ในช่วงอินฟราเรด น้ำเป็นสารดูดซับแสงหลักในเนื้อเยื่อชีวภาพ ดังนั้นความยาวคลื่นที่ระบบใช้จะต้องหลีกเลี่ยงจุดสูงสุดของการดูดซับของน้ำ เพื่อให้ได้ข้อมูลการดูดซับแสงของสารเป้าหมายได้ดียิ่งขึ้น ดังนั้น ภายในช่วงสเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ 600-950 นาโนเมตร ส่วนประกอบหลักของเนื้อเยื่อปลายนิ้วมนุษย์ที่มีความสามารถในการดูดซับแสง ได้แก่ น้ำในเลือด O2Hb (ฮีโมโกลบินที่มีออกซิเจน) RHb (ฮีโมโกลบินที่ลดลง) และเมลานินของผิวหนังส่วนปลายและเนื้อเยื่ออื่นๆ

ดังนั้น เราจึงสามารถได้ข้อมูลที่มีประสิทธิภาพเกี่ยวกับความเข้มข้นของส่วนประกอบที่จะวัดในเนื้อเยื่อได้โดยการวิเคราะห์ข้อมูลสเปกตรัมการปล่อยแสง เช่น เมื่อเรารู้ความเข้มข้นของ O2Hb และ RHb แล้ว เราก็จะทราบความอิ่มตัวของออกซิเจนได้ความอิ่มตัวของออกซิเจน SpO2อัตราส่วนของปริมาตรฮีโมโกลบินที่จับกับออกซิเจน (HbO2) ในเลือดต่อปริมาตรฮีโมโกลบินที่จับกับออกซิเจนทั้งหมด (Hb) หรือที่เรียกว่าชีพจรออกซิเจน แล้วทำไมจึงเรียกว่าเครื่องวัดชีพจรออกซิเจน? นี่คือแนวคิดใหม่: คลื่นชีพจรปริมาตรการไหลเวียนของเลือด ในแต่ละรอบการเต้นของหัวใจ การหดตัวของหัวใจทำให้ความดันโลหิตในหลอดเลือดบริเวณโคนหลอดเลือดแดงใหญ่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ผนังหลอดเลือดขยายตัว ในทางกลับกัน การคลายตัวของหัวใจทำให้ความดันโลหิตในหลอดเลือดบริเวณโคนหลอดเลือดแดงใหญ่ลดลง ซึ่งทำให้ผนังหลอดเลือดหดตัว ด้วยการเกิดซ้ำของรอบการเต้นของหัวใจอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงของความดันโลหิตในหลอดเลือดบริเวณโคนหลอดเลือดแดงใหญ่จะถูกส่งต่อไปยังหลอดเลือดที่เชื่อมต่ออยู่ด้านล่าง และแม้กระทั่งไปยังระบบหลอดเลือดแดงทั้งหมด ทำให้เกิดการขยายตัวและการหดตัวอย่างต่อเนื่องของผนังหลอดเลือดแดงทั้งหมด กล่าวคือ การเต้นของหัวใจเป็นจังหวะจะสร้างคลื่นชีพจรในหลอดเลือดแดงใหญ่ ซึ่งจะแผ่กระจายไปตามผนังหลอดเลือดทั่วระบบหลอดเลือดแดง ทุกครั้งที่หัวใจขยายและหดตัว การเปลี่ยนแปลงความดันในระบบหลอดเลือดแดงจะสร้างคลื่นชีพจรเป็นจังหวะ นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่าคลื่นชีพจร คลื่นชีพจรสามารถสะท้อนข้อมูลทางสรีรวิทยาหลายอย่าง เช่น การเต้นของหัวใจ ความดันโลหิต และการไหลเวียนของเลือด ซึ่งสามารถให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการตรวจวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพเฉพาะของร่างกายมนุษย์โดยไม่ต้องผ่าตัด