เครื่องวัดออกซิเจนในเลือดจากปลายนิ้วถูกคิดค้นโดย Millikan ในช่วงทศวรรษปี 1940 เพื่อตรวจวัดความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดแดง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญถึงความรุนแรงของเชื้อโควิด-19ยองเกอร์ ตอนนี้อธิบายวิธีการทำงานของเครื่องวัดออกซิเจนในเลือดที่ปลายนิ้วแล้ว?
ลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมของเนื้อเยื่อชีวภาพ: เมื่อแสงถูกฉายรังสีไปยังเนื้อเยื่อชีวภาพ ผลกระทบของเนื้อเยื่อชีวภาพต่อแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ การดูดกลืน การกระเจิง การสะท้อน และการเรืองแสง หากไม่รวมการกระเจิง ระยะทางที่แสงเดินทางผ่านสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพ เนื้อเยื่อถูกควบคุมโดยการดูดซึมเป็นหลัก เมื่อแสงทะลุผ่านสารโปร่งใสบางชนิด (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) ความเข้มของแสงจะลดลงอย่างมากเนื่องจากการดูดกลืนแสงแบบกำหนดเป้าหมายของส่วนประกอบความถี่เฉพาะบางอย่าง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การดูดกลืนแสงโดยสสาร ปริมาณแสงที่สารดูดซับเรียกว่าความหนาแน่นของแสงหรือที่เรียกว่าการดูดกลืนแสง
แผนภาพแสดงการดูดกลืนแสงตามสสารตลอดกระบวนการแพร่กระจายแสง ปริมาณพลังงานแสงที่สสารดูดกลืนเป็นสัดส่วนกับปัจจัย 3 ประการ ได้แก่ ความเข้มของแสง ระยะห่างของเส้นทางแสง และจำนวนอนุภาคที่ดูดซับแสงบน ภาพตัดขวางของเส้นทางแสง บนสมมติฐานของวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน อนุภาคดูดซับแสงหมายเลขเส้นทางแสงบนหน้าตัดถือได้ว่าเป็นอนุภาคดูดซับแสงต่อหน่วยปริมาตร กล่าวคือ ความเข้มข้นของอนุภาคแสงดูดวัสดุ สามารถรับกฎของเบียร์แลมเบิร์ต: สามารถตีความได้ว่าเป็นความเข้มข้นของวัสดุและ ความยาวเส้นทางแสงต่อหน่วยปริมาตรของความหนาแน่นของแสง ความสามารถในการดูดแสงของวัสดุในการตอบสนองต่อลักษณะของแสงดูดวัสดุ กล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปร่างของเส้นโค้งสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสารชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน และตำแหน่งที่แน่นอนของ การดูดซึม จุดสูงสุดจะเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความเข้มข้นต่างกันเท่านั้น แต่ตำแหน่งสัมพัทธ์จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในกระบวนการดูดซับ การดูดซับของสารทั้งหมดเกิดขึ้นในปริมาตรของส่วนเดียวกัน และสารดูดซับนั้นไม่เกี่ยวข้องกัน และไม่มีสารประกอบเรืองแสงอยู่ และไม่มีปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของตัวกลางเนื่องจาก รังสีแสง ดังนั้น สำหรับสารละลายที่มีส่วนประกอบการดูดซับ N ความหนาแน่นของแสงจึงเป็นสารเติมแต่ง การเติมความหนาแน่นของแสงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการตรวจวัดเชิงปริมาณของส่วนประกอบที่สามารถดูดซับในสารผสม
ในทัศนศาสตร์เนื้อเยื่อชีวภาพ พื้นที่สเปกตรัม 600 ~ 1300 นาโนเมตรมักเรียกว่า "หน้าต่างของสเปกโทรสโกปีทางชีวภาพ" และแสงในแถบนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการบำบัดสเปกตรัมและการวินิจฉัยสเปกตรัมที่รู้จักและไม่รู้จักจำนวนมาก ในบริเวณอินฟราเรด น้ำจะกลายเป็นสารดูดซับแสงที่โดดเด่นในเนื้อเยื่อชีวภาพ ดังนั้นความยาวคลื่นที่ระบบใช้จะต้องหลีกเลี่ยงจุดสูงสุดของการดูดกลืนของน้ำ เพื่อให้ได้ข้อมูลการดูดกลืนแสงของสารเป้าหมายได้ดีขึ้น ดังนั้น ภายในช่วงสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดที่ 600-950 นาโนเมตร ส่วนประกอบหลักของเนื้อเยื่อปลายนิ้วของมนุษย์ที่มีความสามารถในการดูดซับแสง ได้แก่ น้ำในเลือด O2Hb (ฮีโมโกลบินที่มีออกซิเจน) RHb (ฮีโมโกลบินลดลง) และเมลานินผิวหนังส่วนปลายและเนื้อเยื่ออื่น ๆ
ดังนั้นเราจึงสามารถรับข้อมูลที่มีประสิทธิผลเกี่ยวกับความเข้มข้นของส่วนประกอบที่จะวัดในเนื้อเยื่อได้โดยการวิเคราะห์ข้อมูลของสเปกตรัมการปล่อยก๊าซ ดังนั้นเมื่อเรามีความเข้มข้นของ O2Hb และ RHb เราก็รู้ความอิ่มตัวของออกซิเจนความอิ่มตัวของออกซิเจน SpO2คือเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรของเฮโมโกลบินที่มีออกซิเจนจับกับออกซิเจน (HbO2) ในเลือด เป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณเฮโมโกลบินที่จับกับออกซิเจนทั้งหมด (Hb) คือความเข้มข้นของชีพจรออกซิเจนในเลือด แล้วเหตุใดจึงเรียกว่า Pulse oximeter นี่คือแนวคิดใหม่: คลื่นชีพจรปริมาณการไหลเวียนของเลือด ในแต่ละรอบการเต้นของหัวใจ การหดตัวของหัวใจจะทำให้ความดันโลหิตในหลอดเลือดของรากเอออร์ติกเพิ่มขึ้น ซึ่งจะขยายผนังหลอดเลือด ในทางกลับกัน ค่า diastole ของหัวใจทำให้ความดันโลหิตตกในหลอดเลือดของรากเอออร์ติก ซึ่งทำให้ผนังหลอดเลือดหดตัว ด้วยการทำซ้ำอย่างต่อเนื่องของวงจรการเต้นของหัวใจ การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของความดันโลหิตในหลอดเลือดของรากเอออร์ตาจะถูกส่งไปยังหลอดเลือดปลายน้ำที่เชื่อมต่อกับมันและแม้กระทั่งไปยังระบบหลอดเลือดแดงทั้งหมด ดังนั้นทำให้เกิดการขยายตัวและการหดตัวอย่างต่อเนื่องของ ผนังหลอดเลือดแดงทั้งหมด กล่าวคือ การเต้นของหัวใจเป็นระยะๆ จะสร้างคลื่นชีพจรในเอออร์ตาที่กระเพื่อมไปข้างหน้าไปตามผนังหลอดเลือดทั่วทั้งระบบหลอดเลือดแดง แต่ละครั้งที่หัวใจขยายและหดตัว การเปลี่ยนแปลงของความดันในระบบหลอดเลือดแดงจะทำให้เกิดคลื่นชีพจรเป็นระยะ นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่าคลื่นชีพจร คลื่นชีพจรสามารถสะท้อนข้อมูลทางสรีรวิทยาได้หลายอย่าง เช่น หัวใจ ความดันโลหิต และการไหลเวียนของเลือด ซึ่งสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญสำหรับการตรวจจับพารามิเตอร์ทางกายภาพเฉพาะของร่างกายมนุษย์โดยไม่รุกราน
ในทางการแพทย์ คลื่นพัลส์มักจะแบ่งออกเป็นคลื่นพัลส์ความดันและคลื่นพัลส์ปริมาตรสองประเภท คลื่นพัลส์ความดันส่วนใหญ่แสดงถึงการส่งผ่านความดันโลหิต ในขณะที่คลื่นพัลส์ปริมาตรแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดเป็นระยะ เมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นพัลส์ความดัน คลื่นพัลส์เชิงปริมาตรประกอบด้วยข้อมูลหัวใจและหลอดเลือดที่สำคัญกว่า เช่น หลอดเลือดของมนุษย์และการไหลเวียนของเลือด การตรวจจับคลื่นพัลส์ปริมาณการไหลเวียนของเลือดทั่วไปแบบไม่รุกล้ำสามารถทำได้โดยการติดตามคลื่นพัลส์ปริมาตรโฟโตอิเล็กทริก คลื่นแสงเฉพาะเจาะจงใช้เพื่อส่องสว่างส่วนที่วัดได้ของร่างกาย และลำแสงจะไปถึงโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์หลังจากการสะท้อนหรือการส่งผ่าน ลำแสงที่ได้รับจะส่งข้อมูลลักษณะเฉพาะที่มีประสิทธิผลของคลื่นพัลส์เชิงปริมาตร เนื่องจากปริมาตรเลือดเปลี่ยนแปลงเป็นระยะตามการขยายตัวและการหดตัวของหัวใจ เมื่อหัวใจคลายตัว ปริมาตรเลือดจะน้อยที่สุด การดูดซึมแสงในเลือด เซ็นเซอร์ตรวจจับความเข้มของแสงสูงสุด เมื่อหัวใจหดตัว ปริมาตรจะสูงสุดและความเข้มของแสงที่เซ็นเซอร์ตรวจพบจะน้อยที่สุด ในการตรวจจับปลายนิ้วแบบไม่รุกรานด้วยคลื่นพัลส์ปริมาณการไหลเวียนของเลือดเป็นข้อมูลการวัดโดยตรง การเลือกตำแหน่งการวัดสเปกตรัมควรเป็นไปตามหลักการต่อไปนี้
1. หลอดเลือดดำของหลอดเลือดควรมีปริมาณมากขึ้นและควรปรับปรุงสัดส่วนของข้อมูลที่มีประสิทธิภาพเช่นฮีโมโกลบินและ ICG ในข้อมูลวัสดุทั้งหมดในสเปกตรัม
2. มีลักษณะที่ชัดเจนของการเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลเวียนของเลือดเพื่อรวบรวมสัญญาณคลื่นพัลส์ปริมาตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. เพื่อให้ได้สเปกตรัมของมนุษย์ที่มีการทำซ้ำและความเสถียรที่ดี ลักษณะเนื้อเยื่อจะได้รับผลกระทบจากความแตกต่างของแต่ละบุคคลน้อยลง
4. ง่ายต่อการดำเนินการตรวจจับสเปกตรัม และง่ายต่อการได้รับการยอมรับจากวัตถุ เพื่อหลีกเลี่ยงปัจจัยรบกวน เช่น อัตราการเต้นของหัวใจที่รวดเร็ว และการเคลื่อนไหวของตำแหน่งการวัดที่เกิดจากอารมณ์ความเครียด
แผนผังการกระจายของหลอดเลือดในฝ่ามือของมนุษย์ ตำแหน่งของแขนแทบจะไม่สามารถตรวจจับคลื่นพัลส์ได้ จึงไม่เหมาะสำหรับการตรวจจับคลื่นพัลส์ปริมาณการไหลของเลือด ข้อมืออยู่ใกล้กับหลอดเลือดแดงเรเดียล สัญญาณคลื่นพัลส์ความดันมีความแข็งแรง ผิวหนังเกิดการสั่นสะเทือนทางกลได้ง่าย อาจนำไปสู่สัญญาณการตรวจจับ นอกเหนือจากคลื่นพัลส์ปริมาตรแล้ว ยังมีข้อมูลชีพจรการสะท้อนของผิวหนังอีกด้วย ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะแม่นยำ ระบุลักษณะของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเลือดไม่เหมาะกับตำแหน่งการวัด แม้ว่าฝ่ามือจะเป็นหนึ่งในจุดเจาะเลือดทางคลินิกทั่วไป แต่กระดูกของมันก็หนากว่านิ้ว และความกว้างของคลื่นชีพจรของปริมาตรฝ่ามือที่รวบรวมโดยการสะท้อนแบบกระจายจะต่ำกว่า รูปที่ 2-5 แสดงการกระจายตัวของหลอดเลือดที่ฝ่ามือ เมื่อสังเกตภาพจะเห็นว่าบริเวณด้านหน้าของนิ้วมีเส้นเลือดฝอยจำนวนมาก ซึ่งสามารถสะท้อนปริมาณฮีโมโกลบินในร่างกายมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ตำแหน่งนี้ยังมีลักษณะเฉพาะที่ชัดเจนของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรการไหลเวียนของเลือด และเป็นตำแหน่งการวัดคลื่นพัลส์ปริมาตรในอุดมคติ เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อและกระดูกของนิ้วมือค่อนข้างบาง ดังนั้นอิทธิพลของข้อมูลการรบกวนในพื้นหลังจึงค่อนข้างน้อย นอกจากนี้ ปลายนิ้วยังวัดได้ง่าย และวัตถุไม่มีภาระทางจิต ซึ่งเอื้อต่อการรับสัญญาณสเปกตรัมอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูงที่เสถียร นิ้วของมนุษย์ประกอบด้วยกระดูก เล็บ ผิวหนัง เนื้อเยื่อ เลือดดำ และเลือดแดง ในกระบวนการโต้ตอบกับแสง ปริมาตรของเลือดในหลอดเลือดแดงส่วนปลายนิ้วเปลี่ยนแปลงไปตามการเต้นของหัวใจ ส่งผลให้การวัดเส้นทางแสงเปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่ส่วนประกอบอื่นๆ มีความคงที่ตลอดกระบวนการของแสง
เมื่อความยาวคลื่นของแสงถูกนำไปใช้กับผิวหนังชั้นนอกของปลายนิ้ว นิ้วนั้นถือได้ว่าเป็นส่วนผสม ซึ่งประกอบด้วยสองส่วน: สสารคงที่ (เส้นทางแสงคงที่) และสสารไดนามิก (เส้นทางแสงเปลี่ยนตามปริมาตรของ วัสดุ). เมื่อแสงถูกดูดซับโดยเนื้อเยื่อปลายนิ้ว แสงที่ส่งผ่านก็จะได้รับจากเครื่องตรวจจับแสง ความเข้มของแสงที่ส่งผ่านซึ่งเซ็นเซอร์รวบรวมไว้จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากการดูดซับของส่วนประกอบเนื้อเยื่อต่างๆ ของนิ้วของมนุษย์ ตามคุณลักษณะนี้ มีการสร้างแบบจำลองการดูดกลืนแสงที่เทียบเท่ากับนิ้วขึ้น
บุคคลที่เหมาะสม:
เครื่องวัดออกซิเจนในเลือดที่ปลายนิ้วเหมาะสำหรับคนทุกวัย ทั้งเด็ก ผู้ใหญ่ ผู้สูงอายุ ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดหัวใจ ความดันโลหิตสูง ไขมันในเลือดสูง ลิ่มเลือดอุดตันในสมอง และโรคหลอดเลือดอื่นๆ และผู้ป่วยโรคหอบหืด หลอดลมอักเสบ หลอดลมอักเสบเรื้อรัง โรคหัวใจปอด และโรคทางเดินหายใจอื่นๆ
เวลาโพสต์: 17 มิ.ย.-2022
