L'oxymètre de pouls du bout des doigts a été inventé par Millikan dans les années 1940 pour surveiller la concentration d'oxygène dans le sang artériel, un indicateur important de la gravité du COVID-19.Yonker explique maintenant comment fonctionne l'oxymètre de pouls du bout des doigts ?
Caractéristiques d'absorption spectrale des tissus biologiques : lorsque la lumière est irradiée sur un tissu biologique, l'effet du tissu biologique sur la lumière peut être divisé en quatre catégories, notamment l'absorption, la diffusion, la réflexion et la fluorescence. Si la diffusion est exclue, la distance parcourue par la lumière à travers les tissus biologiques. le tissu est principalement régi par l’absorption.Lorsque la lumière pénètre dans certaines substances transparentes (solides, liquides ou gazeux), l'intensité de la lumière diminue considérablement en raison de l'absorption ciblée de certaines composantes de fréquence spécifiques, qui est le phénomène d'absorption de la lumière par les substances.La quantité de lumière qu’une substance absorbe s’appelle sa densité optique, également appelée absorbance.
Diagramme schématique de l'absorption de la lumière par la matière dans l'ensemble du processus de propagation de la lumière, la quantité d'énergie lumineuse absorbée par la matière est proportionnelle à trois facteurs, à savoir l'intensité lumineuse, la distance du trajet lumineux et le nombre de particules absorbant la lumière sur la section transversale du trajet lumineux.Sur la base d'un matériau homogène, le nombre de particules absorbant la lumière sur la section transversale peut être considéré comme des particules absorbant la lumière par unité de volume, à savoir la concentration de particules légères d'aspiration du matériau, peut obtenir la loi de la bière de Lambert : peut être interprétée comme la concentration du matériau et longueur du chemin optique par unité de volume de densité optique, capacité de la lumière d'aspiration du matériau à répondre à la nature de la lumière d'aspiration du matériau. En d'autres termes, la forme de la courbe du spectre d'absorption de la même substance est la même et la position absolue du Le pic d'absorption ne changera qu'en raison de la concentration différente, mais la position relative restera inchangée.Dans le processus d'absorption, l'absorption des substances a lieu dans le volume de la même section, et les substances absorbantes ne sont pas liées les unes aux autres, et aucun composé fluorescent n'existe, et il n'y a aucun phénomène de modification des propriétés du milieu dû à rayonnement lumineux.Par conséquent, pour la solution à N composants d’absorption, la densité optique est additive.L'additivité de la densité optique fournit une base théorique pour la mesure quantitative des composants absorbants dans les mélanges.
En optique des tissus biologiques, la région spectrale de 600 ~ 1 300 nm est généralement appelée « la fenêtre de la spectroscopie biologique », et la lumière dans cette bande a une signification particulière pour de nombreuses thérapies spectrales et diagnostics spectraux connus et inconnus.Dans la région infrarouge, l'eau devient la substance absorbant la lumière dominante dans les tissus biologiques, de sorte que la longueur d'onde adoptée par le système doit éviter le pic d'absorption de l'eau afin de mieux obtenir les informations d'absorption de la lumière de la substance cible.Par conséquent, dans la plage du spectre proche infrarouge de 600 à 950 nm, les principaux composants du tissu du bout du doigt humain ayant une capacité d'absorption de la lumière comprennent l'eau dans le sang, l'O2Hb (hémoglobine oxygénée), le RHb (hémoglobine réduite) et la mélanine cutanée périphérique et d'autres tissus.
Par conséquent, nous pouvons obtenir des informations efficaces sur la concentration du composant à mesurer dans le tissu en analysant les données du spectre d’émission.Ainsi, lorsque nous avons les concentrations d’O2Hb et de RHb, nous connaissons la saturation en oxygène.Saturation en oxygène SpO2est le pourcentage du volume d'hémoglobine oxygénée liée à l'oxygène (HbO2) dans le sang en pourcentage de l'hémoglobine de liaison totale (Hb), la concentration du pouls en oxygène dans le sang, alors pourquoi est-il appelé oxymètre de pouls ?Voici un nouveau concept : l’onde de pouls du débit sanguin.Au cours de chaque cycle cardiaque, la contraction du cœur provoque une augmentation de la pression artérielle dans les vaisseaux sanguins de la racine aortique, ce qui dilate la paroi des vaisseaux sanguins.À l’inverse, la diastole cardiaque entraîne une baisse de la pression artérielle dans les vaisseaux sanguins de la racine aortique, ce qui entraîne la contraction de la paroi des vaisseaux sanguins.Avec la répétition continue du cycle cardiaque, le changement constant de la pression artérielle dans les vaisseaux sanguins de la racine aortique sera transmis aux vaisseaux en aval qui y sont connectés et même à l'ensemble du système artériel, formant ainsi l'expansion et la contraction continues de la racine aortique. paroi vasculaire artérielle entière.Autrement dit, les battements périodiques du cœur créent des ondes de pouls dans l’aorte qui se propagent le long des parois des vaisseaux sanguins dans tout le système artériel.Chaque fois que le cœur se dilate et se contracte, un changement de pression dans le système artériel produit une onde de pouls périodique.C'est ce que nous appelons l'onde de pouls.L'onde de pouls peut refléter de nombreuses informations physiologiques telles que le cœur, la pression artérielle et le débit sanguin, qui peuvent fournir des informations importantes pour la détection non invasive de paramètres physiques spécifiques du corps humain.
En médecine, l'onde de pouls est généralement divisée en deux types d'onde de pouls de pression et d'onde de pouls de volume.L’onde de pouls de pression représente principalement la transmission de la pression artérielle, tandis que l’onde de pouls de volume représente les changements périodiques du flux sanguin.Par rapport à l'onde de pouls de pression, l'onde de pouls volumétrique contient des informations cardiovasculaires plus importantes telles que les vaisseaux sanguins humains et le flux sanguin.La détection non invasive de l'onde de pouls typique du volume du flux sanguin peut être réalisée par le traçage photoélectrique de l'onde de pouls volumétrique.Une onde lumineuse spécifique est utilisée pour éclairer la partie de mesure du corps, et le faisceau atteint le capteur photoélectrique après réflexion ou transmission.Le faisceau reçu transportera les informations caractéristiques effectives de l’onde de pouls volumétrique.Parce que le volume sanguin change périodiquement avec l'expansion et la contraction du cœur, lorsque la diastole cardiaque, le volume sanguin est le plus petit, l'absorption sanguine de la lumière, le capteur a détecté l'intensité lumineuse maximale ;Lorsque le cœur se contracte, le volume est maximum et l'intensité lumineuse détectée par le capteur est minimale.Dans la détection non invasive du bout des doigts avec l'onde de pouls du volume du flux sanguin comme données de mesure directe, la sélection du site de mesure spectrale doit suivre les principes suivants
1. Les veines des vaisseaux sanguins devraient être plus abondantes et la proportion d'informations efficaces telles que l'hémoglobine et l'ICG dans l'information matérielle totale du spectre devrait être améliorée
2. Il présente des caractéristiques évidentes de changement de volume du flux sanguin pour collecter efficacement le signal d'onde de pouls de volume
3. Afin d'obtenir le spectre humain avec une bonne répétabilité et stabilité, les caractéristiques des tissus sont moins affectées par les différences individuelles.
4. Il est facile d'effectuer une détection spectrale et d'être accepté par le sujet, afin d'éviter les facteurs d'interférence tels qu'une fréquence cardiaque rapide et un mouvement de position de mesure provoqués par l'émotion de stress.
Diagramme schématique de la distribution des vaisseaux sanguins dans la paume humaine. La position du bras peut difficilement détecter l'onde de pouls, elle ne convient donc pas à la détection de l'onde de pouls du volume du flux sanguin ;Le poignet est près de l'artère radiale, le signal d'onde de pouls de pression est fort, la peau est facile à produire des vibrations mécaniques, peut conduire au signal de détection en plus de l'onde de pouls de volume qui transporte également des informations d'impulsion de réflexion cutanée, il est difficile de déterminer avec précision caractériser les caractéristiques du changement de volume sanguin, ne convient pas à la position de mesure ;Bien que la paume soit l'un des sites de prélèvement sanguin cliniques les plus courants, son os est plus épais que le doigt et l'amplitude de l'onde de pouls du volume de la paume collectée par réflexion diffuse est plus faible.La figure 2-5 montre la répartition des vaisseaux sanguins dans la paume.En observant la figure, on peut voir qu'il existe d'abondants réseaux capillaires dans la partie antérieure du doigt, qui peuvent refléter efficacement la teneur en hémoglobine du corps humain.De plus, cette position présente des caractéristiques évidentes de changement de volume du flux sanguin et constitue la position de mesure idéale de l’onde de pouls volumique.Les tissus musculaires et osseux des doigts sont relativement fins, de sorte que l'influence des informations d'interférence de fond est relativement faible.De plus, le bout du doigt est facile à mesurer et le sujet n'a aucune charge psychologique, ce qui est propice à l'obtention d'un signal spectral stable à rapport signal/bruit élevé.Le doigt humain est constitué d’os, d’ongles, de peau, de tissus, de sang veineux et de sang artériel.Au cours du processus d'interaction avec la lumière, le volume sanguin dans l'artère périphérique du doigt change avec les battements cardiaques, entraînant une modification de la mesure du trajet optique.Alors que les autres composants sont constants dans tout le processus de lumière.
Lorsqu'une longueur d'onde particulière de lumière est appliquée sur l'épiderme du bout du doigt, le doigt peut être considéré comme un mélange comprenant deux parties : la matière statique (le chemin optique est constant) et la matière dynamique (le chemin optique change avec le volume du corps). matériel).Lorsque la lumière est absorbée par le tissu du bout du doigt, la lumière transmise est reçue par un photodétecteur.L'intensité de la lumière transmise collectée par le capteur est évidemment atténuée en raison de la capacité d'absorption des divers composants tissulaires des doigts humains.Selon cette caractéristique, le modèle équivalent d’absorption de la lumière par les doigts est établi.
Personne appropriée :
Oxymètre de pouls du bout des doigtsconvient aux personnes de tous âges, y compris les enfants, les adultes, les personnes âgées, les patients souffrant de maladie coronarienne, d'hypertension, d'hyperlipidémie, de thrombose cérébrale et d'autres maladies vasculaires et les patients souffrant d'asthme, de bronchite, de bronchite chronique, de maladie cardiaque pulmonaire et d'autres maladies respiratoires.
Heure de publication : 17 juin 2022
