اخترع ميليكان مقياس التأكسج النبضي بطرف الإصبع في الأربعينيات من القرن الماضي لمراقبة تركيز الأكسجين في الدم الشرياني، وهو مؤشر مهم لخطورة كوفيد-19.يونكر يشرح الآن كيف يعمل مقياس التأكسج النبضي بطرف الإصبع؟
خصائص الامتصاص الطيفي للأنسجة البيولوجية: عندما يتم تشعيع الضوء إلى الأنسجة البيولوجية، يمكن تقسيم تأثير الأنسجة البيولوجية على الضوء إلى أربع فئات، بما في ذلك الامتصاص والتشتت والانعكاس والفلورة. وإذا تم استبعاد التشتت، فإن المسافة التي يقطعها الضوء عبر الأنسجة البيولوجية يتم التحكم في الأنسجة بشكل أساسي عن طريق الامتصاص.عندما يخترق الضوء بعض المواد الشفافة (الصلبة أو السائلة أو الغازية)، تنخفض شدة الضوء بشكل ملحوظ بسبب الامتصاص المستهدف لبعض مكونات التردد المحددة، وهي ظاهرة امتصاص الضوء بواسطة المواد.تسمى كمية الضوء التي تمتصها المادة بالكثافة الضوئية، والمعروفة أيضًا باسم الامتصاص.
رسم تخطيطي لامتصاص المادة للضوء في عملية انتشار الضوء بأكملها، تتناسب كمية الطاقة الضوئية التي تمتصها المادة مع ثلاثة عوامل، وهي شدة الضوء، ومسافة مسار الضوء، وعدد الجزيئات الممتصة للضوء المقطع العرضي لمسار الضوء.على أساس مادة متجانسة، يمكن اعتبار الجزيئات الممتصة للضوء في المقطع العرضي كجسيمات ممتصة للضوء لكل وحدة حجم، أي تركيز جسيمات ضوء شفط المواد، يمكن الحصول على قانون بيرة لامبرت: يمكن تفسيره على أنه تركيز المادة و طول المسار البصري لكل وحدة حجم من الكثافة الضوئية، وقدرة ضوء شفط المادة على الاستجابة لطبيعة ضوء شفط المادة. وبعبارة أخرى، فإن شكل منحنى طيف الامتصاص لنفس المادة هو نفسه، والموضع المطلق للمادة سوف تتغير ذروة الامتصاص فقط بسبب اختلاف التركيز، ولكن الموضع النسبي سيبقى دون تغيير.في عملية الامتصاص، يتم امتصاص المواد كلها في حجم القسم نفسه، وتكون المواد الماصة غير مرتبطة ببعضها البعض، ولا توجد مركبات فلورية، ولا توجد ظاهرة تغير خصائص الوسط بسبب الإشعاع الضوئي.لذلك، بالنسبة للمحلول الذي يحتوي على مكونات الامتصاص N، تكون الكثافة الضوئية مضافة.توفر إضافة الكثافة الضوئية أساسًا نظريًا للقياس الكمي للمكونات الماصة في المخاليط.
في بصريات الأنسجة البيولوجية، تسمى المنطقة الطيفية التي تتراوح من 600 إلى 1300 نانومتر عادةً "نافذة التحليل الطيفي البيولوجي"، وللضوء الموجود في هذا النطاق أهمية خاصة للعديد من العلاجات الطيفية والتشخيص الطيفي المعروفة وغير المعروفة.في منطقة الأشعة تحت الحمراء، يصبح الماء هو المادة السائدة التي تمتص الضوء في الأنسجة البيولوجية، لذلك يجب أن يتجنب الطول الموجي الذي يعتمده النظام ذروة امتصاص الماء من أجل الحصول على معلومات امتصاص الضوء للمادة المستهدفة بشكل أفضل.لذلك، ضمن نطاق طيف الأشعة تحت الحمراء القريب من 600-950 نانومتر، تشمل المكونات الرئيسية لأنسجة طرف الإصبع البشرية ذات القدرة على امتصاص الضوء الماء في الدم، O2Hb (الهيموجلوبين المؤكسج)، RHb (الهيموجلوبين المنخفض)، وميلانين الجلد المحيطي والأنسجة الأخرى.
ولذلك، يمكننا الحصول على معلومات فعالة عن تركيز المكون المراد قياسه في الأنسجة من خلال تحليل بيانات طيف الانبعاث.لذلك عندما يكون لدينا تركيزات O2Hb وRHb، فإننا نعرف تشبع الأكسجين.تشبع الأكسجين SpO2هي نسبة حجم الهيموجلوبين المؤكسج المرتبط بالأكسجين (HbO2) في الدم كنسبة مئوية من إجمالي الهيموجلوبين المرتبط بالأكسجين (Hb)، وهو تركيز نبض الأكسجين في الدم، فلماذا سمي بمقياس التأكسج النبضي؟إليك مفهوم جديد: حجم تدفق الدم، موجة النبض.خلال كل دورة قلبية، يؤدي انقباض القلب إلى ارتفاع ضغط الدم في الأوعية الدموية لجذر الأبهر، مما يؤدي إلى توسيع جدار الأوعية الدموية.وعلى العكس من ذلك، يؤدي انبساط القلب إلى انخفاض ضغط الدم في الأوعية الدموية لجذر الأبهر، مما يؤدي إلى انقباض جدار الأوعية الدموية.مع التكرار المستمر للدورة القلبية، فإن التغير المستمر في ضغط الدم في الأوعية الدموية لجذر الأبهر سينتقل إلى الأوعية السفلية المرتبطة به وحتى إلى الجهاز الشرياني بأكمله، وبالتالي يشكل التمدد والانكماش المستمر للأبهر. كامل جدار الأوعية الدموية الشريانية.وهذا يعني أن النبض الدوري للقلب يخلق موجات نبضية في الشريان الأورطي تموج للأمام على طول جدران الأوعية الدموية في جميع أنحاء النظام الشرياني.في كل مرة يتوسع فيها القلب وينقبض، يؤدي التغير في الضغط في النظام الشرياني إلى إنتاج موجة نبضية دورية.وهذا ما نسميه موجة النبض.يمكن أن تعكس موجة النبض العديد من المعلومات الفسيولوجية مثل القلب وضغط الدم وتدفق الدم، والتي يمكن أن توفر معلومات مهمة للكشف غير الجراحي عن المعلمات الفيزيائية المحددة لجسم الإنسان.
في الطب، تنقسم موجة النبض عادة إلى نوعين من موجة نبض الضغط وموجة نبض الحجم.تمثل موجة نبض الضغط بشكل أساسي نقل ضغط الدم، بينما تمثل موجة نبض الحجم التغيرات الدورية في تدفق الدم.بالمقارنة مع موجة نبض الضغط، تحتوي موجة النبض الحجمية على معلومات أكثر أهمية للقلب والأوعية الدموية مثل الأوعية الدموية البشرية وتدفق الدم.يمكن تحقيق الكشف غير الجراحي لموجة النبض لحجم تدفق الدم النموذجي عن طريق تتبع موجة النبض الحجمي الكهروضوئي.يتم استخدام موجة محددة من الضوء لإضاءة جزء القياس من الجسم، ويصل الشعاع إلى المستشعر الكهروضوئي بعد الانعكاس أو الإرسال.سوف يحمل الشعاع المستقبل المعلومات المميزة الفعالة لموجة النبض الحجمية.نظرًا لأن حجم الدم يتغير بشكل دوري مع تمدد القلب وانكماشه، عندما يكون انبساط القلب، يكون حجم الدم أصغر، وامتصاص الدم للضوء، يكتشف المستشعر أقصى شدة للضوء؛عندما ينقبض القلب، يصل مستوى الصوت إلى الحد الأقصى وتكون شدة الضوء التي يكتشفها المستشعر عند الحد الأدنى.في الكشف غير الجراحي لأطراف الأصابع مع موجة نبض حجم تدفق الدم كبيانات قياس مباشرة، يجب أن يتبع اختيار موقع القياس الطيفي المبادئ التالية
1. يجب أن تكون عروق الأوعية الدموية أكثر وفرة، ويجب تحسين نسبة المعلومات الفعالة مثل الهيموجلوبين وICG في إجمالي معلومات المادة في الطيف
2. لديها خصائص واضحة لتغيير حجم تدفق الدم لجمع إشارة موجة نبض الحجم بشكل فعال
3. من أجل الحصول على الطيف البشري مع التكرار والاستقرار الجيد، تكون خصائص الأنسجة أقل تأثراً بالفروق الفردية.
4. من السهل إجراء الكشف الطيفي، ومن السهل أن يتم قبوله من قبل الموضوع، وذلك لتجنب عوامل التداخل مثل معدل ضربات القلب السريع وحركة موضع القياس الناجمة عن مشاعر التوتر.
رسم تخطيطي لتوزيع الأوعية الدموية في راحة اليد البشرية. بالكاد يمكن لموضع الذراع اكتشاف موجة النبض، لذلك فهو غير مناسب للكشف عن موجة النبض بحجم تدفق الدم؛المعصم بالقرب من الشريان الكعبري، إشارة موجة نبض الضغط قوية، من السهل أن ينتج الجلد اهتزازًا ميكانيكيًا، قد يؤدي إلى إشارة الكشف بالإضافة إلى أن موجة نبض الحجم تحمل أيضًا معلومات نبض انعكاس الجلد، فمن الصعب دقة وصف خصائص تغير حجم الدم، غير مناسب لموضع القياس؛على الرغم من أن راحة اليد هي أحد مواقع سحب الدم السريرية الشائعة، إلا أن عظامها أكثر سمكًا من الإصبع، كما أن سعة موجة النبض لحجم راحة اليد المجمعة عن طريق الانعكاس المنتشر أقل.ويبين الشكل 2-5 توزيع الأوعية الدموية في راحة اليد.وبملاحظة الشكل، يمكن ملاحظة وجود شبكات شعرية وفيرة في الجزء الأمامي من الإصبع، والتي يمكن أن تعكس بشكل فعال محتوى الهيموجلوبين في جسم الإنسان.علاوة على ذلك، يتميز هذا الوضع بخصائص واضحة لتغير حجم تدفق الدم، وهو موضع القياس المثالي لموجة نبض الحجم.الأنسجة العضلية والعظام للأصابع رقيقة نسبيًا، وبالتالي فإن تأثير معلومات التداخل في الخلفية يكون صغيرًا نسبيًا.بالإضافة إلى ذلك، من السهل قياس طرف الإصبع، ولا يتحمل الموضوع أي عبء نفسي، مما يفضي إلى الحصول على إشارة طيفية ثابتة بنسبة إشارة إلى ضوضاء عالية.يتكون إصبع الإنسان من العظام والأظافر والجلد والأنسجة والدم الوريدي والدم الشرياني.في عملية التفاعل مع الضوء، يتغير حجم الدم في الشريان المحيطي بالإصبع مع نبض القلب، مما يؤدي إلى تغيير قياس المسار البصري.بينما المكونات الأخرى ثابتة في عملية الضوء برمتها.
عندما يتم تطبيق طول موجي معين من الضوء على بشرة طرف الإصبع، يمكن اعتبار الإصبع خليطًا يشتمل على جزأين: مادة ثابتة (المسار البصري ثابت) والمادة الديناميكية (يتغير المسار البصري مع حجم الضوء). مادة).عندما يمتص نسيج الإصبع الضوء، يتم استقبال الضوء المرسل بواسطة كاشف ضوئي.من الواضح أن شدة الضوء المرسل الذي يجمعه المستشعر تكون مخففة بسبب قابلية امتصاص مكونات الأنسجة المختلفة للأصابع البشرية.ووفقا لهذه الخاصية، تم إنشاء النموذج المكافئ لامتصاص ضوء الإصبع.
الشخص المناسب:
مقياس التأكسج نبض الإصبعمناسب للأشخاص من جميع الأعمار، بما في ذلك الأطفال والبالغين وكبار السن والمرضى الذين يعانون من أمراض القلب التاجية وارتفاع ضغط الدم وفرط شحميات الدم والتخثر الدماغي وأمراض الأوعية الدموية الأخرى والمرضى الذين يعانون من الربو والتهاب الشعب الهوائية والتهاب الشعب الهوائية المزمن وأمراض القلب الرئوية وأمراض الجهاز التنفسي الأخرى.
وقت النشر: 17 يونيو 2022
