თითის პულსოქსიმეტრი გამოიგონა მილიკანმა 1940-იან წლებში არტერიულ სისხლში ჟანგბადის კონცენტრაციის მონიტორინგისთვის, რაც COVID-19-ის სიმძიმის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია.იონკერი ახლა განმარტავს, როგორ მუშაობს თითის პულსოქსიმეტრი?
ბიოლოგიური ქსოვილის შთანთქმის სპექტრული მახასიათებლები: როდესაც სინათლე ეცემა ბიოლოგიურ ქსოვილს, ბიოლოგიური ქსოვილის ეფექტი სინათლეზე შეიძლება დაიყოს ოთხ კატეგორიად, მათ შორის შთანთქმის, გაფანტვის, არეკვლისა და ფლუორესცენციის ჩათვლით. ქსოვილი ძირითადად რეგულირდება აბსორბციით.როდესაც სინათლე შეაღწევს ზოგიერთ გამჭვირვალე ნივთიერებას (მყარი, თხევადი ან აირისებრი), სინათლის ინტენსივობა მნიშვნელოვნად მცირდება ზოგიერთი სპეციფიკური სიხშირის კომპონენტის მიზანმიმართული შთანთქმის გამო, რაც არის ნივთიერებების მიერ სინათლის შთანთქმის ფენომენი.რამდენ სინათლეს შთანთქავს ნივთიერება ეწოდება მის ოპტიკურ სიმკვრივეს, ასევე ცნობილია როგორც შთანთქმა.
სინათლის გავრცელების პროცესში მატერიის მიერ სინათლის შთანთქმის სქემატური დიაგრამა, მატერიის მიერ შთანთქმული სინათლის ენერგიის რაოდენობა პროპორციულია სამი ფაქტორის, ეს არის სინათლის ინტენსივობა, სინათლის ბილიკის მანძილი და სინათლის შთამნთქმელი ნაწილაკების რაოდენობა. სინათლის ბილიკის განივი მონაკვეთი.ერთგვაროვანი მასალის საფუძველზე, სინათლის ბილიკის ნომერი სინათლის შთამნთქმელი ნაწილაკები ჯვარედინი მონაკვეთზე შეიძლება ჩაითვალოს სინათლის შთამნთქმელ ნაწილაკებად ერთეულ მოცულობით, კერძოდ, მასალის შეწოვის მსუბუქი ნაწილაკების კონცენტრაცია, შეიძლება მიიღოთ ლამბერტის ლუდის კანონი: შეიძლება განიმარტოს, როგორც მასალის კონცენტრაცია და ოპტიკური ბილიკის სიგრძე ოპტიკური სიმკვრივის მოცულობის ერთეულზე, მასალის შეწოვის სინათლის უნარი რეაგირება მოახდინოს მასალის შეწოვის სინათლის ბუნებაზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთი და იგივე ნივთიერების შთანთქმის სპექტრის მრუდის ფორმა იგივეა და აბსოლუტური პოზიცია. შთანთქმის პიკი შეიცვლება მხოლოდ განსხვავებული კონცენტრაციის გამო, მაგრამ ფარდობითი პოზიცია უცვლელი დარჩება.შთანთქმის პროცესში, ნივთიერებების შეწოვა ხდება ერთი და იმავე მონაკვეთის მოცულობაში და შთამნთქმელი ნივთიერებები ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული, არ არსებობს ფლუორესცენტური ნაერთები და არ არსებობს გარემოს თვისებების შეცვლის ფენომენი იმის გამო, რომ სინათლის გამოსხივება.ამიტომ, N შთანთქმის კომპონენტების მქონე ხსნარისთვის, ოპტიკური სიმკვრივე არის დანამატი.ოპტიკური სიმკვრივის დანამატობა იძლევა თეორიულ საფუძველს ნარევებში შთამნთქმელი კომპონენტების რაოდენობრივი გაზომვისთვის.
ბიოლოგიურ ქსოვილის ოპტიკაში 600 ~ 1300 ნმ სპექტრულ რეგიონს ჩვეულებრივ უწოდებენ "ბიოლოგიური სპექტროსკოპიის ფანჯარას" და ამ ზოლში შუქს განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს მრავალი ცნობილი და უცნობი სპექტრალური თერაპიისა და სპექტრული დიაგნოზისთვის.ინფრაწითელ რეგიონში წყალი ხდება დომინანტური სინათლის შთამნთქმელი ნივთიერება ბიოლოგიურ ქსოვილებში, ამიტომ სისტემის მიერ მიღებული ტალღის სიგრძე თავიდან უნდა აიცილოს წყლის შთანთქმის პიკი, რათა უკეთ მივიღოთ სამიზნე ნივთიერების სინათლის შთანთქმის ინფორმაცია.ამიტომ, ახლო ინფრაწითელი სპექტრის დიაპაზონში 600-950 ნმ, ადამიანის თითის წვერის ქსოვილის ძირითადი კომპონენტები მსუბუქი შთანთქმის უნარით მოიცავს წყალს სისხლში, O2Hb (ჟანგბადიანი ჰემოგლობინი), RHb (შემცირებული ჰემოგლობინი) და პერიფერიული კანის მელანინს და სხვა ქსოვილებს.
აქედან გამომდინარე, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ ეფექტური ინფორმაცია ქსოვილში გასაზომი კომპონენტის კონცენტრაციის შესახებ ემისიის სპექტრის მონაცემების ანალიზით.ასე რომ, როდესაც გვაქვს O2Hb და RHb კონცენტრაციები, ჩვენ ვიცით ჟანგბადის გაჯერება.ჟანგბადის გაჯერება SpO2არის სისხლში ჟანგბადთან დაკავშირებული ჟანგბადით შეკრული ჰემოგლობინის (HbO2) მოცულობის პროცენტი მთლიანი შემაკავშირებელი ჰემოგლობინის (Hb) პროცენტულად, სისხლში ჟანგბადის პულსის კონცენტრაცია, რატომ ჰქვია მას პულსოქსიმეტრი?აქ არის ახალი კონცეფცია: სისხლის ნაკადის მოცულობის პულსის ტალღა.ყოველი გულის ციკლის დროს გულის შეკუმშვა იწვევს არტერიული წნევის მატებას აორტის ფესვის სისხლძარღვებში, რაც აფართოებს სისხლძარღვის კედელს.პირიქით, გულის დიასტოლა იწვევს არტერიული წნევის დაცემას აორტის ფესვის სისხლძარღვებში, რაც იწვევს სისხლძარღვის კედლის შეკუმშვას.გულის ციკლის უწყვეტი განმეორებით, აორტის ფესვის სისხლძარღვებში არტერიული წნევის მუდმივი ცვლილება გადაეცემა მასთან დაკავშირებულ ქვედა დინებაში სისხლძარღვებს და მთელ არტერიულ სისტემასაც კი, რითაც წარმოიქმნება მუდმივი გაფართოება და შეკუმშვა. მთელი არტერიული სისხლძარღვთა კედელი.ანუ, გულის პერიოდული ცემა ქმნის პულსურ ტალღებს აორტაში, რომელიც ტალღოვანია სისხლძარღვების კედლების გასწვრივ მთელ არტერიულ სისტემაში.ყოველ ჯერზე, როდესაც გული ფართოვდება და იკუმშება, არტერიულ სისტემაში წნევის ცვლილება წარმოქმნის პერიოდულ პულსის ტალღას.ეს არის ის, რასაც ჩვენ ვუწოდებთ პულსის ტალღას.პულსის ტალღას შეუძლია ასახოს მრავალი ფიზიოლოგიური ინფორმაცია, როგორიცაა გული, არტერიული წნევა და სისხლის ნაკადი, რამაც შეიძლება უზრუნველყოს მნიშვნელოვანი ინფორმაცია ადამიანის სხეულის სპეციფიკური ფიზიკური პარამეტრების არაინვაზიური გამოვლენისთვის.
მედიცინაში, პულსის ტალღა ჩვეულებრივ იყოფა წნევის პულსის ტალღად და მოცულობითი პულსის ტალღად ორ ტიპად.წნევის პულსის ტალღა ძირითადად წარმოადგენს არტერიული წნევის გადაცემას, ხოლო მოცულობითი პულსის ტალღა წარმოადგენს სისხლის ნაკადის პერიოდულ ცვლილებებს.წნევის პულსის ტალღასთან შედარებით, მოცულობითი პულსის ტალღა შეიცავს უფრო მნიშვნელოვან გულ-სისხლძარღვთა ინფორმაციას, როგორიცაა ადამიანის სისხლძარღვები და სისხლის ნაკადი.ტიპიური სისხლის ნაკადის მოცულობის იმპულსური ტალღის არაინვაზიური გამოვლენა შეიძლება მიღწეული იყოს ფოტოელექტრული მოცულობითი პულსის ტალღის მიკვლევით.სინათლის სპეციფიკური ტალღა გამოიყენება სხეულის საზომი ნაწილის გასანათებლად და სხივი აღწევს ფოტოელექტრიკულ სენსორს ასახვის ან გადაცემის შემდეგ.მიღებული სხივი ატარებს მოცულობითი პულსის ტალღის ეფექტურ მახასიათებელ ინფორმაციას.იმის გამო, რომ სისხლის მოცულობა პერიოდულად იცვლება გულის გაფართოებასთან და შეკუმშვასთან ერთად, როდესაც გულის დიასტოლია, სისხლის მოცულობა არის ყველაზე მცირე, სისხლის შთანთქმის სინათლის, სენსორმა აღმოაჩინა სინათლის მაქსიმალური ინტენსივობა;როდესაც გული იკუმშება, მოცულობა მაქსიმალურია და სენსორის მიერ გამოვლენილი სინათლის ინტენსივობა მინიმალურია.თითის წვერების არაინვაზიური გამოვლენისას სისხლის ნაკადის მოცულობის პულსის ტალღით, როგორც პირდაპირი გაზომვის მონაცემებით, სპექტრული გაზომვის ადგილის შერჩევა უნდა შეესაბამებოდეს შემდეგ პრინციპებს
1. სისხლძარღვების ვენები უნდა იყოს უფრო უხვი და უნდა გაუმჯობესდეს ეფექტური ინფორმაციის პროპორცია, როგორიცაა ჰემოგლობინი და ICG მთლიან მატერიალურ ინფორმაციას სპექტრში.
2. მას აქვს სისხლის ნაკადის მოცულობის ცვლილების აშკარა მახასიათებლები, რათა ეფექტურად შეაგროვოს მოცულობის პულსის ტალღის სიგნალი
3. იმისათვის, რომ მივიღოთ ადამიანის სპექტრი კარგი განმეორებადობით და სტაბილურობით, ქსოვილის მახასიათებლებზე ნაკლებად მოქმედებს ინდივიდუალური განსხვავებები.
4. ადვილია სპექტრული გამოვლენის განხორციელება და ადვილად მისაღები სუბიექტის მიერ, რათა თავიდან იქნას აცილებული ჩარევის ფაქტორები, როგორიცაა სწრაფი გულისცემა და საზომი პოზიციის მოძრაობა, გამოწვეული სტრესის ემოციით.
ადამიანის ხელის გულში სისხლძარღვთა განაწილების სქემატური დიაგრამა მკლავის პოზიცია ძნელად ამოიცნობს პულსის ტალღას, ამიტომ იგი არ არის შესაფერისი სისხლის ნაკადის მოცულობის პულსის ტალღის გამოსავლენად;მაჯა არის რადიალურ არტერიასთან ახლოს, წნევის პულსის ტალღის სიგნალი ძლიერია, კანი ადვილად წარმოქმნის მექანიკურ ვიბრაციას, შეიძლება გამოიწვიოს გამოვლენის სიგნალი მოცულობის პულსის ტალღის გარდა, ასევე ატარებს კანის ასახვის პულსის ინფორმაციას, ძნელია ზუსტად ახასიათებს სისხლის მოცულობის ცვლილების მახასიათებლებს, არ არის შესაფერისი საზომი პოზიციისთვის;მიუხედავად იმისა, რომ პალმა სისხლის აღების ერთ-ერთი გავრცელებული ადგილია, მისი ძვალი თითზე სქელია და დიფუზური ანარეკლებით შეგროვებული პალმის მოცულობის პულსის ტალღის ამპლიტუდა უფრო დაბალია.სურათი 2-5 გვიჩვენებს სისხლძარღვების განაწილებას ხელისგულში.ფიგურაზე დაკვირვებით ჩანს, რომ თითის წინა ნაწილში არის უხვი კაპილარული ქსელები, რომლებიც ეფექტურად ასახავს ჰემოგლობინის შემცველობას ადამიანის ორგანიზმში.უფრო მეტიც, ამ პოზიციას აქვს სისხლის ნაკადის მოცულობის ცვლილების აშკარა მახასიათებლები და არის მოცულობის პულსის ტალღის საზომი იდეალური პოზიცია.თითების კუნთოვანი და ძვლოვანი ქსოვილები შედარებით თხელია, ამიტომ ფონური ჩარევის ინფორმაციის გავლენა შედარებით მცირეა.გარდა ამისა, თითის წვერის გაზომვა მარტივია და სუბიექტს არ გააჩნია ფსიქოლოგიური დატვირთვა, რაც ხელს უწყობს სტაბილური მაღალი სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობის სპექტრული სიგნალის მიღებას.ადამიანის თითი შედგება ძვლის, ფრჩხილის, კანის, ქსოვილის, ვენური და არტერიული სისხლისგან.სინათლესთან ურთიერთქმედების პროცესში თითის პერიფერიულ არტერიაში სისხლის მოცულობა იცვლება გულისცემასთან ერთად, რის შედეგადაც იცვლება ოპტიკური ბილიკის გაზომვა.მაშინ როცა სხვა კომპონენტები მუდმივია სინათლის მთელ პროცესში.
როდესაც სინათლის კონკრეტული ტალღის სიგრძე ვრცელდება თითის ეპიდერმისზე, თითი შეიძლება ჩაითვალოს ნარევად, რომელიც მოიცავს ორ ნაწილად: სტატიკური მატერია (ოპტიკური გზა მუდმივია) და დინამიური მატერია (ოპტიკური ბილიკი იცვლება მოცულობით. მასალა).როდესაც სინათლე შეიწოვება თითის წვერის ქსოვილით, გადაცემულ სინათლეს იღებს ფოტოდეტექტორი.სენსორის მიერ შეგროვებული გადაცემული სინათლის ინტენსივობა აშკარად შესუსტებულია ადამიანის თითების სხვადასხვა ქსოვილის კომპონენტების შთანთქმის გამო.ამ მახასიათებლის მიხედვით დგინდება თითის სინათლის შთანთქმის ექვივალენტური მოდელი.
შესაფერისი ადამიანი:
თითის პულსოქსიმეტრიგანკუთვნილია ყველა ასაკის ადამიანებისთვის, მათ შორის ბავშვებისთვის, მოზრდილებისთვის, მოხუცებისთვის, გულის კორონარული დაავადების, ჰიპერტენზიის, ჰიპერლიპიდემიის, ცერებრალური თრომბოზის და სხვა სისხლძარღვთა დაავადებების მქონე პაციენტებისთვის და ასთმის, ბრონქიტის, ქრონიკული ბრონქიტის, ფილტვის გულის და სხვა რესპირატორული დაავადებების მქონე პაციენტებისთვის.
გამოქვეყნების დრო: ივნ-17-2022
