אוקסימטר דופק באצבע הומצא על ידי מיליקן בשנות ה-40 כדי לנטר את ריכוז החמצן בדם העורקי, מדד חשוב לחומרת נגיף הקורונה.יונקר עכשיו מסביר איך אוקסימטר דופק באצבע עובד?
מאפייני בליעה ספקטרלית של רקמה ביולוגית: כאשר אור מוקרן על רקמה ביולוגית, ניתן לחלק את השפעת הרקמה הביולוגית על האור לארבע קטגוריות, כולל בליעה, פיזור, החזרה ופלואורסצנציה. אם לא שוללים פיזור, המרחק שהאור עובר דרך רקמה ביולוגית נשלט בעיקר על ידי בליעה. כאשר אור חודר חומרים שקופים מסוימים (מוצקים, נוזליים או גזים), עוצמת האור פוחתת משמעותית עקב בליעה ממוקדת של רכיבי תדר ספציפיים, שהיא תופעת בליעת האור על ידי חומרים. כמות האור שחומר סופג נקראת צפיפות אופטית שלו, המכונה גם בליעה.
תרשים סכמטי של בליעת אור על ידי חומר בתהליך התפשטות האור כולו. כמות אנרגיית האור הנספגת על ידי החומר פרופורציונלית לשלושה גורמים: עוצמת האור, מרחק נתיב האור ומספר החלקיקים הבולעים אור בחתך הרוחב של נתיב האור. בהנחת חומר הומוגני, ניתן להתייחס למספר חלקיקי הבולעים אור בחתך הרוחב כחלקיקים בולעי אור ליחידת נפח, כלומר ריכוז חלקיקי אור היניקה של החומר. ניתן לפרש זאת על פי חוק למברט-בר: ניתן לפרש זאת כריכוז החומר ואורך נתיב אופטי ליחידת נפח של צפיפות אופטית, ויכולת אור היניקה של החומר להגיב לאופי אור היניקה של החומר. במילים אחרות, צורת עקומת ספקטרום הבליעה של אותו חומר זהה, והמיקום המוחלט של שיא הבליעה ישתנה רק עקב ריכוז שונה, אך המיקום היחסי יישאר ללא שינוי. בתהליך הבליעה, כל הבליעה של חומרים מתרחשת בנפח של אותו חתך, והחומרים הבולעים אינם קשורים זה לזה, ואין תרכובות פלואורסצנטיות, ואין תופעה של שינוי תכונות התווך עקב קרינת אור. לכן, עבור תמיסה עם רכיבי בליעת חנקן, הצפיפות האופטית היא תוספתית. התוספתיות של הצפיפות האופטית מספקת בסיס תיאורטי למדידה כמותית של רכיבים סופגים בתערובות.
באופטיקה של רקמות ביולוגיות, האזור הספקטרלי של 600 ~ 1300 ננומטר נקרא בדרך כלל "חלון הספקטרוסקופיה הביולוגית", ולאור בפס זה יש משמעות מיוחדת עבור טיפול ספקטרלי ואבחון ספקטרלי רבים, ידועים ולא ידועים. באזור האינפרא אדום, מים הופכים לחומר סופג האור הדומיננטי ברקמות ביולוגיות, ולכן אורך הגל שאומץ על ידי המערכת חייב להימנע משיא הספיגה של מים על מנת לקבל טוב יותר את מידע ספיגת האור של חומר המטרה. לכן, בטווח ספקטרום האינפרא אדום הקרוב של 600-950 ננומטר, המרכיבים העיקריים של רקמת קצה האצבע האנושית בעלי יכולת ספיגת אור כוללים מים בדם, O2Hb (המוגלובין מחומצן), RHb (המוגלובין מופחת) ומלנין עור היקפי ורקמות אחרות.
לכן, אנו יכולים לקבל את המידע האפקטיבי על ריכוז הרכיב שיש למדוד ברקמה על ידי ניתוח נתוני ספקטרום הפליטה. לכן, כאשר יש לנו את ריכוזי O2Hb ו-RHb, אנו יודעים את רוויון החמצן.רוויון חמצן SpO2הוא אחוז נפח ההמוגלובין המחומצן הקשור לחמצן (HbO2) בדם כאחוז מסך ההמוגלובין הקושר (Hb), ריכוז דופק החמצן בדם. אז למה זה נקרא אוקסימטר דופק? הנה מושג חדש: גל דופק נפח זרימת הדם. במהלך כל מחזור לב, התכווצות הלב גורמת ללחץ הדם לעלות בכלי הדם של שורש אבי העורקים, מה שמרחיב את דופן כלי הדם. לעומת זאת, דיאסטולה של הלב גורמת ללחץ הדם לרדת בכלי הדם של שורש אבי העורקים, מה שגורם להתכווצות דופן כלי הדם. עם החזרה המתמדת של מחזור הלב, השינוי המתמיד בלחץ הדם בכלי הדם של שורש אבי העורקים יועבר לכלי הדם במורד הזרם המחוברים אליו ואפילו לכל מערכת העורקים, ובכך יוצר התרחבות והתכווצות מתמשכות של כל דופן כלי הדם העורקיים. כלומר, הפעימות המחזוריות של הלב יוצרת גלי דופק באבי העורקים המתקדמים לאורך דפנות כלי הדם ברחבי מערכת העורקים. בכל פעם שהלב מתרחב ומתכווץ, שינוי בלחץ במערכת העורקים מייצר גל דופק מחזורי. זה מה שאנו מכנים גל דופק. גל דופק יכול לשקף מידע פיזיולוגי רב כגון לב, לחץ דם וזרימת דם, אשר יכול לספק מידע חשוב לגילוי לא פולשני של פרמטרים פיזיים ספציפיים של גוף האדם.
ברפואה, גל דופק מחולק בדרך כלל לשני סוגים: גל דופק לחץ וגל דופק נפח. גל דופק לחץ מייצג בעיקר העברת לחץ דם, בעוד שגל דופק נפח מייצג שינויים תקופתיים בזרימת הדם. בהשוואה לגל דופק לחץ, גל דופק נפחי מכיל מידע קרדיווסקולרי חשוב יותר, כגון כלי דם וזרימת דם אנושיים. זיהוי לא פולשני של גל דופק נפחי טיפוסי של זרימת דם יכול להתבצע באמצעות מעקב פוטואלקטרי אחר גל דופק נפחי. גל אור ספציפי משמש להארת החלק הנמדד בגוף, והקרן מגיעה לחיישן הפוטואלקטרי לאחר החזרה או העברה. הקרן המתקבלת תישא את המידע האופייני האפקטיבי של גל הדופק הנפחי. מכיוון שנפח הדם משתנה מעת לעת עם התרחבות והתכווצות הלב, כאשר הלב נמצא בדיאסטולה, נפח הדם הוא הקטן ביותר, וספיגת האור בדם, החיישן מזהה את עוצמת האור המקסימלית; כאשר הלב מתכווץ, הנפח הוא מקסימלי ועוצמת האור המזוהה על ידי החיישן היא מינימלית. בזיהוי לא פולשני של קצות האצבעות עם גל דופק נפחי זרימת הדם כנתוני המדידה הישירים, בחירת אתר המדידה הספקטרלי צריכה לעקוב אחר העקרונות הבאים.
1. יש לשפר את ורידי כלי הדם, ויש לשפר את חלקם של מידע יעיל כמו המוגלובין ו-ICG במידע החומרי הכולל בספקטרום.
2. יש לו מאפיינים ברורים של שינוי נפח זרימת הדם כדי לאסוף ביעילות אות גל דופק נפח
3. על מנת להשיג את הספקטרום האנושי עם חזרתיות ויציבות טובות, מאפייני הרקמה מושפעים פחות מהבדלים אינדיבידואליים.
4. קל לבצע גילוי ספקטרלי, וקל להתקבל על ידי הנבדק, על מנת להימנע מגורמי הפרעה כגון קצב לב מהיר ותנועת מיקום מדידה הנגרמים על ידי תחושת לחץ.
תרשים סכמטי של פיזור כלי הדם בכף יד אנושית. מיקום הזרוע מתקשה לזהות את גל הדופק, ולכן הוא אינו מתאים לגילוי גל דופק של נפח זרימת הדם; שורש כף היד קרוב לעורק הרדיאלי, אות גל דופק הלחץ חזק, העור מייצר בקלות רטט מכני, מה שעלול לגרום לאות הגילוי, בנוסף לגל דופק הנפח, גם לשאת מידע דופק מהעור, קשה לאפיין במדויק את מאפייני שינוי נפח הדם, והוא אינו מתאים למדידה; למרות שכף היד היא אחד מאתרי נטילת הדם הקליניים הנפוצים, העצם שלה עבה יותר מהאצבע, ומשרעת גל הדופק של נפח כף היד הנאסף על ידי החזרה מפושטת נמוכה יותר. איור 2-5 מציג את פיזור כלי הדם בכף היד. בהתבוננות באיור, ניתן לראות שישנן רשתות נימים רבות בחלק הקדמי של האצבע, שיכולות לשקף ביעילות את תכולת ההמוגלובין בגוף האדם. יתר על כן, למיקום זה מאפיינים ברורים של שינוי נפח זרימת הדם, והוא מיקום המדידה האידיאלי של גל דופק נפח. רקמות השריר והעצם של האצבעות דקות יחסית, ולכן השפעת מידע הפרעות הרקע קטנה יחסית. בנוסף, קל למדוד את קצה האצבע, והנבדק אינו נושא עומס פסיכולוגי, מה שתורם להשגת אות ספקטרלי יציב בעל יחס אות לרעש גבוה. אצבע אנושית מורכבת מעצם, ציפורן, עור, רקמה, דם ורידי ודם עורקי. בתהליך האינטראקציה עם אור, נפח הדם בעורק ההיקפי של האצבע משתנה עם פעימות הלב, וכתוצאה מכך משתנה מדידת הנתיב האופטי. בעוד ששאר הרכיבים נשארים קבועים בכל תהליך האור.
כאשר אורך גל מסוים של אור מופעל על האפידרמיס של קצה האצבע, ניתן להתייחס לאצבע כתערובת, הכוללת שני חלקים: חומר סטטי (הנתיב האופטי קבוע) וחומר דינמי (הנתיב האופטי משתנה עם נפח החומר). כאשר האור נספג על ידי רקמת קצה האצבע, האור המועבר נקלט על ידי גלאי אור. עוצמת האור המועבר הנאסף על ידי החיישן נחלשת באופן ברור עקב יכולת הספיגה של רכיבי רקמה שונים באצבעות אנושיות. בהתאם למאפיין זה, נוצר מודל מקביל של ספיגת אור באצבע.
אדם מתאים:
אוקסימטר דופק בקצה האצבעמתאים לאנשים בכל הגילאים, כולל ילדים, מבוגרים, קשישים, חולים במחלת לב כלילית, יתר לחץ דם, היפרליפידמיה, פקקת מוחית ומחלות כלי דם אחרות וחולים באסתמה, ברונכיט, ברונכיט כרונית, מחלות לב ריאתיות ומחלות נשימה אחרות.
זמן פרסום: 17 ביוני 2022
