אוקסימטר דופק בקצות האצבע הומצא על ידי Millikan בשנות ה-40 כדי לנטר את ריכוז החמצן בדם העורקי, אינדיקטור חשוב לחומרת COVID-19.יונקר כעת מסביר כיצד אוקסימטר דופק קצות האצבעות עובד?
מאפייני ספיגה ספקטרלית של רקמה ביולוגית: כאשר אור מוקרן לרקמה ביולוגית, ניתן לחלק את השפעת הרקמה הביולוגית על האור לארבע קטגוריות, כולל ספיגה, פיזור, השתקפות וקרינה. אם לא נכלל פיזור, המרחק שעובר האור דרך ביולוגית הרקמה נשלטת בעיקר על ידי ספיגה. כאשר האור חודר לחומרים שקופים (מוצקים, נוזליים או גזים), עוצמת האור פוחתת משמעותית כתוצאה מהספיגה הממוקדת של כמה רכיבי תדר ספציפיים, שהיא תופעת הספיגה של האור על ידי חומרים. כמות האור שחומר סופג נקראת הצפיפות האופטית שלו, הידועה גם בשם ספיגה.
דיאגרמה סכמטית של קליטת אור על ידי חומר בכל תהליך התפשטות האור, כמות אנרגיית האור הנספגת בחומר היא פרופורציונלית לשלושה גורמים, שהם עוצמת האור, מרחק נתיב האור ומספר החלקיקים הבולעים אור על החתך של נתיב האור. בהנחה של חומר הומוגני, ניתן להתייחס לחלקיקים סופחי אור בחתך שמספר נתיב האור כחלקיקים בולעי אור ליחידת נפח, כלומר ריכוז חלקיקי אור יניקת חומר, יכולים לקבל חוק בירה למברט: ניתן לפרש כריכוז חומר ו אורך נתיב אופטי ליחידת נפח של צפיפות אופטית, יכולת אור יניקת החומר להגיב לאופי של אור יניקה החומר. במילים אחרות, צורת עקומת ספקטרום הספיגה של אותו חומר זהה, והמיקום המוחלט של שיא הספיגה ישתנה רק בגלל הריכוז השונה, אבל המיקום היחסי יישאר ללא שינוי. בתהליך הספיגה, ספיגת החומרים מתרחשת כולם בנפח של אותו מקטע, והחומרים הסופגים אינם קשורים זה לזה, ואין תרכובות פלואורסצנטיות, ואין תופעה של שינוי תכונות המדיום בגלל קרינת אור. לכן, עבור התמיסה עם רכיבי ספיגה של N, הצפיפות האופטית היא תוסף. התוספת של צפיפות אופטית 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 ברצועה זו יש משמעות מיוחדת להרבה טיפולים ספקטרליים ידועים ולא ידועים ואבחון ספקטרלי. באזור האינפרא אדום, המים הופכים לחומר סופג האור הדומיננטי ברקמות ביולוגיות, ולכן אורך הגל שאומצת המערכת חייב למנוע את שיא הספיגה של המים על מנת לקבל טוב יותר את מידע קליטת האור של חומר המטרה. לכן, בטווח הספקטרום הקרוב לאינפרא אדום של 600-950nm, המרכיבים העיקריים של רקמת קצה האצבע האנושית עם יכולת ספיגת אור כוללים מים בדם, O2Hb (המוגלובין מחומצן), RHb (המוגלובין מופחת) ומלנין בעור היקפי ורקמות אחרות.
לכן, אנו יכולים לקבל את המידע היעיל של ריכוז הרכיב המיועד למדידה ברקמה על ידי ניתוח נתוני ספקטרום הפליטה. אז כשיש לנו את ריכוזי ה-O2Hb וה-RHb, אנו יודעים את ריווי החמצן.ריווי חמצן SpO2האם אחוז נפח ההמוגלובין המחומצן הקשור בחמצן (HbO2) בדם כאחוז מסך ההמוגלובין הקושר (Hb), הוא ריכוז דופק החמצן בדם אז למה זה נקרא דופק אוקסימטר? הנה מושג חדש: גל דופק נפח זרימת הדם. במהלך כל מחזור לב, התכווצות הלב גורמת לעליית לחץ הדם בכלי הדם של שורש אבי העורקים, מה שמרחיב את דופן כלי הדם. לעומת זאת, דיאסטולה של הלב גורמת לירידת לחץ דם בכלי הדם של שורש אבי העורקים, מה שגורם להתכווצות דופן כלי הדם. עם החזרה המתמשכת של מחזור הלב, השינוי המתמיד של לחץ הדם בכלי הדם של שורש אבי העורקים יועבר לכלי המורד הזרם המחוברים אליו ואף לכל מערכת העורקים, ובכך יווצר התרחבות והתכווצות מתמשכים של דופן כלי הדם העורקי כולו. כלומר, הפעימה התקופתית של הלב יוצרת גלי דופק באבי העורקים המתפתלים קדימה לאורך דפנות כלי הדם בכל מערכת העורקים. בכל פעם שהלב מתרחב ומתכווץ, שינוי בלחץ במערכת העורקים מייצר גל דופק תקופתי. לזה אנו קוראים גל הדופק. גל דופק יכול לשקף מידע פיזיולוגי רבים כגון לב, לחץ דם וזרימת דם, שיכולים לספק מידע חשוב לזיהוי לא פולשני של פרמטרים פיזיים ספציפיים של גוף האדם.
ברפואה, גל דופק מתחלק בדרך כלל לגל דופק לחץ וגל דופק נפח לשני סוגים. גל דופק לחץ מייצג בעיקר העברת לחץ דם, בעוד שגל דופק נפח מייצג שינויים תקופתיים בזרימת הדם. בהשוואה לגל דופק לחץ, גל דופק נפח מכיל מידע קרדיווסקולרי חשוב יותר כגון כלי דם אנושיים וזרימת דם. ניתן להשיג את הזיהוי הלא פולשני של גל דופק נפח זרימת דם טיפוסי על ידי מעקב אחר גלי דופק נפחי פוטואלקטרי. גל אור מסוים משמש להארת החלק המדיד של הגוף, והקרן מגיעה לחיישן הפוטואלקטרי לאחר השתקפות או שידור. האלומה המתקבלת תישא את המידע המאפיין האפקטיבי של גל הדופק הנפחי. מכיוון שנפח הדם משתנה מעת לעת עם ההתרחבות וההתכווצות של הלב, כאשר הלב דיאסטולי, נפח הדם הוא הקטן ביותר, ספיגת הדם של האור, החיישן זיהה את עוצמת האור המקסימלית; כאשר הלב מתכווץ, עוצמת הקול היא מקסימלית ועוצמת האור שמזהה החיישן היא מינימלית. בזיהוי לא פולשני של קצות אצבעות עם גל דופק נפח זרימת הדם כנתוני המדידה הישירה, בחירת אתר המדידה הספקטרלית צריכה לפעול לפי העקרונות הבאים
1. הוורידים של כלי הדם צריכים להיות בשפע יותר, ויש לשפר את הפרופורציה של מידע יעיל כמו המוגלובין ו-ICG בכל המידע החומרי בספקטרום
2. יש לו מאפיינים ברורים של שינוי נפח זרימת הדם כדי לאסוף ביעילות אות גל דופק של נפח
3. על מנת להשיג את הספקטרום האנושי עם יכולת חזרה ויציבות טובים, מאפייני הרקמה מושפעים פחות מהבדלים אינדיבידואליים.
4. קל לבצע זיהוי ספקטרלי, וקל להתקבל על ידי הנבדק, כדי למנוע את גורמי ההפרעה כגון דופק מהיר ותנועת מיקום מדידה הנגרמים על ידי רגש הלחץ.
דיאגרמה סכמטית של התפלגות כלי דם בכף היד האנושית מיקום הזרוע בקושי יכול לזהות את גל הדופק, ולכן אינו מתאים לזיהוי גל דופק נפח זרימת הדם; פרק כף היד נמצא ליד העורק הרדיאלי, אות גל דופק הלחץ חזק, קל לייצר רטט מכני לעור, עלול להוביל לאות הזיהוי בנוסף לגל הדופק הנפח גם לשאת מידע דופק השתקפות העור, קשה לדייק לאפיין את המאפיינים של שינוי בנפח הדם, אינו מתאים למצב מדידה; למרות שכף היד היא אחד מאתרי הוצאת הדם הקליניים הנפוצים, העצם שלה עבה יותר מאצבע, ומשרעת גלי הדופק של נפח כף היד שנאספה בהשתקפות מפוזרת נמוכה יותר. איור 2-5 מציג את התפלגות כלי הדם בכף היד. בהתבוננות באיור, ניתן לראות כי בחלק הקדמי של האצבע ישנן רשתות נימיות בשפע, אשר יכולות לשקף ביעילות את תכולת ההמוגלובין בגוף האדם. יתר על כן, למיקום זה יש מאפיינים ברורים של שינוי בנפח זרימת הדם, והוא עמדת המדידה האידיאלית של גל דופק נפח. רקמות השרירים והעצם של האצבעות דקות יחסית, כך שההשפעה של מידע על הפרעות רקע קטנה יחסית. בנוסף, קל למדוד את קצה האצבע, ולנבדק אין עומס פסיכולוגי, מה שמסייע להשיג אות ספקטרלי יציב ויחס אות לרעש גבוה. אצבע אנושית מורכבת מעצם, ציפורן, עור, רקמה, דם ורידי ודם עורקי. בתהליך האינטראקציה עם האור, נפח הדם בעורק ההיקפי של האצבע משתנה עם פעימות הלב, וכתוצאה מכך שינוי מדידת הנתיב האופטי. בעוד ששאר המרכיבים קבועים בכל תהליך האור.
כאשר אורך גל מסוים של אור מוחל על האפידרמיס של קצה האצבע, ניתן להתייחס לאצבע כתערובת, הכוללת שני חלקים: חומר סטטי (הנתיב האופטי קבוע) וחומר דינמי (הנתיב האופטי משתנה עם נפח חוֹמֶר). כאשר האור נספג ברקמת קצות האצבעות, האור המועבר נקלט על ידי פוטו-גלאי. עוצמת האור המועבר שנאסף על ידי החיישן מוחלשת כמובן בשל יכולת הספיגה של רכיבי רקמה שונים של אצבעות אנושיות. על פי מאפיין זה, נקבע המודל המקביל של קליטת אור אצבע.
אדם מתאים:
אוקסימטר דופק בקצות האצבעותמתאים לאנשים בכל הגילאים, לרבות ילדים, מבוגרים, קשישים, חולים עם מחלת לב כלילית, יתר לחץ דם, יתר שומנים בדם, פקקת מוחית ומחלות כלי דם אחרות וחולים עם אסטמה, ברונכיטיס, ברונכיטיס כרונית, מחלות לב ריאתיות ומחלות נשימה אחרות.
זמן פרסום: 17 ביוני 2022
