Oksimeter denyut nadi ujung jari ditemukan oleh Millikan pada tahun 1940-an untuk memantau konsentrasi oksigen dalam darah arteri, indikator penting dari tingkat keparahan COVID-19.Yonkers Sekarang jelaskan bagaimana cara kerja oksimeter denyut nadi ujung jari?
Karakteristik penyerapan spektral jaringan biologis: Ketika cahaya dipancarkan ke jaringan biologis, efek jaringan biologis terhadap cahaya dapat dibagi menjadi empat kategori, termasuk penyerapan, hamburan, refleksi, dan fluoresensi. Jika hamburan dikecualikan, jarak yang ditempuh cahaya melalui jaringan biologis terutama diatur oleh penyerapan. Ketika cahaya menembus beberapa zat transparan (padat, cair, atau gas), intensitas cahaya berkurang secara signifikan karena penyerapan terarah dari beberapa komponen frekuensi spesifik, yang merupakan fenomena penyerapan cahaya oleh zat. Seberapa banyak cahaya yang diserap suatu zat disebut kerapatan optiknya, juga dikenal sebagai absorbansi.
Diagram skematis penyerapan cahaya oleh materi dalam keseluruhan proses perambatan cahaya, jumlah energi cahaya yang diserap oleh materi berbanding lurus dengan tiga faktor, yaitu intensitas cahaya, jarak lintasan cahaya, dan jumlah partikel penyerap cahaya pada penampang lintasan cahaya. Dengan asumsi material homogen, jumlah partikel penyerap cahaya pada penampang lintasan cahaya dapat dianggap sebagai partikel penyerap cahaya per satuan volume, yaitu konsentrasi partikel penyerap cahaya oleh material, sehingga diperoleh hukum Lambert-Beer: dapat diartikan sebagai konsentrasi material dan panjang lintasan optik per satuan volume kerapatan optik, kemampuan material menyerap cahaya untuk merespons sifat penyerapan cahaya material. Dengan kata lain, bentuk kurva spektrum penyerapan zat yang sama adalah sama, dan posisi absolut puncak penyerapan hanya akan berubah karena perbedaan konsentrasi, tetapi posisi relatifnya akan tetap tidak berubah. Dalam proses penyerapan, penyerapan zat-zat terjadi di dalam volume bagian yang sama, dan zat-zat penyerap tidak saling berhubungan, tidak ada senyawa fluoresen, dan tidak ada fenomena perubahan sifat medium akibat radiasi cahaya. Oleh karena itu, untuk larutan dengan N komponen penyerap, kerapatan optik bersifat aditif. Sifat aditif kerapatan optik memberikan dasar teoritis untuk pengukuran kuantitatif komponen penyerap dalam campuran.
Dalam optik jaringan biologis, wilayah spektral 600 ~ 1300nm biasanya disebut "jendela spektroskopi biologis", dan cahaya dalam pita ini memiliki signifikansi khusus untuk banyak terapi spektral dan diagnosis spektral yang diketahui maupun tidak diketahui. Di wilayah inframerah, air menjadi zat penyerap cahaya dominan dalam jaringan biologis, sehingga panjang gelombang yang diadopsi oleh sistem harus menghindari puncak penyerapan air agar dapat memperoleh informasi penyerapan cahaya dari zat target dengan lebih baik. Oleh karena itu, dalam rentang spektrum inframerah dekat 600-950nm, komponen utama jaringan ujung jari manusia dengan kapasitas penyerapan cahaya meliputi air dalam darah, O2Hb (hemoglobin teroksigenasi), RHb (hemoglobin tereduksi), dan melanin kulit perifer serta jaringan lainnya.
Oleh karena itu, kita dapat memperoleh informasi efektif tentang konsentrasi komponen yang akan diukur dalam jaringan dengan menganalisis data spektrum emisi. Jadi, ketika kita memiliki konsentrasi O2Hb dan RHb, kita mengetahui saturasi oksigen.Saturasi oksigen SpO2Konsentrasi oksigen dalam darah adalah persentase volume hemoglobin teroksigenasi (HbO2) yang terikat oksigen dalam darah sebagai persentase dari total hemoglobin terikat (Hb). Jadi mengapa disebut oksimeter denyut nadi? Berikut konsep barunya: gelombang denyut volume aliran darah. Selama setiap siklus jantung, kontraksi jantung menyebabkan tekanan darah meningkat di pembuluh darah pangkal aorta, yang melebarkan dinding pembuluh darah. Sebaliknya, diastol jantung menyebabkan tekanan darah menurun di pembuluh darah pangkal aorta, yang menyebabkan dinding pembuluh darah berkontraksi. Dengan pengulangan siklus jantung yang terus menerus, perubahan tekanan darah yang konstan di pembuluh darah pangkal aorta akan ditransmisikan ke pembuluh darah hilir yang terhubung dengannya dan bahkan ke seluruh sistem arteri, sehingga membentuk ekspansi dan kontraksi terus menerus dari seluruh dinding pembuluh darah arteri. Artinya, denyut jantung yang periodik menciptakan gelombang denyut di aorta yang merambat ke depan sepanjang dinding pembuluh darah di seluruh sistem arteri. Setiap kali jantung mengembang dan berkontraksi, perubahan tekanan dalam sistem arteri menghasilkan gelombang denyut periodik. Inilah yang kita sebut gelombang denyut. Gelombang denyut dapat mencerminkan banyak informasi fisiologis seperti detak jantung, tekanan darah, dan aliran darah, yang dapat memberikan informasi penting untuk deteksi non-invasif parameter fisik spesifik tubuh manusia.
Dalam bidang kedokteran, gelombang denyut nadi biasanya dibagi menjadi dua jenis: gelombang denyut nadi tekanan dan gelombang denyut nadi volume. Gelombang denyut nadi tekanan terutama mewakili transmisi tekanan darah, sedangkan gelombang denyut nadi volume mewakili perubahan periodik aliran darah. Dibandingkan dengan gelombang denyut nadi tekanan, gelombang denyut nadi volumetrik mengandung informasi kardiovaskular yang lebih penting seperti pembuluh darah dan aliran darah manusia. Deteksi non-invasif gelombang denyut nadi volumetrik aliran darah tipikal dapat dicapai dengan penelusuran gelombang denyut nadi volumetrik fotolistrik. Gelombang cahaya tertentu digunakan untuk menerangi bagian tubuh yang akan diukur, dan berkas cahaya mencapai sensor fotolistrik setelah dipantulkan atau ditransmisikan. Berkas cahaya yang diterima akan membawa informasi karakteristik efektif dari gelombang denyut nadi volumetrik. Karena volume darah berubah secara periodik dengan ekspansi dan kontraksi jantung, ketika jantung berdiastol, volume darah paling kecil, penyerapan cahaya darah paling rendah, dan sensor mendeteksi intensitas cahaya maksimum; ketika jantung berkontraksi, volume darah paling besar dan intensitas cahaya yang dideteksi oleh sensor paling rendah. Dalam deteksi non-invasif ujung jari dengan gelombang denyut nadi volumetrik aliran darah sebagai data pengukuran langsung, pemilihan lokasi pengukuran spektral harus mengikuti prinsip-prinsip berikut.
1. Pembuluh darah vena harus lebih banyak, dan proporsi informasi efektif seperti hemoglobin dan ICG dalam total informasi material dalam spektrum harus ditingkatkan.
2. Memiliki karakteristik perubahan volume aliran darah yang jelas untuk secara efektif mengumpulkan sinyal gelombang pulsa volume.
3. Untuk mendapatkan spektrum manusia dengan pengulangan dan stabilitas yang baik, karakteristik jaringan kurang dipengaruhi oleh perbedaan individu.
4. Deteksi spektral mudah dilakukan, dan mudah diterima oleh subjek, sehingga menghindari faktor gangguan seperti detak jantung yang cepat dan pergerakan posisi pengukuran yang disebabkan oleh emosi stres.
Diagram skematis distribusi pembuluh darah di telapak tangan manusia. Posisi lengan hampir tidak dapat mendeteksi gelombang denyut nadi, sehingga tidak cocok untuk deteksi gelombang denyut nadi volume aliran darah; Pergelangan tangan dekat dengan arteri radialis, sinyal gelombang denyut nadi tekanan kuat, kulit mudah menghasilkan getaran mekanis, dapat menyebabkan sinyal deteksi selain gelombang denyut nadi volume juga membawa informasi denyut nadi pantulan kulit, sulit untuk secara akurat mengkarakterisasi karakteristik perubahan volume darah, tidak cocok untuk posisi pengukuran; Meskipun telapak tangan adalah salah satu lokasi pengambilan darah klinis yang umum, tulangnya lebih tebal daripada jari, dan amplitudo gelombang denyut nadi volume telapak tangan yang dikumpulkan oleh pantulan difus lebih rendah. Gambar 2-5 menunjukkan distribusi pembuluh darah di telapak tangan. Mengamati gambar tersebut, dapat dilihat bahwa terdapat jaringan kapiler yang melimpah di bagian depan jari, yang secara efektif dapat mencerminkan kandungan hemoglobin dalam tubuh manusia. Selain itu, posisi ini memiliki karakteristik perubahan volume aliran darah yang jelas, dan merupakan posisi pengukuran gelombang denyut nadi volume yang ideal. Jaringan otot dan tulang jari relatif tipis, sehingga pengaruh informasi interferensi latar belakang relatif kecil. Selain itu, ujung jari mudah diukur, dan subjek tidak memiliki beban psikologis, yang kondusif untuk mendapatkan sinyal spektral dengan rasio sinyal-ke-derau yang tinggi dan stabil. Jari manusia terdiri dari tulang, kuku, kulit, jaringan, darah vena, dan darah arteri. Dalam proses interaksi dengan cahaya, volume darah di arteri perifer jari berubah seiring dengan detak jantung, sehingga mengakibatkan perubahan jalur optik pengukuran. Sementara komponen lainnya tetap konstan dalam keseluruhan proses interaksi dengan cahaya.
Ketika panjang gelombang cahaya tertentu dipancarkan ke epidermis ujung jari, jari dapat dianggap sebagai campuran yang terdiri dari dua bagian: materi statis (jalur optik konstan) dan materi dinamis (jalur optik berubah sesuai dengan volume material). Ketika cahaya diserap oleh jaringan ujung jari, cahaya yang ditransmisikan diterima oleh fotodetektor. Intensitas cahaya yang ditransmisikan yang dikumpulkan oleh sensor jelas teredam karena daya serap berbagai komponen jaringan jari manusia. Berdasarkan karakteristik ini, model ekivalen penyerapan cahaya jari pun dibuat.
Orang yang tepat:
Oksimeter denyut nadi ujung jariCocok untuk semua usia, termasuk anak-anak, dewasa, lansia, pasien dengan penyakit jantung koroner, hipertensi, hiperlipidemia, trombosis serebral dan penyakit pembuluh darah lainnya, serta pasien dengan asma, bronkitis, bronkitis kronis, penyakit jantung paru dan penyakit pernapasan lainnya.
Waktu posting: 17 Juni 2022
