손가락 끝 맥박 산소 측정기는 1940년대에 밀리칸이 COVID-19의 심각성을 나타내는 중요한 지표인 동맥혈의 산소 농도를 모니터링하기 위해 발명했습니다.욘커 이제 손가락 끝 펄스 산소 측정기가 어떻게 작동하는지 설명해 볼까요?
생체 조직의 분광 흡수 특성: 빛이 생체 조직에 조사될 때, 생체 조직이 빛에 미치는 영향은 흡수, 산란, 반사, 형광의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 산란을 제외하면, 빛이 생체 조직을 통과하는 거리는 주로 흡수에 의해 결정됩니다. 빛이 일부 투명한 물질(고체, 액체 또는 기체)을 투과할 때, 특정 주파수 성분이 특정 방향으로 흡수되어 빛의 세기가 크게 감소하는데, 이는 물질이 빛을 흡수하는 현상입니다. 물질이 얼마나 많은 빛을 흡수하는지를 광학 밀도라고 하며, 흡광도라고도 합니다.
빛이 전파되는 전 과정에서 물질이 빛을 흡수하는 개략도. 물질이 흡수하는 빛 에너지의 양은 빛의 세기, 빛 경로의 거리, 빛 경로 단면에 있는 빛을 흡수하는 입자의 수라는 세 가지 요인에 비례합니다. 균일한 물질을 전제로, 빛 경로 단면에 있는 빛을 흡수하는 입자의 수는 단위 부피당 빛을 흡수하는 입자 수, 즉 물질이 빛을 흡수하는 입자 농도로 볼 수 있으며, 램버트 비어의 법칙을 얻을 수 있습니다. 즉, 물질 농도와 단위 부피당 광학 경로 길이, 즉 물질의 빛 흡수 능력은 물질의 빛 흡수 특성에 반응합니다. 즉, 같은 물질의 흡수 스펙트럼 곡선 모양은 동일하며, 흡수 피크의 절대 위치는 농도 차이로 인해 변할 뿐 상대 위치는 변하지 않습니다. 흡수 과정에서 모든 물질의 흡수는 동일 단면적 내에서 발생하며, 흡수 물질들은 서로 관련이 없고 형광 화합물도 존재하지 않으며, 빛에 의한 매질의 특성 변화 현상도 없습니다. 따라서 N개의 흡수 성분을 갖는 용액의 경우, 광학 밀도는 가산적입니다. 광학 밀도의 가산성은 혼합물 내 흡수 성분의 정량 측정에 이론적 근거를 제공합니다.
생물 조직 광학에서 600~1300nm의 스펙트럼 영역은 일반적으로 "생물 분광학의 창"이라고 불리며, 이 대역의 빛은 알려지거나 알려지지 않은 많은 스펙트럼 치료 및 스펙트럼 진단에 특별한 의미를 갖습니다. 적외선 영역에서는 물이 생물 조직에서 주요 광 흡수 물질이 되므로, 시스템이 사용하는 파장은 표적 물질의 광 흡수 정보를 더 잘 얻기 위해 물의 흡수 피크를 피해야 합니다. 따라서 600~950nm의 근적외선 스펙트럼 범위 내에서 광 흡수 능력을 가진 인간 손가락 끝 조직의 주요 구성 요소는 혈액 내 수분, O₂Hb(산소화 헤모글로빈), RHb(환원 헤모글로빈), 그리고 말초 피부 멜라닌 및 기타 조직입니다.
따라서 방출 스펙트럼 데이터를 분석하여 조직 내 측정 대상 성분의 농도에 대한 효과적인 정보를 얻을 수 있습니다. 따라서 O₂Hb와 RHb 농도를 알면 산소 포화도를 알 수 있습니다.산소 포화도 SpO2는 혈액 내 산소 결합 헤모글로빈(HbO2)의 부피 백분율이며, 총 결합 헤모글로빈(Hb)의 백분율, 즉 혈중 산소 농도 펄스인데 왜 펄스 옥시미터라고 불리는 걸까요? 여기에 새로운 개념이 있습니다: 혈류량 맥파. 각 심장 주기 동안 심장의 수축은 대동맥 근위 혈관의 혈압을 상승시켜 혈관 벽을 확장합니다. 반대로, 심장의 이완은 대동맥 근위 혈관의 혈압을 하강시켜 혈관 벽을 수축시킵니다. 심장 주기가 계속 반복됨에 따라 대동맥 근위 혈관의 혈압 변화가 연결된 하류 혈관과 전체 동맥계로 전달되어 전체 동맥 혈관 벽의 지속적인 확장과 수축을 형성합니다. 즉, 심장의 주기적인 박동은 대동맥에서 맥파를 생성하여 동맥계 전체의 혈관 벽을 따라 앞으로 파동을 일으킵니다. 심장이 확장하고 수축할 때마다 동맥계의 압력 변화가 주기적인 맥파를 생성합니다. 이를 맥파라고 합니다. 맥파는 심장 박동, 혈압, 혈류량과 같은 다양한 생리적 정보를 반영할 수 있으며, 이는 인체의 특정 신체적 지표를 비침습적으로 감지하는 데 중요한 정보를 제공합니다.
의학에서 맥파는 일반적으로 압력 맥파와 용적 맥파 두 가지 유형으로 나뉩니다. 압력 맥파는 주로 혈압의 전달을 나타내는 반면, 용적 맥파는 혈류의 주기적인 변화를 나타냅니다. 압력 맥파와 비교하여 용적 맥파는 인체 혈관 및 혈류와 같은 더 중요한 심혈관 정보를 포함합니다. 일반적인 혈류 용적 맥파의 비침습적 검출은 광전 용적 맥파 추적을 통해 달성할 수 있습니다. 특정 파장의 빛을 신체의 측정 부위에 비추면, 빔은 반사 또는 투과 후 광전 센서에 도달합니다. 수신된 빔은 용적 맥파의 효과적인 특성 정보를 전달합니다. 혈액량은 심장의 팽창과 수축에 따라 주기적으로 변하기 때문에, 심장이 이완될 때 혈액량이 가장 적고 혈액이 빛을 흡수할 때 센서는 최대 광량을 감지합니다. 심장이 수축할 때 혈액량은 최대이고 센서가 감지하는 광량은 최소입니다. 혈류 용적 맥파를 직접 측정 데이터로 사용하여 손가락 끝을 비침습적으로 검출할 때, 스펙트럼 측정 부위 선택은 다음 원칙을 따라야 합니다.
1. 혈관의 정맥이 더 풍부해야 하며, 스펙트럼의 전체 물질정보에서 헤모글로빈, ICG 등 유효정보의 비중이 향상되어야 한다.
2. 혈류량 변화의 뚜렷한 특성을 가지고 있어 혈류량 맥파 신호를 효과적으로 수집합니다.
3. 반복성과 안정성이 좋은 인체 스펙트럼을 얻기 위해 조직 특성은 개인차에 덜 영향을 받습니다.
4. 스펙트럼 검출이 용이하고, 피험자의 수용이 용이하여 스트레스 감정으로 인한 심박수 증가, 측정 위치 변화 등의 간섭 요소를 피할 수 있습니다.
사람 손바닥의 혈관 분포 모식도 팔의 위치는 맥파를 거의 감지할 수 없으므로 혈류량 맥파를 감지하기에 적합하지 않습니다. 손목은 요골 동맥에 가까워 압력 맥파 신호가 강하고 피부는 기계적 진동을 일으키기 쉬워 체적 맥파 외에도 피부 반사 맥파 정보를 전달하는 감지 신호로 이어질 수 있습니다. 혈액량 변화의 특성을 정확하게 특성화하기 어렵고 측정 위치에 적합하지 않습니다. 손바닥은 일반적인 임상 채혈 부위 중 하나이지만 뼈가 손가락보다 두껍고 난반사로 수집된 손바닥 체적의 맥파 진폭이 낮습니다. 그림 2-5는 손바닥의 혈관 분포를 보여줍니다. 그림을 관찰하면 손가락 앞부분에 풍부한 모세혈관 네트워크가 있어 인체의 헤모글로빈 함량을 효과적으로 반영할 수 있습니다. 또한 이 위치는 혈류량 변화의 특징이 뚜렷하며 체적 맥파를 측정하는 이상적인 위치입니다. 손가락의 근육과 뼈 조직은 비교적 얇기 때문에 배경 간섭 정보의 영향이 상대적으로 적습니다. 또한, 손가락 끝은 측정하기 쉽고 피검자에게 심리적 부담이 없어 안정적이고 높은 신호대잡음비의 스펙트럼 신호를 얻는 데 도움이 됩니다. 사람의 손가락은 뼈, 손톱, 피부, 조직, 정맥혈, 동맥혈로 구성되어 있습니다. 빛과 상호 작용하는 과정에서 손가락 말초 동맥의 혈액량은 심장 박동에 따라 변하여 광학 경로 측정이 변경됩니다. 반면, 다른 구성 요소는 빛의 전체 과정에서 일정합니다.
특정 파장의 빛이 손가락 끝의 표피에 조사되면, 손가락은 두 부분으로 구성된 혼합물로 볼 수 있습니다. 하나는 정적 물질(광학 경로가 일정함)이고 다른 하나는 동적 물질(광학 경로가 물질의 부피에 따라 변함)입니다. 빛이 손가락 끝 조직에 흡수되면, 투과된 빛은 광검출기에 의해 수신됩니다. 센서에 의해 수집된 투과된 빛의 세기는 사람 손가락의 다양한 조직 구성 요소의 흡수성으로 인해 명백히 약화됩니다. 이러한 특성에 따라 손가락의 빛 흡수에 대한 등가 모델이 확립됩니다.
적합한 사람:
손가락 끝 맥박 산소 측정기어린이, 성인, 노인, 관상동맥 심장질환, 고혈압, 고지혈증, 뇌혈전증 및 기타 혈관 질환이 있는 환자, 천식, 기관지염, 만성 기관지염, 폐심장질환 및 기타 호흡기 질환이 있는 환자를 포함한 모든 연령대의 사람들에게 적합합니다.
게시 시간: 2022년 6월 17일
