손가락 끝 맥박 산소 측정기는 1940년대 밀리컨이 동맥혈의 산소 농도를 측정하기 위해 발명했는데, 이는 코로나19의 중증도를 나타내는 중요한 지표입니다.욘커 이제 손가락 맥박 산소 측정기가 어떻게 작동하는지 설명해 주시겠어요?
생체 조직의 스펙트럼 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 투명한 물질(고체, 액체 또는 기체)을 투과할 때, 특정 주파수 성분의 흡수로 인해 빛의 세기가 크게 감소하는데, 이것이 바로 물질에 의한 빛 흡수 현상입니다. 물질이 흡수하는 빛의 양을 광학 밀도 또는 흡광도라고 합니다.
빛이 전파되는 전 과정에서 물질에 의한 빛 흡수를 도식적으로 나타낸 그림에서, 물질에 흡수되는 빛 에너지의 양은 빛의 강도, 빛의 경로, 그리고 경로 단면상의 흡수 입자 수라는 세 가지 요소에 비례합니다. 균일한 물질을 가정할 때, 경로 단면상의 흡수 입자 수는 단위 부피당 흡수 입자 수, 즉 물질의 흡수 입자 농도로 간주할 수 있으며, 램버트-비어 법칙을 적용할 수 있습니다. 이 법칙은 물질의 농도와 단위 부피당 광경로 길이에 따라 물질의 빛 흡수 능력이 달라진다고 해석할 수 있습니다. 다시 말해, 동일한 물질의 흡수 스펙트럼 곡선의 형태는 동일하며, 흡수 피크의 절대적인 위치만 농도 차이에 따라 변할 뿐 상대적인 위치는 변하지 않습니다. 흡수 과정에서 물질의 흡수는 모두 동일한 부피 내에서 일어나며, 흡수 물질들은 서로 관련이 없고, 형광 화합물도 존재하지 않으며, 빛 조사에 의한 매질의 물성 변화 현상도 없습니다. 따라서 N개의 흡수 성분을 포함하는 용액의 경우, 광학 밀도는 가산적입니다. 광학 밀도의 가산성은 혼합물 내 흡수 성분의 정량적 측정에 대한 이론적 근거를 제공합니다.
생체 조직 광학에서 600~1300nm의 스펙트럼 영역은 일반적으로 "생체 분광학의 창"이라고 불리며, 이 대역의 빛은 알려진 또는 알려지지 않은 많은 스펙트럼 치료 및 스펙트럼 진단에 특별한 의미를 지닙니다. 적외선 영역에서 생체 조직 내 주요 광 흡수 물질은 물이므로, 시스템에서 사용하는 파장은 목표 물질의 광 흡수 정보를 더 잘 얻기 위해 물의 흡수 피크를 피해야 합니다. 따라서 600~950nm의 근적외선 스펙트럼 범위 내에서 인체 손가락 끝 조직의 주요 광 흡수 성분에는 혈액 속의 물, O2Hb(산화 헤모글로빈), RHb(환원 헤모글로빈), 주변 피부의 멜라닌 등이 포함됩니다.
따라서 방출 스펙트럼 데이터를 분석함으로써 조직 내 측정 대상 성분의 농도에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있습니다. 즉, O2Hb와 RHb 농도를 알면 산소 포화도를 알 수 있습니다.산소포화도 SpO2혈중 산소 결합 헤모글로빈(HbO2)의 부피가 전체 결합 헤모글로빈(Hb)에 대한 백분율로 나타낸 것이 바로 맥박 산소측정기입니다. 그렇다면 왜 맥박 산소측정기라고 부를까요? 새로운 개념이 있습니다. 바로 혈류량 맥파입니다. 심장 박동 주기 동안 심장이 수축하면 대동맥 기저부의 혈관 내 혈압이 상승하여 혈관벽이 확장됩니다. 반대로 심장이 이완되면 대동맥 기저부의 혈관 내 혈압이 하강하여 혈관벽이 수축합니다. 심장 박동 주기가 반복되면서 대동맥 기저부 혈관의 혈압 변화는 연결된 하류 혈관과 전체 동맥계로 전달되어 동맥 혈관벽의 지속적인 확장과 수축을 유발합니다. 즉, 심장의 주기적인 박동은 대동맥에 맥파를 생성하고, 이 맥파는 혈관벽을 따라 동맥계 전체로 퍼져 나갑니다. 심장이 수축하고 이완할 때마다 동맥계의 압력 변화가 발생하여 주기적인 맥파가 생성됩니다. 이를 맥파라고 합니다. 맥파는 심장 박동, 혈압, 혈류량 등 다양한 생리적 정보를 반영하며, 인체의 특정 신체 매개변수를 비침습적으로 측정하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.
의학에서 맥파는 일반적으로 압력맥파와 용적맥파 두 가지 유형으로 나뉩니다. 압력맥파는 주로 혈압 전달을 나타내는 반면, 용적맥파는 혈류의 주기적인 변화를 나타냅니다. 압력맥파에 비해 용적맥파는 인체의 혈관 및 혈류와 같은 더 중요한 심혈관 정보를 포함합니다. 전형적인 혈류 용적맥파의 비침습적 검출은 광전 용적맥파 추적을 통해 이루어질 수 있습니다. 특정 파장의 빛을 사용하여 신체의 측정 부위를 비추면, 이 빛은 반사 또는 투과 후 광전 센서에 도달합니다. 수신된 빛은 용적맥파의 유효 특성 정보를 담고 있습니다. 혈액량은 심장의 이완과 수축에 따라 주기적으로 변화하기 때문에, 심장이 이완될 때 혈액량이 가장 적고 혈액의 빛 흡수율이 높아 센서가 최대 광도를 감지합니다. 반대로 심장이 수축할 때 혈액량이 최대가 되고 센서가 감지하는 광도는 최소가 됩니다. 혈류 용적맥파를 직접 측정 데이터로 사용하는 손가락 끝의 비침습적 검출에서, 스펙트럼 측정 부위 선택은 다음 원칙을 따라야 합니다.
1. 혈관의 정맥이 더 풍부해야 하며, 스펙트럼 내 전체 물질 정보에서 헤모글로빈 및 ICG와 같은 유효 정보의 비율을 개선해야 합니다.
2. 혈류량 변화의 특징이 뚜렷하여 맥파 신호를 효과적으로 수집할 수 있습니다.
3. 재현성과 안정성이 우수한 인체 스펙트럼을 얻기 위해서는 조직 특성이 개인차의 영향을 덜 받도록 해야 합니다.
4. 분광 검출이 간편하고 피험자가 쉽게 수용할 수 있어 스트레스 감정으로 인한 심박수 증가 및 측정 위치 이동과 같은 간섭 요인을 피할 수 있습니다.
인간 손바닥의 혈관 분포 개략도. 팔의 위치는 맥파를 감지하기 어려워 혈류량 맥파 측정에 적합하지 않습니다. 손목은 요골동맥 부근으로 압력 맥파 신호가 강하고 피부의 기계적 진동이 쉽게 발생하여 검출 신호에 혈류량 맥파 외에 피부 반사 맥파 정보까지 포함될 수 있으므로 혈류량 변화 특성을 정확하게 파악하기 어렵고 측정 위치로 적합하지 않습니다. 손바닥은 임상에서 흔히 채혈하는 부위 중 하나이지만 뼈가 손가락보다 두껍고 확산 반사에 의해 수집되는 손바닥 혈류량 맥파의 진폭이 낮습니다. 그림 2-5는 손바닥의 혈관 분포를 보여줍니다. 그림을 보면 손가락 앞쪽에 모세혈관망이 풍부하여 인체 내 헤모글로빈 함량을 효과적으로 반영할 수 있음을 알 수 있습니다. 또한 이 부위는 혈류량 변화 특성이 뚜렷하게 나타나므로 혈류량 맥파 측정에 이상적인 위치입니다. 손가락의 근육과 뼈 조직은 비교적 얇기 때문에 배경 간섭 정보의 영향이 상대적으로 작습니다. 또한 손가락 끝은 측정하기 쉽고 피험자에게 심리적 부담이 없어 안정적이고 높은 신호 대 잡음비의 스펙트럼 신호를 얻는 데 유리합니다. 사람의 손가락은 뼈, 손톱, 피부, 조직, 정맥혈 및 동맥혈로 구성되어 있습니다. 빛과의 상호작용 과정에서 손가락 주변 동맥의 혈액량은 심장 박동에 따라 변화하며, 이는 광경로 측정값의 변화를 초래합니다. 반면 다른 구성 요소들은 빛이 작용하는 전체 과정 동안 일정하게 유지됩니다.
특정 파장의 빛이 손가락 끝의 피부에 조사될 때, 손가락은 정지된 물질(광 경로가 일정함)과 동적 물질(물질의 부피에 따라 광 경로가 변함)의 두 부분으로 구성된 혼합물로 간주할 수 있습니다. 빛이 손가락 끝 조직에 흡수되면, 투과된 빛은 광검출기에 의해 수신됩니다. 센서에 의해 수집된 투과광의 강도는 사람 손가락의 다양한 조직 구성 요소의 흡수율 때문에 분명히 감쇠됩니다. 이러한 특성을 바탕으로 손가락의 빛 흡수에 대한 등가 모델을 구축할 수 있습니다.
적합한 사람:
손가락 맥박 산소 측정기이 제품은 어린이, 성인, 노인을 비롯한 모든 연령대의 사람들과 관상동맥 질환, 고혈압, 고지혈증, 뇌혈전증 및 기타 혈관 질환 환자, 그리고 천식, 기관지염, 만성 기관지염, 폐심장병 및 기타 호흡기 질환 환자에게 적합합니다.
게시 시간: 2022년 6월 17일
