指先パルスオキシメーターは、新型コロナウイルス感染症の重症度の重要な指標である動脈血中の酸素濃度を監視するために、1940年代にミリカンによって発明されました。ヨンカー 次に、指先パルスオキシメーターがどのように機能するかを説明します。
生体組織の分光吸収特性：生体組織に光を照射したとき、生体組織が光に及ぼす影響は、吸収、散乱、反射、蛍光の4つに分類できます。散乱を除くと、光が生体を通過する距離組織は主に吸収によって支配されます。光が透明な物質（固体、液体、気体）を透過すると、物質による光の吸収現象である特定の周波数成分が標的に吸収されるため、光の強度が大幅に減少します。物質がどれだけの光を吸収するかは、その光学密度と呼ばれ、吸光度とも呼ばれます。
光伝播の全過程における物質による光の吸収の模式図。物質によって吸収される光エネルギーの量は、光の強度、光路の距離、光を吸収する粒子の数の3つの要素に比例します。光路の断面。均質な材料を前提とすると、断面上の光路数光吸収粒子は単位体積当たりの光吸収粒子、すなわち材料吸光粒子濃度とみなすことができ、ランバート・ビールの法則が得られ、材料濃度と解釈できる。光学密度の単位体積あたりの光路長、材料吸引光の性質に応答する能力。言い換えれば、同じ物質の吸収スペクトル曲線の形状は同じであり、その絶対位置は同じです。濃度が異なると吸収ピークが変化するだけで、相対的な位置は変化しません。吸収過程では、物質の吸収はすべて同じセクションの体積内で行われ、吸収物質は互いに無関係であり、蛍光化合物は存在せず、蛍光物質によって媒体の特性が変化する現象はありません。光の放射。したがって、N 個の吸収成分を含む溶液の場合、光学濃度は加算されます。光学濃度の加成性は、混合物中の吸収性成分の定量的測定に理論的基礎を提供します。
生物組織光学では、600～1300nmのスペクトル領域は通常「生物分光法の窓」と呼ばれ、この帯域の光は多くの既知および未知のスペクトル治療およびスペクトル診断にとって特別な重要性を持っています。赤外領域では、生体組織内で水が主な吸光物質となるため、対象物質の吸光情報をより良く得るために、システムが採用する波長は水の吸収ピークを避ける必要があります。したがって、600〜950nmの近赤外スペクトル範囲内で、光吸収能力を持つ人間の指先組織の主成分には、血液中の水分、O2Hb（酸化ヘモグロビン）、RHb（還元ヘモグロビン）、末梢皮膚メラニンおよびその他の組織が含まれます。
したがって、発光スペクトルのデータを解析することで、組織中の測定対象成分の濃度に関する有効な情報を得ることができます。したがって、O2Hb と RHb の濃度がわかれば、酸素飽和度がわかります。酸素飽和度 SpO2総結合ヘモグロビン (Hb) に対する血液中の酸素結合酸化ヘモグロビン (HbO2) の体積のパーセンテージ、つまり血中酸素パルスの濃度です。なぜパルスオキシメーターと呼ばれるのでしょうか?ここに血流量脈波という新しい概念があります。各心周期中に、心臓の収縮により大動脈基部の血管内の血圧が上昇し、血管壁が拡張します。逆に、心臓の拡張期では大動脈基部の血管内の血圧が低下し、血管壁が収縮します。心周期が継続的に繰り返されると、大動脈基部の血管内の血圧の一定の変化が、大動脈基部に接続されている下流の血管、さらには動脈系全体に伝達され、大動脈の連続的な拡張と収縮が形成されます。動脈血管壁全体。つまり、心臓の周期的な鼓動により、大動脈内に脈波が発生し、動脈系全体の血管壁に沿って前方に波紋が広がります。心臓が膨張および収縮するたびに、動脈系内の圧力変化により周期的な脈波が生成されます。これが脈波と呼ばれるものです。脈波は、心臓、血圧、血流などの多くの生理学的情報を反映することができ、人体の特定の物理的パラメーターを非侵襲的に検出するための重要な情報を提供できます。
医学では、脈波は通常、圧力脈波と容積脈波の2種類に分けられます。圧脈波は主に血圧の伝達を表し、体積脈波は血流の周期的な変化を表します。圧脈波と比較して、容積脈波には人間の血管や血流などのより重要な心臓血管情報が含まれています。典型的な血流量脈波の非侵襲的検出は、光電容積脈波追跡によって達成できます。特定の光波を身体の測定部位に照射し、反射または透過を経て光電センサーに到達します。受信したビームは、体積脈波の有効な特性情報を伝えます。血液量は心臓の拡張と収縮に伴って周期的に変化するため、心臓拡張期では血液量が最小となり、血液が光を吸収するため、センサーは最大の光強度を検出します。心臓が収縮すると、体積は最大になり、センサーで検出される光の強度は最小になります。血流量脈波を直接測定データとして非侵襲的に指先を検出する場合、スペクトル測定部位の選択は次の原則に従う必要があります。
1. 血管の静脈がより豊富になり、スペクトル内の全物質情報に占めるヘモグロビンやICGなどの有効な情報の割合が向上する必要がある
2. 血流量変化の明らかな特性を備えており、体積脈波信号を効果的に収集します
3. 組織特性が個人差の影響を受けにくい、再現性と安定性の高いヒトスペクトルを取得します。
4. ストレス感情による速い心拍数や測定位置の移動などの干渉要因を回避するために、スペクトル検出を実行するのが簡単であり、被験者に受け入れられやすい。
人間の手のひらの血管分布の模式図 腕の位置は脈波を検出しにくいため、血流量の脈波の検出には適していません。手首は橈骨動脈の近くにあり、圧脈波信号が強く、皮膚は機械的振動を発生しやすく、体積脈波に加えて皮膚反射脈波情報も含む検出信号が発生する可能性があり、正確に測定することが困難です。血液量変化の特性を特徴付けるため、測定位置に適していません。手のひらは臨床でよく採血される部位の一つですが、指に比べて骨が厚く、拡散反射により採取される手のひらの体積の脈波振幅は小さくなります。図 2-5 は、手のひらの血管の分布を示しています。この図を観察すると、指の前部には毛細血管網が豊富に存在し、人体のヘモグロビン含有量を効果的に反映していることがわかります。また、この位置は血流量変化の特徴が顕著であり、体積脈波の理想的な測定位置である。指の筋肉や骨の組織は比較的薄いため、背景の干渉情報の影響は比較的小さいです。また、指先での測定が容易であり、被験者に心理的負担を与えないため、安定した高S/N比のスペクトル信号が得られます。人間の指は、骨、爪、皮膚、組織、静脈血、動脈血で構成されています。光との相互作用の過程で、指の末梢動脈の血液量が心拍数に応じて変化し、その結果、光路の測定値が変化します。一方、他の成分は光の過程全体で一定です。
特定の波長の光を指先の表皮に当てると、指は静的な物質（光路が一定）と動的な物質（光路が体積に応じて変化する）の2つの部分を含む混合物とみなすことができます。材料）。光が指先組織に吸収されると、透過光が光検出器によって受信されます。センサーによって収集される透過光の強度は、人間の指のさまざまな組織成分の吸収性により明らかに減衰します。この特性に従って、指の光吸収の等価モデルが確立されます。
適した人:
指先パルスオキシメーター子供、成人、高齢者、冠状動脈性心疾患、高血圧、高脂血症、脳血栓症およびその他の血管疾患の患者、喘息、気管支炎、慢性気管支炎、肺心疾患およびその他の呼吸器疾患の患者を含む、あらゆる年齢層の人々に適しています。
投稿日時: 2022 年 6 月 17 日
