Пульсоксиметрия – это неинвазивный метод определения степени насыщения гемоглобина (Hb) кислородом посредством измерения пульса и содержания кислорода в крови. Процесс измерения основан на следующем свойстве крови: обогащенный кислородом гемоглобин и обедненный кислородом гемоглобин по-разному поглощают излучения красного и инфракрасного диапазонов. Чтобы обеспечить высокую точность измерения содержания кислорода, в качестве источников света необходимо использовать высокоэффективные светодиоды с постоянными характеристиками и низким коэффициентом рассеяния. В линейках WL-SMTTW и WL-SITW компании Würth Elektronik представлены соответствующие светодиоды с красным и инфракрасным излучением. Кроме того, представлен датчик света подходящего типа: фототранзистор WL-STTW способен безошибочно определять свет как красного, так и инфракрасного диапазона.
В пульсоксиметрах могут использоваться два разных способа измерения, посредством которых определяется содержание кислорода в крови: при использовании трансмиссивной оксиметрии через какую-либо часть тела, например, через кончик пальца или мочку уха, пропускаются два световых излучения с разной длиной волны. В фитнес-мониторах или смарт-часах используется рефлективный метод оксиметрии. Оба способа позволяют измерять содержимое кислорода в крови на основе двух базовых принципов: во-первых, с помощью этих методов проводится различие между насыщенным кислородом оксигемоглобином (HbO2) и обедненным кислородом дезоксигемоглобином (Hb); оба метода позволяют определить степень насыщения кислородом только артериальной крови.
Различные спектры поглощения света компонентами крови
В пульсоксиметрах используется тот факт, что насыщенная и обедненная кислородом кровь различным образом поглощает излучение красного и инфракрасного диапазонов: Оксигемоглобин (HbO2) поглощает больше инфракрасного и меньше красного света в сравнении с дезоксигемоглобином (Hb). В связи с высокой степенью отражения красной части спектра, этот свет становится светлее. Напротив, гемоглобин Hb поглощает больше красного света, который в результате становится темнее.
Как правило, при трансмиссивной оксиметрии используется светодиод красного диапазона с длиной волны приблизительно 650 нм и инфракрасный светодиод с длиной волны около 900 нм. Оба светодиода просвечивают кончик пальца, а фототранзистор, расположенный с другой стороны пальца, определяет относительное количество поглощенного света красного и инфракрасного диапазонов. Микроконтроллер определяет соотношение Hb и HbO2 и на основании измеренных значений рассчитывает содержание кислорода. Фактически, интерес при этом представляет только артериальная кровь. Посредством пульсоксиметрии определять содержание кислорода можно только в артериальной крови. Это ограничение обусловлено тем фактом, что количество поглощенного света красного и инфракрасного диапазонов варьируется с каждым сокращением сердца ввиду скачкообразного изменения объема крови. В противоположность этому, для вен, костной материи и тканей характерны постоянные характеристики поглощения.
Для обеспечения высокой надежности измерения нужны соответствующие компоненты
Использование компонентов соответствующего типа – необходимое условие достоверного определения содержания кислорода в крови. Важнейшее значение имеют характеристики используемых светодиодов и фотодетекторов. Светодиод Würth Elektronik красного диапазона 150224SS73100 отличается высокой точностью длины волны (652 нм) и повышенной эффективностью. При токе IF = 20 мА стандартное значение интенсивности света достигает 130 мкд. В комбинации с фототранзистором высокого качества такая система обеспечивает высокий уровень соотношения «сигнал/шум». Чтобы при использовании светодиода инфракрасного диапазона обеспечить высокое соотношение «сигнал/шум», в такой системе интенсивность излучения этого светодиода должна приблизительно вдвое превышать интенсивность излучения светодиода красного диапазона. Светодиод 15414194BA210 серии WL-SITW-SMT вполне подходит для данной задачи, поскольку обладает высокой эффективностью и отличается повышенной интенсивностью излучения. В качестве фотоприемника рекомендуется использовать фототранзистор 1541411NBA2010 серии WL-STTW-SMT. Несмотря на высокую чувствительность этого компонента к световому излучению с длиной волны 940 нм он также позволяет определять световые сигналы с длиной волны 660 нм. Поэтому для измерения требуется всего один фототранзистор. Компания Würth Elektronik предлагает оптимальное сочетание компонентов «излучатель-детектор» для пульсоксометрии и других систем на основе ИК-светодиодов и готова поставить эти компоненты в любом количестве.