Принцип действия оксиметров

Выбирают 2 разные длины волны: одну, которую называют "опорной" или "референтной", – в той области спектра, где и поглощают свет одинаково слабо, например, при ; вторую, "измерительную", – в том спектральном интервале, где коэффициенты поглощения молекул и значительно отличаются, например, при . Если сквозь какую-то часть тела, например, сквозь мочку уха или сквозь палец пропустить пучок света, в котором имеются спектральные составляющие указанных длин волны, то при прохождении сквозь тело составляющая с "измерительной" длиной волны поглощается сильнее. И на выходе из тела она оказывается значительно слабее, чем "опорная" спектральная составляющая. Интенсивность "измерительной" составляющей к тому же тем меньше, чем ниже уровень насыщения крови кислородом. Измерение и сравнение спектральных интенсивностей указанных составляющих и позволяет количественно определить насыщенность крови кислородом.

Проведем количественный расчет. Спектральная интенсивность света на выходе из тела согласно законам (18.7, 18.9) на длине волны (в опорном канале) составляет

и на длине волны (в измерительном канале) –

где и – пропускание кожи на длинах волны и соответственно;

– спектральные интенсивности светового зонда при входе в тело на длине волны и соответственно;

и – коэффициенты "фонового" поглощения света, т.е. поглощения всеми компонентами ткани тела, кроме гемоглобина и оксигемоглобина, на длине волны и соответственно;

и – молярные коэффициенты поглощения восстановленного гемоглобина на длине волны и соответственно;

и – молярные коэффициенты поглощения оксигемоглобина на длинах волны и соответственно;

и – молярные концентрации восстановленного гемоглобина и оксигемоглобина в ткани тела;

– длина пути света в ткани.

Логарифмируя выражения (18.10) и (18.11) и преобразуя их, получаем

Полученные выражения можно рассматривать как систему двух линейных алгебраических уравнений относительно концентраций и .

Кислородную насыщенность крови (или насыщение крови кислородом) количественно определяют как отношение концентрации молекул оксигемоглобина к общей концентрации молекул гемоглобина и обычно выражают в %.

Решая систему (18.12-18.13), находим кислородную насыщенность крови в исследуемом участке тела

где

Здесь – константы, которые являются характеристиками молекул гемоглобина и оксигемоглобина; и – константы, являющиеся характеристиками других компонент живой ткани; и – константы прибора. Величины и измеряются.

Как видим, в расчетные формулы не входит длина пути d света в ткани, поскольку при отношении концентраций она сокращается. Это очень важно, поскольку длина пути света в ткани не является здесь фиксированной, так как толщина пальца или мочки уха у разных людей разная. Таким образом, определение не абсолютной, а относительной концентрации вещества, как в данном случае, существенно упрощает задачу построения медицинского спектрофотометрического сенсора.

Наличие микрокомпьютера позволило быстро выполнять все необходимые вычисления в самом сенсоре и выдавать пользователю найденный уровень насыщения крови кислородом в удобной для врача форме – в процентах.