Durch die Haut schauen

Wenn man bei einem Hersteller von elektronischen Bauelementen arbeitet, fragt man sich zwangsläufig, wo eigentlich diese „Teile“ dann eingesetzt werden. Und dabei lernt man Anwendungen kennen, die richtig spannend sind und bei denen man sich freut, irgendwie zu der Entwicklung und zum Produkt beigetragen zu haben. So stellt Würth Elektronik LEDs her, die Infrarotlicht abstrahlen, und die dazu passenden Detektoren. Viele werden jetzt abwinken und sagen: „Fernbedienung, Lichtschranke – das ist doch ein alter Hut“. Aber diese Leute kennen nicht meinen ganz persönlichen Favoriten unter den Infrarotanwendungen: Pulsoximetrie.

Pulsoximetrie bezeichnet eine nicht invasive Methode zur Bestimmung der Hämoglobinsättigung (Hb) mit Sauerstoff im Blut und der Herzfrequenz. Einfach ausgedrückt: Man durchleuchtet einen Finger mit infrarotem Licht und kann aus dem absorbierten Licht Rückschlüsse auf den Blutkreislauf ziehen.

Und so funktioniert‘s: Bei der sogenannten fraktionellen Sauerstoffbestimmung nutzt man die verschiedenen Wellenlängen von rotem (660 nm) und infrarotem Licht (940 nm). Das von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht wird von Arterien, Venen, Kapillaren und Gewebe unterschiedlich absorbiert. Fotodetektoren erfassen das nicht absorbierte Licht. Ein Mikrocontroller verarbeitet die Signale, um die Prozentsätze an Sauerstoffsättigung (SpO2), an rotem Blutfarbstoff mit Sauerstoff (Oxyhämoglobin HbO2) und an dem ohne (Desoxyhämoglobin Hb) zu erhalten.

HbO2 absorbiert mehr IR-Licht und weniger Rotlicht als Hb und erscheint durch die höhere Reflexion von rotem Licht daher leuchtend rot. Im Gegensatz dazu nimmt Hb mehr rotes Licht auf und erscheint somit dunkler. Diesen Unterschied zwischen HbO2 und Hb nutzen die Verfahren in den Pulsoximetrie-Geräten. Es gibt zwei Varianten bei den Messverfahren: die transmissive Oximetrie, also die Durchleuchtung eines Fingers oder Ohrläppchens, und die reflektive Oximetrie, die etwa bei einem Fitness Tracker am Arm zum Einsatz kommt.

I Can Hear Your Heartbeat

Interessant ist auch, wie diese Geräte den Puls feststellen. Dabei nutzen sie die Tatsache, dass Venen, Knochen und Gewebe ein relativ konstantes Absorptionsverhalten aufweisen. Arterielles Blut hingegen absorbiert bedingt durch die pulsierende Volumenänderung innerhalb eines Herzschlages das Licht unterschiedlich stark. Diese Schwankungen bezogen auf die Anteile der Absorptionswellenlängen lassen zudem einen Rückschluss auf die Sauerstoffsättigung des Blutes zu.

Neugierig geworden? In diesem Fachartikel ist das alles genauer erklärt.

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