Technische Umsetzung eines Fingerclipsensors
Der grundsätzliche Aufbau der Fingerclipsensoren ist bei allen Herstellern ähnlich:
Für den Transport des Sauerstoffs im Blut ist das Hämoglobin verantwortlich. Hämoglobin setzt sich aus vier Fraktionen zusammen. Man unterscheidet Desoxihämoglobin, Oxihämoglobin, Methämoglobin und Carboxylhämoglobin.
In Abhängigkeit von der Sauerstoffsättigung verfügt jede Fraktion über eine eigene Dämpfungscharakteristik. Um alle Fraktionen zu erfassen und zu bewerten, müssten auch vier Lichtbänder aufgespannt und gemessen werden. Da die beiden Fraktionen Desoxihämoglobin und Oxihämoglobin von signifikanter Bedeutung sind, verzichtet man auf den sehr großen Aufwand alle vier Wellenlängen zu messen, sondern misst lediglich die Wellenlängen dieser beiden Fraktionen. Die Messung erfolgt durch zwei Leuchtdioden, die elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Länge durch das Gewebe hindurch auf einen lichtabhängigen Detektor strahlen. Der lichtabhängige Detektor wird durch eine hochempfindliche Photodiode realisiert. Die erste LED emittiert für den Menschen sichtbares, rotes Licht der Wellenlänge um 660 nm, die zweite LED emittiert für den Menschen nicht sichtbares, infrarotes Licht mit der Wellenlänge von ca. 940 nm.
Die Ansteuerung beider LED's wird durch eine Dunkelphase ergänzt und sequentiell mit bis zu 2 kHz getaktet. Die Dunkelphase wird dazu benutzt, evtl. auftretende Fremdlichteinflüsse zu bestimmen und aus der Berechnung des Sauerstoffes herauszufiltern. Finger sind die gängigsten Messpunkte der Pulsoximetrie. Sie bestehen aus Haut, Knochen, Gewebe, Venen und Arterien. Haut, Knochen, Gewebe und Venen bilden einen konstanten Gleichanteil (DC-Anteil) der Absorption. Arterien bilden durch ihre Pulsation den Wechselanteil (AC-Anteil) der Absorption. Der Gleichanteil wird durch Rechenalgorithmen aus der Absorption eliminiert. Aussagefähig für Sauerstoffgehalt und Puls ist allein das arterielle Blut, also der AC-Anteil. Neben dem Gleichanteil und dem Wechselanteil können Störgrößen wie z.B. durch mangelnde Perfusion, Bewegungsartefakte, Störstahlung durch Umgebungslicht oder fremde Farbstoffe wie Nagellack bei einer Messung auftreten. Durch ausgeklügelte, geheime Algorithmen versucht jeder Hersteller, den Einfluss von Störgrößen so gering wie möglich zu halten.
Die Komponenten eines Sensors sind mechanisch, materialspezifisch und optisch genau aufeinander abgestimmt und bilden eine komplexe Einheit. Dies muss bei der Reparatur unbedingt berücksichtigt werden.
