Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України Львівський національний університет ім. Івана Франка

Кафедра фізичної і біомедичної електроніки

Реферат

на тему "Поняття оксиметрії"

Виконали

студенти групи ФЕМ_21 Білик Р.

Бірюк А.

Ковельський О.

Викладач Бігун Р. І.

Львів 2010

Технологія методу

Основу методу пульсоксиметрії становить вимір поглинання світла певної довжини хвилі гемоглобіном крові. Гемоглобін служить свого роду фільтром, причому "колір" і "товщина" цього природного фільтра можуть змінюватися.

"Колір" фільтра залежить від кількості кисню, пов'язаного з гемоглобіном, або, іншими словами, від процентного вмісту оксигемоглобіну. На цьому базується здатність пульсоксиметра встановлювати ступінь оксигенації крові.

На зміни "товщини" фільтра впливає пульсація артеріол: кожна пульсова хвиля збільшує кількість крові в артеріях і артеріолах. Лікар визначає це як пульс, а пульсоксиметр - як "потовщення" фільтру. Так вимірюються частота пульсу і амплітуда пульсової хвилі.

Таким чином, застосування одного принципу вимірювання дозволяє визначити відразу три діагностичних параметри: ступінь насичення гемоглобіну крові киснем, частоту пульсу і його "об'ємну" амплітуду.

Оскільки вимірювання проводиться шляхом просвічування тканин, метод отримав назву "трансмісійна пульсоксиметрія". В даний час інтенсивно розробляється інший варіант методу, що полягає в аналізі світлового потоку, відбитого тканинами (відбита пульсоксиметрія). Випуск серійних приладів, що працюють за цим принципом, освоєно лише кількома фірмами.

Оксигемометрія

Заглянувши всередину датчика працюючого пульсоксиметра, ми виявимо джерело червоного світла, яке називається світлодіодом (LED - light emitting diode). Насправді в датчику їх два, і обидва функціонують, але ми бачимо лише червоне світло, оскільки другий фотодіод дає невидиме оком інфрачервоне випромінювання.

На протилежній частині датчика розташовується фотодетектор, який визначає інтенсивність падаючого на нього світлового потоку. Зауважимо, що фотодетектор вимірює випромінювання обох світлодіодів, а заодно здатний уловлювати і навколишній світ.

Коли між світлодіодами та фотодетекторами знаходиться палець або мочка вуха пацієнта, частина випромінюваного світла поглинається, розсіюється, відбивається тканинами та кров'ю, і світловий потік, що досягає детектора, послаблюється.

З усіх цих явищ нас, звичайно ж, цікавить поглинання світлового потоку кров'ю, що протікає по судинах, і не всією кров'ю, а тільки артеріальною, оскільки мета пульсоксиметра - вимірювання ступеня насичення гемоглобіну артеріальної крові киснем.

Гемоглобін - загальна назва білків крові, що містяться в еритроцитах і складаються з чотирьох ланцюжків безбарвного білка глобіну, кожен з яких включає одну групу гема. Різновиди гемоглобіну мають власні назви і позначення (фетальний Hb, MetHb та ін.)

Рис. 1.1. Датчик пульсоксиметра

пульсоксиметрія гемоглобін кров пульс

Оксигемоглобін - повністю оксигенований гемоглобін, кожна молекула якого містить чотири молекули кисню (О₂). Позначається НbО₂.

Дезоксигемоглобін -- гемоглобін, що не містить кисню. Називається також відновленим, або зредукованим, гемоглобіном і позначається Нb.

Тканини, через які проходять обидва світлові потоки, є невибірковим фільтром і рівномірно послаблюють випромінювання обох світлодіодів. Ступінь ослаблення залежить від товщини тканин, наявності шкірного пігменту, лаку для нігтів і інших перешкод на шляху світла.

Гемоглобін, на відміну від тканин, -- це кольоровий фільтр, причому на колір фільтра впливає ступінь насичення гемоглобіну киснем.

Дезоксигемоглобін, що має темно-вишневий колір, інтенсивно поглинає червоне світло і слабо затримує інфрачервоне. Тому якщо на кров, що не містить кисню, направити червоне та інфрачервоне світло, то перше буде майже повністю затримане, а друге -- лише трохи ослаблене. І навпаки, оксигемоглобін добре розсіює червоне світло (і тому сам має червоний колір), але інтенсивно поглинає інфрачервоне випромінювання. Про те, який з двох світлових потоків пройде через оксигеновану кров, ми залишаємо здогадатися читачеві.

Таким чином, співвідношення двох світлових потоків, що дійшли до фотодетектора через мочку вуха або палець, залежить від ступеня насичення (сатурації) гемоглобіну крові киснем. За цими даними, використовуючи спеціальний алгоритм, розраховують відсотковий вміст у крові оксигемоглобіну.

Мимоволі виникає запитання: якщо принцип вимірювання оксигенації крові такий простий, то чому пульсоксиметри з'явилися лише наприкінці 80_х років XX століття?

Принцип пульсоксиметрії

На рис 1.2. умовно, у вигляді шарів, показані перешкоди, які світлові потоки, випромінювані світлодіодами, зустрічають на шляху до фотодетекторів.

Світло частково розсіюється, поглинається та відбивається тканинами пальця або мочки вуха. Нагадаємо, що червоний та інфрачервоний потоки при проходженні через тканини послаблюються в рівній мірі. Товщина цього біологічного фільтра в кожному випадку індивідуальна, але при стабільному положенні датчика практично постійна. Вона легко враховується пульсоксиметром, який налаштовує інтенсивність світіння світлодіодів, щоб випромінюване ними світло могло в достатній кількості проникати крізь товщу тканин. Однак при русі хворого або зміщенні датчика відстань між світлодіодами та фотодетекторами стає непостійною, що призводить до появи артефактів.

Наступна перешкода на шляху світлового потоку -- венозна і капілярна кров -- перший виборчий фільтр, який послаблює червоне і інфрачервоне випромінювання неоднаково Співвідношення величин двох світлових потоків, які пройшли через цей фільтр, залежить від концентрації окси- і дезоксигемоглобіна в крові. Але оскільки пульсація венол і капілярів незначна, об'єм крові, що міститься в них, можна вважати сталою величиною, яка просто вимірюється і легко враховується при розрахунках.

Рис. 1.2. Поглинання світлових потоків від світлодіодів тканинами

Однак якщо датчик занадто сильно здавлює палець або мочку вуха, тим самим порушуючи відтік крові від тканин, пульсація артеріального кровотоку здатна передаватися на вени. Пульсоксиметр не відрізняє пульсацію артерій від пульсації вен, а тому починає включати в розрахунок абсорбцію світла венозною кров'ю, занижуючи результат. Це необхідно мати на увазі при установці датчика.

Артефактне заниження SpO₂ може відбуватися і при вираженій вазодилатації, коли артеріоли перестають згладжувати периферійний кровотік і пульсації крові досягають венул. Ще одна ймовірна причина пульсації вен, що впливає на точність роботи пульсоксиметра, - недостатність трикуспідального клапана, при якій кожне скорочення правого шлуночка супроводжується регургітацією крові у венозну систему.

Таке явище спостерігається не тільки при органічних пороках серця, а й при гострій дилатації правого шлуночка, наприклад при масивній тромбоемболії легеневої артерії. Схожі за природою артефакти виникають і в момент кашлю, що породжує потужні хвилі тиску у венозній системі (у чому неважко переконатися, покашлявши після підключення пульсоксиметра).

Високі венозні хвилі можуть з'являтися на фотоплетизмограмі, якщо датчик знаходиться значно нижче рівня серця. Щоб самому переконатися в цьому, досить встати і опустити руку з датчиком вниз. У багатьох випадках такий маневр супроводжується подвоєнням частоти пульсу і заниженням сатурації. Тому деякі фірми рекомендують розташовувати руку з поміщеним на ній датчиком на рівні серця.

На жаль, розпізнати такого роду артефакти в клінічних умовах непросто. Для цього потрібно синхронне інвазивне або лабораторне вимірювання S_аО₂. Лише в одиничних моделях пульсоксиметрів є спеціальні програми аналізу сигналу і виявлення артефактів. Ось чому у випадках, описаних вище, орієнтуватися на свідчення пульсоксиметра слід з обережністю.

Перед тим як прийняти в розрахунок свідчення монітора, зверніть увагу на форму фотоплетизмограми. При наявності додаткових хвиль і піків утримайтеся від висновків і дій, заснованих на свідченнях пульсоксиметра.

Якщо ступінь гіпоксемії, виявленої пульсоксиметром, переповнює чашу терпіння Вашого і вимагає негайних дій, визначте газовий склад артеріальної крові: Р_аО₂ -- самий надійний показник, який не підведе.

Наступний шар на схемі -- це кров, що залишається в артеріолах до кінця кожної пульсації, свого роду "кінцево-систолічний об'єм" артеріального русла. Поглинання світлових потоків даним шаром містить настільки потрібну інформацію про артеріальний оксигемоглобін, однак виокремити її неможливо: непульсуюча компонента артеріального об'єму також розглядається пульсоксиметром лише як прикра перешкода на шляху до мети.

Отже, з трьох вищеназваних шарів виходять два -- по-різному ослаблені, але постійні -- світлові потоки. Вся ця історія набуває сенсу після того, як вони проникають через останній шар -- кров, пульсуючу в артеріях.

У момент, що передує серцевому скороченню, ослаблення світових потоків обумовлено першими трьома шарами: на фотодіод падає випромінювання, яке пульсоксиметр розцінює як фонове. Коли до артерій доходить чергова пульсова хвиля, обсяг крові в них збільшується і поглинання світла змінюється. На піку пульсової хвилі відмінність між фоновим і поточним струмом фотодетектора стає максимальною. Пульсоксиметр вимірює цю різниця і вважає, що причина її -- в додатковій кількості артеріальної крові, що з'явилася на шляху випромінювання. Цієї інформації виявляється достатньо, щоб за спеціальним алгоритмом розрахувати ступінь насичення гемоглобіну артеріальної крові киснем. На жаль, сам принцип вимірювання є джерелом багатьох артефактів, тому що будь-які швидкі зміни сигналу, незалежно від їх походження, монітор може розцінити як вихідну інформацію для розрахунку SpО₂.

У різних моделях пульсоксиметрів ступінь насичення гемоглобіну артеріальної крові киснем (у % від загального вмісту гемоглобіну) позначається неоднаково:

SAT -- сатурація (насичення);

HbO₂ -- процентний вміст HbO₂ від загальної кількості гемоглобіну;

S_aO₂ -- насичення артеріальної крові киснем;

SpO₂ -- насичення артеріальної крові киснем, виміряне методом пульсоксиметрії.

Останнє позначення -- найбільш вживане і найбільш коректне, оскільки передбачає, що результат вимірювання залежить від особливостей методу. Наприклад, SpO₂ за наявності в крові карбоксигемоглобіну буде вище дійсної величини S_aO₂, виміряної лабораторним методом.

У спілкуванні з колегами часте застосування правильних, але довгих виразів, типу "сатурація гемоглобіну артеріальної крові киснем" або "процентний вміст оксигемоглобіну в артеріальній крові", допоможе швидко завоювати репутацію зануди і розумника. Розуміючи це, багато лікарів для зручності в розмові і записах вдаються до скорочень, які не завжди виявляються вдалими ("сатурація кисню" та ін.) Виникнення професійного жаргону неминуче, але він не повинен спотворювати суть явища. Говорячи про фізіологічний процес, краще користуватися словами "оксигенація артеріальної крові", а сам параметр SpO₂ позначати терміном "сатурація", маючи на увазі, що мова йде саме про кисень та артеріальну кров. Для записів в історіях хвороби ідеально підходить позначення "SpO₂".

У сучасних моделях пульсоксиметрів пульсація артеріол виводиться на дисплей у вигляді кривої. Оскільки ця крива відображає коливання обсягу артеріального русла, виміряні фотометричним методом, вона називається фотоплетизмограмою (ФПГ). Типова форма ФПГ показана на рис. 1.3. Діагностичне значення ФПГ ми будемо обговорювати нижче, тут же зупинимося на питанні про швидкість реакції пульсоксиметра на коливання сатурації.

Здавалося б, дана реакція повинна бути миттєвою, тому що розрахунок сатурації проводиться мікропроцесором негайно. Насправді ж інформація про зниження або підвищення S_aO₂ відображається на дисплеї з деякою затримкою, в окремих випадках вона становить кілька десятків секунд. Головна причина затримки полягає в тому, що датчик монітора вимірює сатурацію на самій периферії кровоносного русла, та до того ж нерідко встановлюється на найвіддаленіших від центру частинах тіла -- пальцях. При кожному серцевому скороченні хвиля тиску поширюється по артеріях з дуже великою швидкістю, і інтервал між тонами серця і хвилями на ФПГ обчислюється частками секунди. Тому можна вважати, що фотоплетизмограма коливається практично синхронно з серцевими скороченнями. Але швидкість кровотоку є значно нижчою за швидкість розповсюдження хвиль тиску в судинах, а порція крові, відтікаючи від серця, передає інформацію про гіпоксемію лише тоді, коли доходить до периферії і потрапляє в поле зору датчика . Поверхневі хвилі від чорнила, вилитого у відро води, "добігають" до його країв набагато швидше, ніж фарба. Отже, швидкість реакції пульсоксиметр на зміни SpO₂ визначається лінійною швидкістю артеріального кровотоку, яка, у свою чергу, залежить від серцевого викиду і просвіту судин. У нормі кров чергового ударного об'єму досягає пальцевого датчика через 3-5 с, а вушного - через 2-3 з після серцевого скорочення, але при вираженій периферичній вазоконстрикції або гіпокінетичному стані кровообігу цей інтервал може збільшуватися до 20-30 с, а іноді і до 1-1,5 хв.

Рис. 1.3. Дисплей пульсоксиметра

При порушеннях кровообігу вушний датчик реагує швидше і надійніше, ніж пальцевий.

Пульсоксиметр здатний розраховувати SpO₂ по кожній хвилі ФПГ, а частоту пульсу -- у кожному інтервалі між хвилями, однак якщо б всі ці дані виводилися на дисплей, то корисна інформація потонула б у танці цифр. Пульсоксиметр показує усереднені параметри за деякий період спостереження. У різних моделях цей період становить від 3 до 20 з або від 2 до 20 циклів. У найпростіших моделях інтервал оновлення даних задається жорстко і зазвичай дорівнює 5 с. При наявності удосконаленого монітора лікар має можливість змінювати період усереднення Тривалий інтервал (10-20 с) дозволяє точніше визначати частоту пульсу при брадикардії і аритміях, але швидкість реакції приладу на зміну SpO₂ знижується. При тахікардії доцільніше зменшити інтервал оновлення даних, а в інших випадках краще вибирати середній варіант (4-6 с). І хоча в рекламних матеріалах можливість зміни інтервалу оновлення даних підкреслюється як достоїнство моделі, на практиці до неї вдаються не настільки вже й часто.

Таким чином, час реакції числового дисплея монітора на раптову зміну сатурації складається з (1) часу кровотоку на ділянці "серце-палець" і (2) інтервалу оновлення даних на дисплеї.

Пульсоксиметр відображає на дисплеї рівень сатурації з затримкою в межах від 10 с до 1,5 хв.

Тому не дивуйтеся, якщо рівень сатурації при гострій гіпоксемії продовжує знижуватися протягом якогось часу після збільшення концентрації кисню в дихальній суміші.

У потенційно небезпечних ситуаціях, коли рахунок іде на секунди, наприклад при важкій інтубації трахеї або при аспірації мокротиння з трахеобронхіального дерева у важких хворих, завжди майте на увазі цю поправку і припиняйте процедуру раніше, ніж свідчення пульсоксиметра досягнуть гранично допустимого рівня.

У деяких моделях моніторів передбачена можливість змінювати часовий масштаб екрана (рис. 1.4) При повільному русі фотоплетизмограми на дисплеї вміщується велика кількість хвиль. Такий масштаб зручний, коли необхідно проаналізувати вираженість аритмії, дихальні хвилі, артефакти та інші зміни ФПГ в межах декількох сусідніх циклів. І навпаки, прискорене проходження сигналу по дисплею дозволяє оцінити форму кожної окремої хвилі. Звичайно ж слід вибирати нормальну швидкість руху кривої.

Рис. 1.4. Вид ФПГ при швидкому (вгорі) і повільному (внизу) русі кривої по дисплею

Размещено на Allbest.ru