Тіндік қан көлемінің өзгеруін PPG арқылы қадағалау. Пульсоксиметрмен терідегі қан ағынын, артериялардың кеңеюін анықтау. Денсаулық сақтау технологиясы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тіндік қан көлемінің өзгеруі диаграммасы
Chart of tissue blood volume changes
Фотоплетизмограмма (ППГ) – тіннің микроқан тамырлары төсегіндегі қан көлемінің өзгеруін анықтау үшін қолданылатын оптикалық түрде алынған плетизмограмма. ППГ көбінесе теріні жарықпен жарықтандырып, жарық сіңірудегі өзгерістерді өлшейтін импульс оксиметрін пайдалану арқылы алынады. Дәстүрлі импульс оксиметрі терінің дермасы мен тері астындағы тініне қанның ағылуын бақылайды. Жүрек әрбір қақтырылыс сайын қанды шетке қарай соғады. Бұл қысым импульсі теріге жеткен кезде біршама әлсірегенімен, тері астындағы ұлпадағы артериялар мен артериолаларды кеңейтуге жеткілікті. Егер импульс оксиметрі теріні қысымдамай орнатылса, веноздық плексустан кішкентай екінші деңгейлі қысым импульсі де байқалуы мүмкін. Қысым импульсінің нәтижесінде болатын көлемнің өзгеруі, жарықдиодтан (LED) шыққан жарықпен теріні жарықтандыру және содан кейін фотодиодқа берілетін немесе шағылысатын жарық мөлшерін өлшеу арқылы анықталады. Әрбір жүрек циклы суретте көрсетілгендей, шың ретінде көрінеді. Теріге қан ағынын көптеген басқа физиологиялық жүйелер де реттей алатындықтан, ППГ тыныс алуды, гиповолемияны және басқа да қан айналымының жағдайларын бақылау үшін де қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар, ППГ толқын формасының пішіні әр адамда әртүрлі болады және импульс оксиметрі орнатылған жеріне және орнату тәсіліне байланысты өзгереді. ППГ сенсорлары көптеген коммерциялық және клиникалық қолданыстарда кеңінен қолданылса да, ППГ толқын формасын анықтайтын нақты механизмдер әлі толыққанды түсініксіз.
A photoplethysmogram (PPG) is an optically obtained plethysmogram that can be used to detect blood volume changes in the microvascular bed of tissue. A PPG is often obtained by using a pulse oximeter which illuminates the skin and measures changes in light absorption. A conventional pulse oximeter monitors the perfusion of blood to the dermis and subcutaneous tissue of the skin. With each cardiac cycle the heart pumps blood to the periphery. Even though this pressure pulse is somewhat damped by the time it reaches the skin, it is enough to distend the arteries and arterioles in the subcutaneous tissue. If the pulse oximeter is attached without compressing the skin, a pressure pulse can also be seen from the venous plexus, as a small secondary peak. The change in volume caused by the pressure pulse is detected by illuminating the skin with the light from a light emitting diode (LED) and then measuring the amount of light either transmitted or reflected to a photodiode. Each cardiac cycle appears as a peak, as seen in the figure. Because blood flow to the skin can be modulated by multiple other physiological systems, the PPG can also be used to monitor breathing, hypovolemia, and other circulatory conditions. Additionally, the shape of the PPG waveform differs from subject to subject, and varies with the location and manner in which the pulse oximeter is attached. Although PPG sensors are in common use in a number of commercial and clinical applications, the exact mechanisms determining the shape of the PPG waveform are not yet fully understood.
PPG өлшейтін орындар
Пульс оксиметрлері көбінесе қолданылатын медициналық құралдар болғанымен, олар тіркеген PPG сигналы көбінесе көрсетілмейді және негізінен қанның оттегімен толықтығын және жүрек соғу жиілігін анықтау үшін ғана өңделеді. Осы ретте, ППГ-ны басқа орналасқан пульс оксиметрінен алуға болады, ең көп таралған жерлері – құлақ, мұрын қыртысы және маңдай. ППГ-ны көп орынды фотоплетизмография (MPPG) үшін де конфигурациялауға болады, мысалы, оң және сол құлақ күлдіреуі, көрсету саусақтары және үлкен баурықтардан бір уақытта өлшеу арқылы, бұл перифериялық артериялық ауру, автономды дисфункция, эндотелиялық дисфункция және артериялық қатаңдық күдікті науқастарды бағалауға қосымша мүмкіндіктер береді. MPPG сонымен қатар деректерді өндіруге, мысалы, терең оқуды қолдануға, сондай-ақ инновациялық импульстік толқын талдау техникаларының кең ауқымына қолдануға зор әлеуетті ұсынады. Қозғалыс артефактілері жиі жаттығулар мен күнделікті өмірде дәл оқулар алуға кедерілгі келтіретін шектеуші фактор болып табылады.
While pulse oximeters are commonly used medical devices, the PPG signal they record is rarely displayed and is nominally only processed to determine blood oxygenation and heart rate. In this case, a PPG can be obtained from a pulse oximeter on the head, with the most common sites being the ear, nasal septum, and forehead. PPG can also be configured for multi site photoplethysmography (MPPG), e. g. by making simultaneous measurements from the right and left ear lobes, index fingers and great toes, and offering further opportunities for the assessment of patients with suspected peripheral arterial disease, autonomic dysfunction, endothelial dysfunction, and arterial stiffness. MPPG also offers significant potential for data mining, e. g. using deep learning, as well as a range of other innovative pulse wave analysis techniques. Motion artifacts are often a limiting factor preventing accurate readings during exercise and free living conditions.
Тыныс алуды бақылау
[[Сурет:NiprideEffectOnPPG үлкен.png|thumb|left|300px|Седацияланған пациентте натрий нитропруссидінің (Ниприд) – перифериялық кеңейткіш дәрінің саусақтағы фотоплетизмограммаға (ППГ) тигізетін әсері. Күтілгендей, инфузиядан кейін ППГ амплитудасы артады, және тыныс алумен байланысты өзгерулер (RIV) те күшейеді. Фотоплетизмограммадан тыныс алу жиілігін анықтау, сондай-ақ дем сору уақыты сияқты тыныс алудың толыққанды өлшемдерін жүргізуге көп зерттеулер бағытталған.
[[Image:NiprideEffectOnPPG large. png|thumb|left|300px|The effects of sodium nitroprusside (Nipride), a peripheral vasodilator, on the finger PPG of a sedated subject. As expected, the PPG amplitude increases after infusion, and additionally, the Respiratory Induced Variation (RIV) becomes enhanced. Much research has focused on estimating respiratory rate from the photoplethysmogram, as well as more detailed respiratory measurements such as inspiratory time.
Анестезияның тереңдігін бақылау
thumb|right|300px|Жалпы анестезиядағы емделушіге жасалған кесіктің фотоплетизмография (ППГ) және қан қысымына (ҚҚ) тигізетін әсері. Анестезиологтар науқастың операцияға жеткілікті анестезияланғанын көбінесе субъективті бағалауға мәжбүр. Суретте көрсетілгендей, егер науқас жеткілікті анестезияланбаған болса, кесікке симпатикалық жүйке жүйесінің реакциясы ППГ амплитудасында дереу өзгерістер тудыруы мүмкін.
thumb|right|300px|Effects of an incision on a subject under general anesthesia on the photoplethysmograph (PPG) and blood pressure (BP). Anesthesiologists must often judge subjectively whether a patient is sufficiently anesthetized for surgery. As seen in the figure, if a patient is not sufficiently anesthetized, the sympathetic nervous system response to an incision can generate an immediate response in the amplitude of the PPG.
Гипо- және гиперволемияны бақылау
Шамир, Эйдельман және тағы басқалар операция алдында қан сақтау үшін пациенттің қан көлемінің 10% алынуы мен дем алу арасындағы байланысты зерттеді. Олар қан жоғалтуды пульс оксиметрінен және артериялық катетерден алынған фотоплетизмограммадан анықтау мүмкін екенін тапты. Пациенттерде тыныс шығару кезінде жүрек қысылғанда жүректің алдын ала жүктемесінің азаюына байланысты жүрек импульсының амплитудасы төмендегені байқалды.
Shamir, Eidelman, et al. studied the interaction between inspiration and removal of 10% of a patient’s blood volume for blood banking before surgery. They found that blood loss could be detected both from the photoplethysmogram from a pulse oximeter and an arterial catheter. Patients showed a decrease in the cardiac pulse amplitude caused by reduced cardiac preload during exhalation when the heart is being compressed.
Қан қысымын бақылау
FDA 2019 жылдың тамызында фотоплетизмографияға негізделген манжетсіз қан қысымын өлшеу құрылғысына рұқсат бергені хабарланды.
The FDA reportedly provided clearance to a photoplethysmography based cuffless blood pressure monitor in August 2019.
Дәстүрлі бейнелеу
Фотоплетизмография көбінесе адам терісімен (мысалы, құлақ, саусақ) біршама байланыс талап етеді, ал қашықтықтан фотоплетизмография терімен тікелей жанасусыз қан ағыны сияқты физиологиялық процестерді анықтауға мүмкіндік береді. Бұл, адам көзімен байқалмайтын, адам бетінің түсіндегі шағын уақыттық өзгерістерді талдау үшін бейнелерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Камера арқылы қандағы оттегі деңгейін өлшеу – дәстүрлі фотоплетизмографияға қарағанда байланыссыз балама болып табылады. Мысалы, оны жаңа туған сәбилердің жүрек соғуын қадағалау үшін немесе стресс деңгейін анықтау үшін терең нейрондық желілермен талдау үшін қолдануға болады. Бұл жүйенің басты артықшылығы – зертенеін тіндердің бетімен физикалық байланыс қажеттігінің жоқтығы. Бұл тәсілдің екі негізгі шектеуі бар: (i) сенсор массивінің қол жетімді кеңістіктік өткізу қабілетін азайтатын, осьтен тыс интерферометриялық конфигурация және (ii) физиологиялық сигналдарды сүзгіден өткізетін, қысқа уақытты Фурье түрлендіруін (дискретті Фурье түрлендіруі арқылы) талдау. Цифрланған интерферограммалардан алынған, секундына ~1000 кадрдан жоғары жылдамдықпен алынған цифрлық голограммалардың бас компоненттік талдауы қолдың бетіндегі толқындарды ашады. Бұл әдіс – осьтік интерферограммалардан цифрлық голографияны жүргізудің тиімді жолы болып табылады, бұл осьтен тыс конфигурацияның кеңістіктік өткізу қабілетін азайту және физиологиялық сигналдарды сүзу мәселелерін шешеді. Үлкен бейнелеу өрісі үшін жоғары кеңістіктік өткізу қабілеті маңызды. Голографиялық фотоплетизмографияның жетілдірілген түрі – голографиялық лазерлік Доплерлік бейнелеу, тор қабығының, қоршау қабығының, конъюнктиваның және иіріктің қан тамырларындағы қан ағынының импульстік толқынын инвазивті емес түрде бақылауға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, көздің түпкі жағының лазерлік Доплерлік голографиясында, қоршау қабығы жоғары жиілікті лазерлік Доплерлік сигналға басым үлес қосады. Дегенмен, кеңістікте орташа есептелген бастапқы сигналды алып тастау арқылы оның әсерін айналып өтуге және жоғары уақыттық шешім қабілетіне және пульсациялы қан ағынының толық өрісін бейнелеуге қол жеткізуге болады.
While photoplethysmography commonly requires some form of contact with the human skin (e. g., ear, finger), remote photoplethysmography allows physiological processes such as blood flow to be determined without skin contact. This is achieved by using face video to analyze subtle momentary changes in the subject's skin color which are not detectable to the human eye. Such camera based measurement of blood oxygen levels provides a contactless alternative to conventional photoplethysmography. For instance, it can be used to monitor the heart rate of newborn babies, or analyzed with deep neural networks to quantify stress levels. A major advantage of this system is that no physical contact with the studied tissue surface area is required. The two major limitations of this approach are (i) the off axis interferometric configuration that reduces the available spatial bandwidth of the sensor array, and (ii) the use of short time Fourier transform (via discrete Fourier transform) analysis that filters off physiological signals. Principal component analysis of digital holograms reconstructed from digitized interferograms acquired at rates beyond ~1000 frames per second reveals surface waves on the hand. This method is an efficient way of performing digital holography from on axis interferograms, which alleviates both the spatial bandwidth reduction of the off axis configuration and the filtering of physiological signals. A higher spatial bandwidth is crucial for larger image field of view. A refinement of holographic photoplethysmography, holographic laser Doppler imaging, enables non invasive blood flow pulse wave monitoring in blood vessels of the retina, choroid, conjunctiva, and iris. In particular, laser Doppler holography of the eye fundus, the choroid constitutes the predominant contribution to the high frequency laser Doppler signal. It is however possible to circumvent its influence by subtracting the spatially averaged baseline signal, and achieve high temporal resolution and full field imaging capability of pulsatile blood flow.