Фотоплетизмограмма - Photoplethysmogram
| Фотоплетизмография | |
|---|---|
 Типичный PPG, взятый из ушного пульсоксиметра. Вариации амплитуды происходят от респираторно-индуцированных вариаций.
| |
| MeSH | D017156 |
Фотоплетизмограмма ( ППГ ) является оптический получена плетизмограммой , которые могут быть использованы для обнаружения изменений объема крови в микрососудистом русле ткани. PPG часто получают с помощью пульсоксиметра, который освещает кожу и измеряет изменения в поглощении света. Обычный пульсоксиметр контролирует перфузию крови к дерме и подкожной клетчатке кожи.
С каждым сердечным циклом сердце перекачивает кровь на периферию. Несмотря на то, что этот импульс давления несколько затухает к тому времени, когда он достигает кожи, этого достаточно, чтобы раздуть артерии и артериолы в подкожной клетчатке. Если прикрепить пульсоксиметр без сдавливания кожи, пульс давления также будет виден из венозного сплетения в виде небольшого вторичного пика.
Изменение объема, вызванное импульсом давления, обнаруживается путем освещения кожи светом светоизлучающего диода (СИД) и затем измерения количества света, прошедшего или отраженного на фотодиод. Каждый сердечный цикл отображается как пик, как показано на рисунке. Поскольку приток крови к коже может регулироваться множеством других физиологических систем, PPG также можно использовать для мониторинга дыхания, гиповолемии и других состояний кровообращения. Кроме того, форма волны PPG отличается от пациента к пациенту и зависит от местоположения и способа присоединения пульсового оксиметра.
Сайты для измерения ФПГ
Хотя пульсоксиметры являются широко используемыми медицинскими устройствами , полученные на их основе значения PPG отображаются редко и номинально обрабатываются только для определения частоты сердечных сокращений. PPG могут быть получены путем пропускающего поглощения (как на кончике пальца) или отражения (как на лбу).
В амбулаторных условиях пульсоксиметры обычно носят на пальце. Однако в случаях шока, переохлаждения и т. Д. Приток крови к периферии может быть уменьшен, в результате чего ППГ будет без различимого сердечного пульса. В этом случае PPG можно получить с помощью пульсоксиметра на голове, причем наиболее частыми участками являются ухо, носовая перегородка и лоб. PPG также может быть сконфигурирован как многоточечная фотоплетизмография (MPPG), например, одновременное измерение мочки правого и левого уха, указательных пальцев и больших пальцев ног, а также дополнительные возможности для оценки пациентов с подозрением на заболевание периферических артерий, вегетативной дисфункцией, эндотелиальная дисфункция и жесткость артерий. MPPG также предлагает значительный потенциал для интеллектуального анализа данных, например, с использованием глубокого обучения, а также ряда других инновационных методов анализа пульсовых волн.
Было показано, что артефакты движения являются ограничивающим фактором, препятствующим получению точных показаний во время упражнений и в условиях свободного проживания.
Использует
Мониторинг частоты сердечных сокращений и сердечного цикла
Поскольку кожа имеет такую обильную перфузию, относительно легко обнаружить пульсирующий компонент сердечного цикла. Постоянная составляющая сигнала связана с объемным поглощением кожной тканью, в то время как переменная составляющая напрямую связана с изменением объема крови в коже, вызванным импульсом давления сердечного цикла.
Высота АС-компонента фотоплетизмограммы пропорциональна пульсовому давлению, разнице между систолическим и диастолическим давлением в артериях. Как видно на рисунке, показывающем преждевременные сокращения желудочков (PVCs), импульс PPG для сердечного цикла с PVC приводит к более низкой амплитуде артериального давления и PPG. Также может быть обнаружена желудочковая тахикардия и фибрилляция желудочков .
Мониторинг дыхания
Дыхание влияет на сердечный цикл, изменяя внутриплевральное давление, давление между грудной стенкой и легкими. Поскольку сердце находится в грудной полости между легкими, парциальное давление вдоха и выдоха сильно влияет на давление на полую вену и наполнение правого предсердия.
Во время вдоха внутриплевральное давление снижается до 4 мм рт. Ст., Что приводит к расширению правого предсердия, что способствует более быстрому наполнению из полой вены, увеличению преднагрузки желудочков, но уменьшению ударного объема. И наоборот, во время выдоха сердце сжимается, снижая сердечную эффективность и увеличивая ударный объем. Когда частота и глубина дыхания увеличивается, венозный возврат увеличивается, что приводит к увеличению сердечного выброса.
Контроль глубины анестезии
Анестезиологам часто приходится судить субъективно, достаточно ли анестезирован для операции. Как видно на рисунке, если пациент недостаточно анестезирован, реакция симпатической нервной системы на разрез может вызвать немедленную реакцию в виде амплитуды PPG.
Мониторинг гипо- и гиперволемии
Шамир, Эйдельман и др. изучили взаимодействие между вдохом и удалением 10% объема крови пациента для хранения крови перед операцией. Они обнаружили, что кровопотерю можно определить как по фотоплетизмограмме с пульсоксиметра, так и с артериального катетера. У пациентов отмечалось уменьшение амплитуды сердечного пульса, вызванное уменьшением преднагрузки сердца во время выдоха при сжатии сердца.
Мониторинг артериального давления
FDA сообщается , при условии оформления на монитор артериального давления cuffless фотоплетизмографии основы в августе 2019 года.
Удаленная фотоплетизмография
Обычная визуализация
В то время как фотоплетизмография обычно требует некоторой формы контакта с кожей человека (например, ухом, пальцем), удаленная фотоплетизмография позволяет определить физиологические процессы, такие как кровоток, без контакта с кожей. Это достигается за счет использования видеоизображения лица для анализа тонких мгновенных изменений цвета кожи объекта, которые не обнаруживаются человеческим глазом. Такое измерение уровня кислорода в крови с помощью камеры представляет собой бесконтактную альтернативу традиционной фотоплетизмографии. Например, его можно использовать для мониторинга частоты сердечных сокращений новорожденных или анализировать с помощью глубоких нейронных сетей для количественной оценки уровней стресса.
Цифровая голография
Дистанционная фотоплетизмография также может быть выполнена с помощью цифровой голографии , которая чувствительна к фазе световых волн и, следовательно, может выявить субмикронное движение вне плоскости. В частности, широкополосное изображение пульсирующего движения, вызванного кровотоком, можно измерить на большом пальце с помощью цифровой голографии . Результаты сопоставимы с пульсом крови, отслеживаемым с помощью плетизмографии во время эксперимента по окклюзии-реперфузии. Основным преимуществом этой системы является то, что не требуется физического контакта с исследуемой областью поверхности ткани. Двумя основными ограничениями этого подхода являются (i) внеосевая интерферометрическая конфигурация, которая уменьшает доступную пространственную полосу пропускания матрицы датчиков, и (ii) использование анализа с кратковременным преобразованием Фурье (посредством дискретного преобразования Фурье ), который фильтрует: от физиологических сигналов.
Анализ главных компонентов цифровых голограмм, восстановленных из оцифрованных интерферограмм, полученных со скоростью более 1000 кадров в секунду, выявляет поверхностные волны на руке. Этот метод является эффективным способом выполнения цифровой голографии по осевым интерферограммам, что облегчает как уменьшение пространственной полосы пропускания внеосевой конфигурации, так и фильтрацию физиологических сигналов. Более высокая пространственная полоса пропускания имеет решающее значение для большего поля зрения изображения.
Усовершенствованная голографическая фотоплетизмография, голографическая лазерная допплеровская визуализация , позволяет неинвазивным способом контролировать пульсовую волну кровотока в кровеносных сосудах сетчатки , сосудистой оболочки , конъюнктивы и радужки . В частности, лазерная доплеровская голография глазного дна, сосудистой оболочки составляет преобладающий вклад в высокочастотный лазерный доплеровский сигнал. Однако можно обойти его влияние, вычтя пространственно усредненный базовый сигнал, и добиться высокого временного разрешения и возможности получения изображения пульсирующего кровотока во всем поле.
Смотрите также
- Монитор сердечного ритма
- Клиторальный фотоплетизмограф
- Гемодинамика
- Лазерная доплеровская визуализация
- Плетизмограф
- Вагинальный фотоплетизмограф
- Пульсоксиметрия # Производные измерения