Пульсоксиметрия - Pulse oximetry

Пульсоксиметрия
Пульсоксиметрия без привязки
Цель	Мониторинг насыщения кислородом человека

Пульсоксиметрия - это неинвазивный метод контроля кислородного насыщения человека . Показания сатурации периферического кислорода (Sp O ₂ ) обычно находятся в пределах 2% точности (в пределах 4% точности в худших 5% случаев) от более желательных (и инвазивных) показаний сатурации артериальной крови кислородом (Sa O ₂ ) по газам артериальной крови. анализ. Но эти два показателя достаточно хорошо коррелируют, поэтому безопасный, удобный, неинвазивный и недорогой метод пульсоксиметрии ценен для измерения насыщения кислородом в клинических условиях .

Наиболее распространенным подходом является пропускающая пульсоксиметрия . В этом подходе сенсор помещается на тонкую часть тела пациента, обычно на кончик пальца или мочку уха , или на ступню младенца . Кончики пальцев и мочки ушей имеют более высокую скорость кровотока, чем другие ткани, что способствует теплопередаче. Устройство пропускает свет двух длин волн через часть тела к фотоприемнику. Он измеряет изменяющуюся оптическую плотность на каждой из длин волн , позволяя определять оптическую плотность только за счет пульсирующей артериальной крови , исключая венозную кровь , кожу, кости, мышцы, жир и (в большинстве случаев) лак для ногтей .

Отражательная пульсоксиметрия - менее распространенная альтернатива пропускающей пульсовой оксиметрии. Этот метод не требует тонкого сечения тела человека и поэтому хорошо подходит для универсального применения, такого как ступни, лоб и грудь, но он также имеет некоторые ограничения. Расширение сосудов и скопление венозной крови в голове из-за нарушения венозного возврата к сердцу может вызвать комбинацию артериальной и венозной пульсации в области лба и привести к ложным результатам Sp O ₂ . Такие состояния возникают во время анестезии с интубацией трахеи и искусственной вентиляции легких или у пациентов в положении Тренделенбурга .

Медицинское использование

Зонд пульсоксиметра, приложенный к пальцу человека

Пульсоксиметр - это медицинское устройство, которое косвенно контролирует насыщение крови кислородом пациента (в отличие от измерения насыщения кислородом непосредственно через образец крови) и изменения объема крови в коже, создавая фотоплетизмограмму, которая может быть далее обработана для других измерений. . Пульсоксиметр может быть встроен в многопараметрический монитор пациента. Большинство мониторов также отображают частоту пульса. Также доступны портативные пульсоксиметры с батарейным питанием для мониторинга содержания кислорода в крови в транспорте или дома.

Преимущества

Пульсоксиметрия особенно удобна для неинвазивного непрерывного измерения насыщения крови кислородом. В противном случае уровни газов крови должны определяться в лаборатории на взятом образце крови. Пульсоксиметрия полезна в любых условиях, когда оксигенация пациента нестабильна, включая интенсивную терапию , операционную, восстановительную, неотложную и больничную палату, пилотов в негерметичных самолетах, для оценки оксигенации любого пациента и определения эффективности или потребности в дополнительном кислороде. . Хотя пульсоксиметр используется для контроля оксигенации, он не может определить метаболизм кислорода или количество кислорода, используемое пациентом. Для этого необходимо также измерить уровень углекислого газа (CO ₂ ). Возможно, его также можно использовать для обнаружения нарушений вентиляции. Однако использование пульсоксиметра для обнаружения гиповентиляции ухудшается при использовании дополнительного кислорода, поскольку только тогда, когда пациенты дышат комнатным воздухом, нарушения дыхательной функции могут быть надежно обнаружены с его использованием. Следовательно, обычное введение дополнительного кислорода может быть неоправданным, если пациент может поддерживать адекватную оксигенацию в воздухе помещения, поскольку это может привести к тому, что гиповентиляция останется незамеченной.

Из-за простоты использования и способности обеспечивать непрерывные и немедленные значения насыщения кислородом, пульсоксиметры имеют решающее значение в неотложной медицине, а также очень полезны для пациентов с респираторными или сердечными проблемами, особенно с ХОБЛ , или для диагностики некоторых нарушений сна. такие как апноэ и гипопноэ . Для пациентов с обструктивным апноэ во сне показания пульсоксиметрии будут находиться в диапазоне 70–90% в течение большей части времени, проведенного в попытках уснуть.

Переносные пульсоксиметры с батарейным питанием полезны для пилотов, работающих в самолетах без давления на высоте более 10 000 футов (3 000 м) или 12 500 футов (3 800 м) в США, где требуется дополнительный кислород. Портативные пульсоксиметры также полезны альпинистам и спортсменам, у которых уровень кислорода может снижаться на большой высоте или при физических нагрузках. В некоторых портативных пульсоксиметрах используется программное обеспечение, которое составляет график содержания кислорода в крови и пульс пациента, что служит напоминанием о необходимости проверки уровня кислорода в крови.

Усовершенствования в области подключения сделали возможным непрерывный мониторинг насыщения крови кислородом пациентов без проводного подключения к больничному монитору, не жертвуя потоком данных пациента обратно к прикроватным мониторам и централизованным системам наблюдения за пациентами.

Пациентам с COVID-19 пульсоксиметрия помогает на раннем этапе выявить тихую гипоксию , при которой пациенты по-прежнему выглядят и чувствуют себя комфортно, но их SpO2 опасно низок. Это случается с пациентами либо в больнице, либо дома. Низкий уровень SpO2 может указывать на тяжелую пневмонию, связанную с COVID-19, требующую искусственной вентиляции легких.

Ограничения

Пульсоксиметрия измеряет исключительно сатурацию гемоглобина, но не вентиляцию, и не является полным показателем дыхательной недостаточности. Он не заменяет газы крови, проверяемые в лаборатории, потому что не дает указаний на дефицит оснований, уровень углекислого газа, pH крови или концентрацию бикарбоната (HCO ₃ ^- ). Метаболизм кислорода можно легко измерить, отслеживая CO _{2 с} истекшим сроком годности , но показатели насыщения не дают информации о содержании кислорода в крови. Большая часть кислорода в крови переносится гемоглобином; при тяжелой анемии в крови содержится меньше гемоглобина, который, несмотря на насыщение, не может переносить столько кислорода.

Так как пульсоксиметры калибруются у здоровых людей, точность у тяжелобольных и недоношенных новорожденных низкая.

Ошибочно низкие значения могут быть вызваны гипоперфузией конечности, используемой для мониторинга (часто из-за того, что конечность холодная, или из-за сужения сосудов, вызванного применением вазопрессоров ); некорректное применение датчика; сильно мозолистые кожи; или движение (например, дрожь), особенно во время гипоперфузии. Для обеспечения точности датчик должен возвращать устойчивый импульс и / или форму импульса. Технологии пульсовой оксиметрии различаются по своей способности предоставлять точные данные в условиях движения и низкой перфузии.

Ожирение , гипотензия (низкое кровяное давление) и некоторые варианты гемоглобина могут снизить точность результатов. Некоторые домашние пульсоксиметры имеют низкую частоту дискретизации, что может значительно недооценивать провалы в уровне кислорода в крови. Точность пульсовой оксиметрии значительно ухудшается при показаниях ниже 80%.

Пульсоксиметрия также не является полным показателем достаточности циркулирующего кислорода. При недостаточном кровотоке или недостаточном уровне гемоглобина в крови ( анемия ) ткани могут страдать от гипоксии, несмотря на высокое насыщение артериальной крови кислородом.

Поскольку пульсоксиметрия измеряет только процент связанного гемоглобина, ложно высокое или ложно низкое значение будет иметь место, когда гемоглобин связывается с чем-то, кроме кислорода:

• Гемоглобин имеет более высокое сродство к монооксиду углерода, чем к кислороду, и высокое значение может иметь место, несмотря на то, что у пациента фактически гипоксемия. В случае отравления угарным газом эта неточность может задержать распознавание гипоксии (низкий уровень кислорода в клетке).
• Отравление цианидом дает высокие показатели, поскольку снижает извлечение кислорода из артериальной крови. В этом случае показание не является ложным, поскольку кислород в артериальной крови действительно высок при раннем отравлении цианидом.
• Метгемоглобинемия обычно вызывает показания пульсоксиметрии в середине 80-х годов.
• ХОБЛ [особенно хронический бронхит] может вызывать ложные показания.

Неинвазивным методом, позволяющим непрерывно измерять дисгемоглобины, является пульсовый СО-оксиметр , который был построен в 2005 году компанией Masimo. Используя дополнительные длины волн, он дает врачам возможность измерить дисгемоглобин, карбоксигемоглобин и метгемоглобин вместе с общим гемоглобином.

Исследования показали, что частота ошибок в обычных пульсоксиметрах может быть выше у взрослых с темным цветом кожи, что вызывает опасения, что неточность измерений пульсоксиметрии может усугубить системный расизм в странах с многорасовым населением, таких как США . Пульсоксиметрия используется для скрининга апноэ во сне и других типов нарушений дыхания во сне, которые в США более распространены среди меньшинств.

Оборудование

Помимо пульсоксиметров для профессионального использования доступно множество недорогих «потребительских» моделей. Мнения о надежности потребительских оксиметров расходятся; типичный комментарий: «Данные исследований домашних мониторов неоднозначны, но они имеют тенденцию быть точными в пределах нескольких процентных пунктов». Некоторые умные часы с отслеживанием активности включают функцию оксиметра. В статье о таких устройствах в контексте диагностики инфекции COVID-19 цитируется Жоао Паулу Кунья из Университета Порту, Португалия: «Эти датчики неточны, это главное ограничение ... те, которые вы носите, предназначены только для потребительский уровень, а не клинический уровень ". Пульсоксиметры, используемые для диагностики таких состояний, как COVID-19, должны относиться к медицинским оксиметрам класса IIB. Оксиметры класса IIB можно использовать для пациентов любого цвета кожи, с низкой пигментацией и при наличии движения.

Согласно отчету iData Research, рынок оборудования и датчиков для пульсоксиметрического мониторинга в США в 2011 году составил более 700 миллионов долларов.

Механизм

Спектры поглощения оксигенированного гемоглобина (HbO2) и деоксигенированного гемоглобина (Hb) для красных и инфракрасных длин волн

Внутренняя сторона пульсоксиметра

Монитор кислорода в крови отображает процент крови, насыщенной кислородом. В частности, он измеряет, какой процент гемоглобина , белка в крови, переносящего кислород, загружен. Приемлемые нормальные диапазоны Sa O ₂ для пациентов без легочной патологии составляют от 95 до 99 процентов. Для человека, дышащего комнатным воздухом на уровне моря или около него , оценка артериального pO ₂ может быть сделана по показаниям «насыщения периферического кислорода» (SpO ₂ ) монитора кислорода в крови .

Режим работы

Типичный импульсный оксиметр использует электронный процессор и пару небольших светодиодов (LED) , обращенный к фотодиоду через полупрозрачные части тела пациента, как правило , палец или мочку уха. Один светодиод красный с длиной волны 660 нм, а другой инфракрасный с длиной волны 940 нм. Поглощение света на этих длинах волн значительно различается между кровью, насыщенной кислородом, и кровью, лишенной кислорода. Кислородный гемоглобин поглощает больше инфракрасного света и пропускает больше красного света. Деоксигенированный гемоглобин пропускает больше инфракрасного света и поглощает больше красного света. Светодиоды последовательно проходят цикл: один включается, затем другой, а затем оба выключаются примерно тридцать раз в секунду, что позволяет фотодиоду отдельно реагировать на красный и инфракрасный свет, а также настраиваться в соответствии с базовой линией окружающего освещения.

Количество света, которое передается (другими словами, не поглощается), измеряется, и для каждой длины волны вырабатываются отдельные нормализованные сигналы. Эти сигналы меняются во времени, потому что количество имеющейся артериальной крови увеличивается (буквально пульсирует) с каждым ударом сердца. Путем вычитания минимального проходящего света из проходящего света на каждой длине волны корректируются эффекты других тканей, генерируя непрерывный сигнал для пульсирующей артериальной крови. Отношение измерения красного света к измерению инфракрасного света затем вычисляется процессором (который представляет собой отношение оксигенированного гемоглобина к деоксигенированному гемоглобину), и это отношение затем преобразуется в SpO ₂ процессором через справочную таблицу на основе Закон Бера – Ламберта . Разделение сигналов также служит другим целям: форма волны плетизмографа («плетизмограмма»), представляющая пульсирующий сигнал, обычно отображается для визуальной индикации импульсов, а также качества сигнала, а также числового отношения между пульсирующим и базовым поглощением (« перфузия»). index ") можно использовать для оценки перфузии.

$${\ displaystyle {\ ce {SpO_2}} = {\ frac {{\ ce {HbO2}}} {{\ ce {{HbO2} + Hb}}}}}$$

где HbO ₂ - оксигенированный гемоглобин ( оксигемоглобин ), а Hb - деоксигенированный гемоглобин.

Производные измерения

Из-за изменений объемов крови в коже можно увидеть плетизмографические изменения в световом сигнале, принимаемом датчиком на оксиметре (коэффициент пропускания). Изменение можно описать как периодическую функцию , которая, в свою очередь, может быть разделена на составляющую постоянного тока (пиковое значение) и составляющую переменного тока (пик минус впадина). Отношение компонента переменного тока к компоненту постоянного тока, выраженное в процентах, известно как (периферический) индекс перфузии (Pi) для импульса и обычно находится в диапазоне от 0,02% до 20%. Более раннее измерение, называемое пульсоксиметрической плетизмографией (POP), измеряет только компонент «AC» и выводится вручную из пикселей монитора.

Индекс изменчивости плета (PVI) - это мера изменчивости индекса перфузии, которая возникает во время дыхательных циклов. Математически он рассчитывается как (Pi _max - Pi _min ) / Pi _max × 100% , где максимальное и минимальное значения Pi взяты из одного или нескольких циклов дыхания. Было показано, что это полезный, неинвазивный индикатор постоянной чувствительности к жидкости для пациентов, которым проводится инфузионная терапия. Пульсоксиметрия, амплитуда плетизмографической волны (ΔPOP) - это аналогичный более ранний метод для использования на полученной вручную POP, рассчитанной как (POP _max - POP _min ) / (POP _max + POP _min ) × 2 .

История

В 1935 году немецкий врач Карл Маттес (1905–1962) разработал первый двухволновой ушной измеритель насыщения O ₂ с красным и зеленым фильтрами (позже - красным и инфракрасным фильтрами). Его измеритель был первым устройством для измерения насыщения O ₂ .

Оригинальный оксиметр был изготовлен Гленном Алланом Милликеном в 1940-х годах. В 1949 году Вуд добавил капсулу давления, чтобы выдавливать кровь из уха, чтобы получить абсолютное значение насыщения O ₂ при повторном поступлении крови. Эта концепция похожа на сегодняшнюю традиционную пульсоксиметрию, но ее трудно было реализовать из-за нестабильных фотоэлементов и источников света; сегодня этот метод не используется в клинической практике. В 1964 году Шоу собрал первый ушной оксиметр для абсолютного считывания, который использовал восемь длин волн света.

Первая пульсоксиметрия была разработана в 1972 году японскими биоинженерами Такуо Аояги и Мичио Киси на японском производителе медицинского электронного оборудования Nihon Kohden с использованием отношения поглощения красного и инфракрасного света пульсирующими компонентами в месте измерения. Нихон Коден изготовил первый пульсоксиметр, ушной оксиметр OLV-5100, а хирург Сусуму Накадзима и его сотрудники впервые испытали устройство на пациентах, сообщив об этом в 1975 году. Однако Нихон Коден приостановил развитие пульсовой оксиметрии и не стал подать заявку на получение основного патента пульсоксиметрии, за исключением Японии. В 1977 году компания Minolta выпустила на рынок первый пальцевый пульсоксиметр OXIMET MET-1471. В США он был коммерциализирован компанией Biox в 1980 году.

К 1987 году стандарт лечения общего наркоза в США включал пульсоксиметрию. Начиная с операционной, пульсоксиметрия быстро распространилась по всей больнице, сначала в палаты реабилитации , а затем в отделения интенсивной терапии . Пульсоксиметрия имела особое значение в неонатальном отделении, где пациенты не чувствуют себя хорошо из-за недостаточной оксигенации, но слишком много кислорода и колебания концентрации кислорода могут привести к ухудшению зрения или слепоте из-за ретинопатии недоношенных (ROP). Кроме того, получение газов артериальной крови у новорожденного болезненно для пациента и является основной причиной неонатальной анемии. Артефакт движения может быть значительным ограничением для мониторинга пульсоксиметрии, приводя к частым ложным тревогам и потере данных. Это связано с тем, что во время движения и низкой периферической перфузии многие пульсоксиметры не могут отличить пульсирующую артериальную кровь от движущейся венозной крови, что приводит к недооценке насыщения кислородом. Ранние исследования эффективности пульсоксиметрии во время движения объекта показали уязвимость традиционных технологий пульсовой оксиметрии для артефактов движения.

В 1995 году Masimo представила технологию извлечения сигналов (SET), которая могла точно измерять во время движения пациента и низкой перфузии, отделяя артериальный сигнал от венозного и других сигналов. С тех пор производители пульсоксиметрии разработали новые алгоритмы для уменьшения количества ложных тревог во время движения, таких как увеличение времени усреднения или фиксация значений на экране, но они не претендуют на измерение изменяющихся условий во время движения и низкой перфузии. Таким образом, все еще существуют важные различия в характеристиках пульсоксиметров в сложных условиях. Также в 1995 году Masimo представил индекс перфузии, количественно определяющий амплитуду кривой периферического плетизмографа . Показано, что индекс перфузии помогает клиницистам прогнозировать тяжесть заболевания и ранние неблагоприятные респираторные исходы у новорожденных, прогнозировать низкий кровоток в верхней полой вене у младенцев с очень низкой массой тела при рождении, обеспечивать ранний индикатор симпатэктомии после эпидуральной анестезии и улучшать выявление критических врожденных пороков сердца. у новорожденных.

В опубликованных статьях сравнивается технология извлечения сигналов с другими технологиями пульсоксиметрии, и они демонстрируют неизменно благоприятные результаты для технологии извлечения сигналов. Также было показано, что эффективность пульсоксиметрии технологии извлечения сигналов помогает врачам улучшать результаты лечения пациентов. В одном исследовании ретинопатия недоношенных (повреждение глаз) была уменьшена на 58% у новорожденных с очень низкой массой тела при рождении в центре с использованием технологии извлечения сигналов, в то время как в другом центре с теми же врачами, использующими тот же протокол, не было снижения ретинопатии недоношенных. но с технологией извлечения без сигнала. Другие исследования показали, что пульсоксиметрия с технологией извлечения сигнала приводит к меньшему количеству измерений газов артериальной крови, более быстрому отлучению от кислорода, меньшему использованию датчиков и меньшей продолжительности пребывания. Сквозное движение и низкая перфузия, которыми он обладает, также позволяют использовать его в ранее неконтролируемых областях, таких как общий этаж, где ложные срабатывания тревожной сигнализации мешали традиционной пульсоксиметрии. В качестве доказательства этого в 2010 году было опубликовано знаменательное исследование, показывающее, что врачи медицинского центра Дартмут-Хичкок, использующие пульсоксиметрию с технологией извлечения сигналов на общем этаже, смогли снизить количество обращений в бригады быстрого реагирования, переводы в ОИТ и количество дней в ОИТ. В 2020 году последующее ретроспективное исследование в том же учреждении показало, что за десять лет использования пульсоксиметрии с технологией извлечения сигнала в сочетании с системой наблюдения за пациентами не было ни одного случая смерти пациентов и ни один из пациентов не пострадал от угнетения дыхания, вызванного опиоидами. пока использовался непрерывный мониторинг.

В 2007 году Масимо представил первое измерение индекса вариабельности плетения (PVI), которое, как показали многочисленные клинические исследования, обеспечивает новый метод автоматической неинвазивной оценки способности пациента реагировать на введение жидкости. Соответствующие уровни жидкости жизненно важны для снижения послеоперационных рисков и улучшения результатов для пациентов: слишком низкие (недостаточная гидратация) или слишком высокие (чрезмерная гидратация) объемы жидкости уменьшают заживление ран и увеличивают риск инфекции или сердечных осложнений. Недавно Национальная служба здравоохранения Соединенного Королевства и Французское общество анестезии и интенсивной терапии включили мониторинг ПВИ как часть предлагаемых ими стратегий интраоперационного отведения жидкости.

В 2011 году экспертная рабочая группа рекомендовала провести скрининг новорожденных с помощью пульсоксиметрии, чтобы повысить вероятность выявления критических врожденных пороков сердца (CCHD). Рабочая группа CCHD процитировала результаты двух крупных проспективных исследований 59 876 субъектов, в которых использовалась исключительно технология извлечения сигналов для повышения идентификации CCHD с минимальным количеством ложных срабатываний. Рабочая группа CCHD рекомендовала проводить скрининг новорожденных с помощью толерантной к движению пульсовой оксиметрии, которая также была проверена в условиях низкой перфузии. В 2011 году министр здравоохранения и социальных служб США добавил пульсоксиметрию к рекомендованной единой группе скрининговых обследований. До получения доказательств для скрининга с использованием технологии извлечения сигналов скринингу подвергалось менее 1% новорожденных в Соединенных Штатах. Сегодня Фонд новорожденных задокументировал почти всеобщий скрининг в Соединенных Штатах, и международный скрининг быстро расширяется. В 2014 году третье крупное исследование 122738 новорожденных, в котором также использовалась исключительно технология извлечения сигналов, показало те же положительные результаты, что и первые два крупных исследования.

Пульсоксиметрия высокого разрешения (HRPO) была разработана для скрининга и тестирования апноэ во сне в домашних условиях у пациентов, для которых нецелесообразно выполнять полисомнографию . Он сохраняет и записывает частоту пульса и SpO2 с интервалами в 1 секунду, и в одном исследовании было показано, что он помогает обнаруживать нарушение дыхания во сне у хирургических пациентов.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки