Fotopletysmogram
| Fotopletysmografi | |
|---|---|
 Representativ PPG tagen från en öronpulsoximeter. Variation i amplitud är från respiratorisk inducerad variation.
| |
| Maska | |
Ett fotopletysmogram ( PPG ) är ett optiskt erhållet pletysmogram som kan användas för att detektera blodvolymförändringar i den mikrovaskulära vävnadsbädden. En PPG erhålls ofta genom att använda en pulsoximeter som belyser huden och mäter förändringar i ljusabsorptionen. En konventionell pulsoximeter övervakar perfusionen av blod till dermis och subkutan vävnad i huden.
Med varje hjärtcykel pumpar hjärtat blod till periferin. Även om denna tryckpuls är något dämpad när den når huden, räcker det för att tänja ut artärerna och arteriolerna i den subkutana vävnaden. Om pulsoximetern fästs utan att komprimera huden kan en tryckpuls också ses från venös plexus, som en liten sekundär topp.
Förändringen i volym som orsakas av tryckpulsen detekteras genom att belysa huden med ljuset från en lysdiod (LED) och sedan mäta mängden ljus som antingen överförs eller reflekteras till en fotodiod. Varje hjärtcykel visas som en topp, som ses i figuren. Eftersom blodflödet till huden kan moduleras av flera andra fysiologiska system, kan PPG också användas för att övervaka andning, hypovolemi och andra cirkulationsförhållanden. Dessutom skiljer sig formen på PPG-vågformen från ämne till ämne och varierar med platsen och sättet på vilket pulsoximetern är fäst.
Webbplatser för att mäta PPG
Medan pulsoximetrar är vanliga medicinska apparater , visas den PPG som härrör från dem sällan och bearbetas endast nominellt för att bestämma hjärtfrekvensen. PPG kan erhållas från transmissiv absorption (som vid fingerspetsen) eller reflektion (som på pannan).
I öppenvårdsmiljöer bärs vanligtvis pulsoximetrar på fingret. Men i fall av chock, hypotermi , etc., kan blodflödet till periferin minskas, vilket resulterar i en PPG utan en märkbar hjärtpuls. I det här fallet kan en PPG erhållas från en pulsoximeter på huvudet, där de vanligaste platserna är örat, nässkiljeväggen och pannan. PPG kan också konfigureras för multi-site photoplethysmography (MPPG), t.ex. genom att göra samtidiga mätningar från höger och vänster öronsnibb, pekfingrar och stortår, och erbjuder ytterligare möjligheter för bedömning av patienter med misstänkt perifer artärsjukdom, autonom dysfunktion , endoteldysfunktion och arteriell stelhet. MPPG erbjuder också betydande potential för datautvinning, t.ex. genom att använda djupinlärning, såväl som en rad andra innovativa pulsvågsanalystekniker.
Rörelseartefakter har visat sig vara en begränsande faktor som förhindrar korrekta avläsningar under träning och fria levnadsförhållanden.
Används
Övervakning av hjärtfrekvens och hjärtcykel
Eftersom huden är så rik perfunderad är det relativt lätt att upptäcka den pulserande komponenten i hjärtcykeln. DC-komponenten i signalen är hänförlig till bulkabsorptionen av hudvävnaden, medan AC-komponenten är direkt hänförlig till variation i blodvolymen i huden orsakad av hjärtcykelns tryckpuls.
Höjden på AC-komponenten i fotopletysmogrammet är proportionell mot pulstrycket, skillnaden mellan det systoliska och diastoliska trycket i artärerna. Som ses i figuren som visar prematura ventrikulära kontraktioner (PVC), resulterar PPG-pulsen för hjärtcykeln med PVC i lägre amplitudblodtryck och en PPG. Ventrikulär takykardi och ventrikelflimmer kan också detekteras.
Övervakning av andning
Andning påverkar hjärtcykeln genom att variera det intrapleurala trycket, trycket mellan bröstväggen och lungorna. Eftersom hjärtat ligger i brösthålan mellan lungorna, påverkar partialtrycket vid inandning och utandning i hög grad trycket på vena cava och fyllningen av höger förmak.
Under inandning minskar det intrapleurala trycket med upp till 4 mm Hg, vilket tänjer ut höger förmak, vilket möjliggör snabbare fyllning från vena cava, ökande ventrikulär förbelastning, men minskad slagvolym. Omvänt under utandning komprimeras hjärtat, vilket minskar hjärteffektiviteten och ökar slagvolymen. När andningens frekvens och djup ökar ökar det venösa återflödet, vilket leder till ökad hjärtminutvolym.
Mycket forskning har fokuserat på att uppskatta andningsfrekvensen från fotopletysmogrammet, såväl som mer detaljerade andningsmätningar såsom inandningstid.
Övervakning av anestesidjup
Anestesiläkare måste ofta subjektivt bedöma om en patient är tillräckligt sövd för operation. Som framgår av figuren, om en patient inte är tillräckligt bedövad, kan det sympatiska nervsystemets svar på ett snitt generera ett omedelbart svar i amplituden av PPG.
Övervakning av hypo- och hypervolemi
Shamir, Eidelman, et al. studerade interaktionen mellan inspiration och avlägsnande av 10 % av en patients blodvolym för blodbanker före operation. De fann att blodförlust kunde detekteras både från fotopletysmogrammet från en pulsoximeter och en artärkateter. Patienterna visade en minskning av hjärtpulsamplituden orsakad av minskad hjärtförbelastning under utandning när hjärtat komprimeras.
Övervakning av blodtryck
FDA lämnade enligt uppgift tillstånd till en fotopletysmografi-baserad blodtrycksmätare utan manschett i augusti 2019 .
Fjärrfotopletysmografi
Konventionell bildbehandling
Medan fotopletysmografi vanligtvis kräver någon form av kontakt med den mänskliga huden (t.ex. öra, finger), tillåter fjärrfotopletysmografi att fysiologiska processer såsom blodflöde kan bestämmas utan hudkontakt. Detta uppnås genom att använda ansiktsvideo för att analysera subtila momentana förändringar i motivets hudfärg som inte kan upptäckas för det mänskliga ögat. Sådan kamerabaserad mätning av blodsyrenivåer ger ett kontaktlöst alternativ till konventionell fotopletysmografi. Till exempel kan den användas för att övervaka hjärtfrekvensen hos nyfödda barn, eller analyseras med djupa neurala nätverk för att kvantifiera stressnivåer.
Digital holografi
Fjärrfotopletysmografi kan också utföras med digital holografi , som är känslig för fasen av ljusvågor, och därför kan avslöja sub-mikron rörelse utanför planet. I synnerhet kan bredfältsavbildning av pulserande rörelse inducerad av blodflöde mätas på tummen med digital holografi . Resultaten är jämförbara med blodpuls övervakad med pletysmografi under ett ocklusions-reperfusionsexperiment. En stor fördel med detta system är att ingen fysisk kontakt med den studerade vävnadsytan krävs. De två huvudsakliga begränsningarna för detta tillvägagångssätt är (i) den interferometriska konfigurationen utanför axeln som minskar den tillgängliga rumsliga bandbredden för sensormatrisen, och (ii) användningen av korttids Fourier-transformation (via diskret Fourier-transform ) analys som filtrerar- av fysiologiska signaler.
Huvudkomponentanalys av digitala hologram rekonstruerade från digitaliserade interferogram som förvärvats med hastigheter över ~1000 bilder per sekund avslöjar ytvågor på handen. Denna metod är ett effektivt sätt att utföra digital holografi från interferogram på axeln, vilket lindrar både den rumsliga bandbreddsminskningen av konfigurationen utanför axeln och filtreringen av fysiologiska signaler. En högre rumslig bandbredd är avgörande för ett större bildsynfält.
En förfining av holografisk fotopletysmografi, holografisk laser-doppleravbildning , möjliggör icke-invasiv blodflödespulsvågsövervakning i blodkärlen i näthinnan , åderhinnan , bindhinnan och iris . I synnerhet, laserdopplerholografi av ögonfundus, utgör åderhinnan det dominerande bidraget till den högfrekventa laserdopplersignalen. Det är emellertid möjligt att kringgå dess inflytande genom att subtrahera den rumsligt genomsnittliga baslinjesignalen och uppnå hög tidsupplösning och fullfältsavbildningsförmåga för pulserande blodflöde.
Se även
- Pulsmätare
- Klitorisk fotopletysmograf
- Hemodynamik
- Laser-doppleravbildning
- Pletysmograf
- Vaginal fotopletysmograf
- Pulsoximetri#Härledda mätningar