Jump to content

Фотоплетизмограмма

(Перенаправлено с Фотоплетизмографа )
Фотоплетизмография
Репрезентативный PPG, взятый из ушного пульсоксиметра. Изменение амплитуды связано с изменениями, вызванными дыханием.
МеШ Д017156

Фотоплетизмограмма ФПГ ( полученную оптическим путем ) представляет собой плетизмограмму, , которую можно использовать для обнаружения изменений объема крови в микрососудистом русле ткани. [ 1 ] [ 2 ] PPG часто получают с помощью пульсоксиметра , который освещает кожу и измеряет изменения в поглощении света. [ 3 ] Обычный пульсоксиметр контролирует перфузию крови в дерму и подкожную клетчатку кожи.

Пальцевый пульсоксиметр

С каждым сердечным циклом сердце перекачивает кровь на периферию. Хотя этот импульс давления несколько затухает к моменту достижения кожи, его достаточно, чтобы растянуть артерии и артериолы в подкожной клетчатке. Если пульсоксиметр прикрепляют без сдавливания кожи, пульс давления также можно увидеть со стороны венозного сплетения в виде небольшого вторичного пика.

Изменение объема, вызванное импульсом давления, обнаруживается путем освещения кожи светом светодиода ( LED) и последующего измерения количества света, переданного или отраженного фотодиодом. [ 4 ] Каждый сердечный цикл выглядит как пик, как показано на рисунке. Поскольку приток крови к коже может модулироваться множеством других физиологических систем, PPG также можно использовать для мониторинга дыхания, гиповолемии и других состояний кровообращения. [ 5 ] Кроме того, форма сигнала ФПГ различается у разных субъектов и зависит от места и способа крепления пульсоксиметра.

Хотя датчики PPG широко используются в ряде коммерческих и клинических приложений, точные механизмы, определяющие форму сигнала PPG, еще не полностью изучены. [ 6 ]

Сайты для измерения PPG

[ редактировать ]

Хотя пульсоксиметры являются широко используемыми медицинскими устройствами , записываемый ими сигнал PPG редко отображается и номинально обрабатывается только для определения оксигенации крови и частоты сердечных сокращений . [ 2 ] PPG можно получить путем пропускающего поглощения (как на кончике пальца) или отражения (как на лбу). [ 2 ]

В амбулаторных условиях пульсоксиметры обычно носят на пальце. Однако в случаях шока, гипотермии и т. д. приток крови к периферии может быть снижен, что приводит к ФПГ без различимого сердечного пульса. [ 7 ] В этом случае PPG можно получить с помощью пульсоксиметра на голове, причем наиболее распространенными местами являются ухо, носовая перегородка и лоб. PPG также можно настроить для многозонной фотоплетизмографии (MPPG), например, путем одновременного измерения правых и левых мочек уха, указательных и больших пальцев ног, что дает дополнительные возможности для обследования пациентов с подозрением на заболевание периферических артерий, вегетативную дисфункцию. 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 пульсовой волны. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Артефакты движения часто являются ограничивающим фактором, препятствующим точным показаниям во время тренировок и в условиях свободной жизни. [ 6 ]

Использование

[ редактировать ]

Мониторинг сердечного ритма и сердечного цикла

[ редактировать ]
Преждевременное сокращение желудочков (ПВС) можно увидеть на ФПГ так же, как на ЭКГ и артериальном давлении (АД).
На этом ФПГ отчетливо видна венозная пульсация.

Поскольку кожа очень хорошо кровоснабжается, относительно легко обнаружить пульсирующий компонент сердечного цикла. Компонент постоянного тока сигнала обусловлен объемным поглощением кожной ткани, тогда как компонент переменного тока напрямую связан с изменением объема крови в коже, вызванным импульсом давления сердечного цикла.

Высота AC-компонента фотоплетизмограммы пропорциональна пульсовому давлению, разнице между систолическим и диастолическим давлением в артериях. Как видно на рисунке, показывающем преждевременные сокращения желудочков (PVC), импульс PPG для сердечного цикла с PVC приводит к более низкой амплитуде артериального давления и PPG. желудочковая тахикардия и фибрилляция желудочков . Также могут обнаруживаться [ 12 ]

Мониторинг дыхания

[ редактировать ]
Влияние нитропруссида натрия (ниприда), периферического вазодилататора, на ППГ пальца седативного субъекта. Как и ожидалось, амплитуда PPG увеличивается после инфузии, и, кроме того, увеличивается респираторно-индуцированная вариация (RIV). [ 13 ]

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 растягивает правое предсердие, обеспечивая более быстрое наполнение из полой вены, увеличивая преднагрузку желудочка, но уменьшая ударный объем. И наоборот, во время выдоха сердце сжимается, что снижает эффективность сердечной деятельности и увеличивает ударный объем. Когда частота и глубина дыхания увеличиваются, венозный возврат увеличивается, что приводит к увеличению сердечного выброса. [ 14 ]

Многие исследования были сосредоточены на оценке частоты дыхания по фотоплетизмограмме. [ 15 ] а также более подробные измерения дыхания, такие как время вдоха. [ 16 ]

Мониторинг глубины анестезии

[ редактировать ]
Влияние разреза у субъекта, находящегося под общей анестезией, на фотоплетизмограф (PPG) и артериальное давление (АД).

Анестезиологам часто приходится субъективно судить о том, достаточно ли анестезирован пациент для операции. Как видно на рисунке, если пациент недостаточно анестезирован, реакция симпатической нервной системы на разрез может вызвать немедленный ответ в виде амплитуды PPG. [ 13 ]

Мониторинг гипо- и гиперволемии

[ редактировать ]

Шамир, Эйдельман и др. изучали взаимодействие между вдохом и удалением 10% объема крови пациента для хранения крови перед операцией. [ 17 ] Они обнаружили, что кровопотерю можно обнаружить как по фотоплетизмограмме с пульсоксиметра, так и с помощью артериального катетера. У пациентов наблюдалось уменьшение амплитуды сердечного пульса, вызванное уменьшением преднагрузки сердца на выдохе при сжатии сердца.

Мониторинг артериального давления

[ редактировать ]

предоставило Сообщается , что в августе 2019 года FDA разрешение на фотоплетизмографический прибор для измерения артериального давления без манжеты. [ 18 ]

Дистанционная фотоплетизмография

[ редактировать ]

Традиционная визуализация

[ редактировать ]

В то время как фотоплетизмография обычно требует некоторой формы контакта с кожей человека (например, ухом, пальцем), дистанционная фотоплетизмография позволяет определять физиологические процессы, такие как кровоток, без контакта с кожей. Это достигается за счет использования видео лица для анализа тонких мгновенных изменений цвета кожи субъекта, которые не заметны человеческому глазу. [ 19 ] [ 20 ] в крови с помощью камеры Такое измерение уровня кислорода обеспечивает бесконтактную альтернативу обычной фотоплетизмографии. Например, его можно использовать для мониторинга сердечного ритма новорожденных, [ 21 ] или анализироваться с помощью глубоких нейронных сетей для количественной оценки уровня стресса. [ 11 ]

Цифровая голография

[ редактировать ]
Фотоплетизмография большого пальца с помощью внеосевой цифровой голографии.
пульсирующие волны на спине лягушки, измеренные с помощью внеосевой голографической фотоплетизмографии

Удаленная фотоплетизмография также может выполняться с помощью цифровой голографии , которая чувствительна к фазе световых волн и, следовательно, может выявить субмикронное движение вне плоскости. В частности, широкоугольное изображение пульсирующего движения, вызванного кровотоком, можно измерить на большом пальце с помощью цифровой голографии . Результаты сопоставимы с пульсом крови, контролируемым с помощью плетизмографии во время окклюзионно-реперфузионного эксперимента. [ 22 ] Основным преимуществом этой системы является то, что не требуется физического контакта с исследуемой поверхностью ткани. Двумя основными ограничениями этого подхода являются (i) внеосевая интерферометрическая конфигурация, которая уменьшает доступную пространственную полосу пропускания матрицы датчиков , и (ii) использование анализа кратковременного преобразования Фурье (посредством дискретного преобразования Фурье ), которое фильтрует отключить физиологические сигналы.

лазерная допплеровская визуализация пульсовых волн на поверхности руки с помощью голографической фотоплетизмографии на основе осевой цифровой интерферометрии.

Метод главных компонент цифровых голограмм [ 23 ] реконструированный на основе оцифрованных интерферограмм, полученных со скоростью более 1000 кадров в секунду, обнаруживает поверхностные волны на руке. Этот метод является эффективным способом выполнения цифровой голографии на основе осевых интерферограмм, который устраняет как уменьшение пространственной полосы пропускания внеосевой конфигурации, так и фильтрацию физиологических сигналов. Более высокая пространственная полоса пропускания имеет решающее значение для увеличения поля зрения изображения.

Усовершенствованная голографическая фотоплетизмография, голографическая лазерная допплеровская визуализация , позволяет неинвазивно контролировать пульсовую волну кровотока в кровеносных сосудах сетчатки , сосудистой оболочки , конъюнктивы и радужной оболочки . [ 24 ] В частности, лазерная допплеровская голография глазного дна и сосудистой оболочки вносит преобладающий вклад в высокочастотный лазерный доплеровский сигнал. Однако можно обойти его влияние путем вычитания пространственно усредненного базового сигнала и добиться высокого временного разрешения и возможности полноформатной визуализации пульсирующего кровотока.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Аллен Дж. (март 2007 г.). «Фотоплетизмография и ее применение в клинических физиологических измерениях». Физиологическое измерение . 28 (3): Р1–39. дои : 10.1088/0967-3334/28/3/R01 . ПМИД   17322588 . S2CID   11450080 .
  2. ^ Jump up to: а б с Кириаку П.А., Аллен Дж., ред. (2021). Фотоплетизмография: технология, анализ сигналов и приложения . Эльзевир.
  3. ^ Шелли К., Шелли С., Лейк С (2001). «Форма пульсового оксиметра: фотоэлектрическая плетизмография». В Лейк С., Хайнс Р., Блитт С. (ред.). Клинический мониторинг . Компания WB Saunders. стр. 420–428.
  4. ^ Пелаес Э.А., Вильегас Э.Р. (2007). «Компромиссы по снижению мощности светодиодов для амбулаторной пульсоксиметрии». 2007 29-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE . Том. 2007. С. 2296–2299. дои : 10.1109/IEMBS.2007.4352784 . ISBN  978-1-4244-0787-3 . ПМИД   18002450 . S2CID   34626885 .
  5. ^ Рейснер А., Шалтис П.А., МакКомби Д., Асада Х.Х. (май 2008 г.). «Полезность фотоплетизмограммы в мониторинге кровообращения» . Анестезиология . 108 (5): 950–958. дои : 10.1097/ALN.0b013e31816c89e1 . ПМИД   18431132 .
  6. ^ Jump up to: а б Чарльтон П.Х., Кириако П.А., Мант Дж., Марозас В., Човенчик П., Аластруэй Дж. (март 2022 г.). «Носимый фотоплетизмограф для сердечно-сосудистого мониторинга» . Труды IEEE. Институт инженеров электротехники и электроники . 110 (3): 355–381. дои : 10.1109/JPROC.2022.3149785 . ПМЦ   7612541 . ПМИД   35356509 .
  7. ^ Будида К., Кириаку П.А. (2015). «Исследование фотоплетизмографии и насыщения кислородом артериальной крови из слухового прохода и пальца в условиях искусственно вызванной гипотермии» (PDF) . 2015 37-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2015. С. 7954–7957. дои : 10.1109/EMBC.2015.7320237 . ISBN  978-1-4244-9271-8 . ПМИД   26738137 . S2CID   4574235 .
  8. ^ Аллен Дж., Овербек К., Нэт А.Ф., Мюррей А., Стэнсби Дж. (апрель 2008 г.). «Проспективное сравнение двусторонней фотоплетизмографии с индексом лодыжечно-плечевого давления для выявления и количественной оценки заболеваний периферических артерий нижних конечностей» . Журнал сосудистой хирургии . 47 (4): 794–802. дои : 10.1016/j.jvs.2007.11.057 . ПМИД   18381141 .
  9. ^ Маккей Н.Д., Гриффитс Б., Ди Мария С., Хедли С., Мюррей А., Аллен Дж. (октябрь 2014 г.). «Новые фотоплетизмографические оценки сердечно-сосудистой системы у пациентов с феноменом Рейно и системной склеродермией: пилотное исследование». Ревматология . 53 (10): 1855–1863. doi : 10.1093/ревматология/keu196 . ПМИД   24850874 .
  10. ^ Мизева И., Ди Мария С., Фрик П., Подтаев С., Аллен Дж. (март 2015 г.). «Количественная оценка корреляции между фотоплетизмографией и лазерной допплеровской флоуметрией микрососудистых низкочастотных колебаний» . Журнал биомедицинской оптики . 20 (3): 037007. Бибкод : 2015JBO....20c7007M . дои : 10.1117/1.JBO.20.3.037007 . ПМИД   25764202 . S2CID   206437523 .
  11. ^ Jump up to: а б Аль-Джебрни А.Х., Чвил Б., Ван XY, Вонг А., Сааб Б.Дж. (01.05.2020). «Удаленная и объективная количественная оценка стресса с помощью искусственного интеллекта» . Биомедицинская обработка сигналов и контроль . 59 : 101929. doi : 10.1016/j.bspc.2020.101929 . ISSN   1746-8094 .
  12. ^ Алиан А.А., Шелли К.Х. (декабрь 2014 г.). «Фотоплетизмография». Лучшие практики и исследования. Клиническая анестезиология . 28 (4): 395–406. дои : 10.1016/j.bpa.2014.08.006 . ПМИД   25480769 .
  13. ^ Jump up to: а б Шелли К.Х. (декабрь 2007 г.). «Фотоплетизмография: помимо расчета артериальной сатурации кислорода и частоты сердечных сокращений» . Анестезия и анальгезия . 105 (6 доп.): S31–S36. дои : 10.1213/01.ane.0000269512.82836.c9 . ПМИД   18048895 . S2CID   21556782 .
  14. ^ Шелли К.Х., Яблонка Д.Х., Авад А.А., Стаут Р.Г., Резканна Х., Сильверман Д.Г. (август 2006 г.). «Какое место лучше всего подходит для измерения влияния вентиляции на форму волны пульсоксиметра?» . Анестезия и анальгезия . 103 (2): 372–7, оглавление. дои : 10.1213/01.ane.0000222477.67637.17 . ПМИД   16861419 . S2CID   6926327 .
  15. ^ Чарльтон П.Х., Бирренкотт Д.А., Бонничи Т., Пиментель М.А., Джонсон А.Е., Аластруи Дж. и др. (2018). «Оценка частоты дыхания по электрокардиограмме и фотоплетизмограмме: обзор» . Обзоры IEEE в области биомедицинской инженерии . 11 :2–20. дои : 10.1109/RBME.2017.2763681 . ПМЦ   7612521 . ПМИД   29990026 .
  16. ^ Дэвис Х.Дж., Бахтигер П., Уильямс И., Молино П.Л., Петерс Н.С., Мандич Д.П. (июль 2022 г.). «Носимый внутриушной PPG: подробные респираторные изменения позволяют классифицировать ХОБЛ». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 69 (7): 2390–2400. дои : 10.1109/TBME.2022.3145688 . hdl : 10044/1/96220 . ПМИД   35077352 . S2CID   246287257 .
  17. ^ Шамир М., Эйдельман Л.А., Фломан Ю., Каплан Л., Пизов Р. (февраль 1999 г.). «Пульсоксиметрическая плетизмографическая кривая при изменении объема крови» . Британский журнал анестезии . 82 (2): 178–81. дои : 10.1093/бья/82.2.178 . ПМИД   10364990 .
  18. ^ Вендлинг П. (28 августа 2019 г.). «FDA одобрило безманжетный монитор артериального давления Biobeat» . Медскейп . Проверено 5 сентября 2019 г.
  19. ^ Веркруйсс В., Сваасанд Л.О., Нельсон Дж.С. (декабрь 2008 г.). «Дистанционная плетизмографическая визуализация с использованием окружающего света» . Оптика Экспресс . 16 (26): 21434–21445. Бибкод : 2008OExpr..1621434V . дои : 10.1364/OE.16.021434 . ПМЦ   2717852 . ПМИД   19104573 .
  20. ^ Руаст П.В., Адам М.Т., Чионг Р., Корнфорт Д., Люкс Е (2018). «Дистанционное измерение сердечного ритма с использованием недорогого RGB-видео лица: обзор технической литературы». Границы информатики . 12 (5): 858–872. дои : 10.1007/s11704-016-6243-6 . S2CID   1483621 .
  21. ^ Пример бесконтактного мониторинга в действии . Ютуб . Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
  22. ^ Бенкте Дж., Паню П., Костас Т., Баят С., Атлан М. (июнь 2015 г.). «Голографическая лазерная допплерография пульсирующего кровотока». Журнал биомедицинской оптики . 20 (6): 066006. arXiv : 1501.05776 . Бибкод : 2015JBO....20f6006B . дои : 10.1117/1.JBO.20.6.066006 . ПМИД   26085180 . S2CID   20234484 .
  23. ^ Пуйо Л., Беллонне-Мотте Л., Мартин А., Те Ф., Пакес М., Атлан М. (2020). «Цифровая голография сетчатки в реальном времени методом главных компонент». arXiv : 2004.00923 [ physical.med-ph ].
  24. ^ Пуйо Л., Пакес М., Финк М., Сахель Х.А., Атлан М. (сентябрь 2018 г.). « in vivo Лазерная допплеровская голография сетчатки человека » . Биомедицинская оптика Экспресс . 9 (9): 4113–4129. arXiv : 1804.10066 . дои : 10.1364/BOE.9.004113 . ПМК   6157768 . ПМИД   30615709 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4f37d9afa9bb5bd082a538728e450e75__1723109640
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4f/75/4f37d9afa9bb5bd082a538728e450e75.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Photoplethysmogram - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)