SpO2 датчиклері сенімді қан оттегі көрсеткіштерін беру үшін нені қамтамасыз етеді?

SpO2 датчиктері қан оттегі қанықтыруын қалай өлшейді

Пульсоксиметрия мен жарықты жұту негізіндегі ғылым

SpO2 датчиктері денемізден өтетін әртүрлі жарық түрлеріне негізделе отырып, қанда қанша оттегі бар екенін тексеру арқылы жұмыс істейді. Құрылғы саусақтар сияқты терісі жеткілікті жұқа болатын дененің бөліктері арқылы 660 нанометрлік қызыл және 940 нанометрлік инфрақызыл сәулелерді шығарады. Келесі оқиғаларды қарастырған кезде, гемоглобинде көп мөлшерде оттегі болса, оның инфрақызыл сәулесінің көбін сіңіретінін байқаймыз. Ал егер жеткілікті оттегі болмаса, осы молекулалар қызыл жарықтың көбін сіңіреді. Датчиктер SpO2 көрсеткішін қанша мөлшерде сіңірілетінін салыстыру арқылы анықтайды, бұл әдетте тыныс алудың қалыпты жағдайында 95 пайыздан жоғары болады. Бұның бәрі қалай мүмкін болды? Шынында да, дәрігерлер қан жасушаларының әртүрлі жарыққа қалай реакция беретінін бірнеше жылдар бойы зерттеп келеді, олардың табыстары медициналық көптеген журналдарда да бұл тәсілді растайды.

SpO2 деңгейін анықтауда қызыл және инфрақызыл сәулелердің рөлі

Екі толқын ұзындығындағы жүйелер медициналық бақылаудағы негізгі мәселелердің біріне — қанның оттегі тасымалдайтынын немесе жоқтығын анықтауға кедергі болады. Оның артқы жағындағы ғылыми негіз мынадай: инфрақызыл сәуле оттегіге бай қанға тереңірек өтеді, ал оттегісі аз қан қызыл жарықты керісінше көбірек сіңіреді. Жаңа пульсоксиметрлер осы мәселе бойынша әлдеқайда ақылды болып келеді — олар адамның саусақтарының қалыңдығына байланысты жарықтың қарқындылығын реттеуі мүмкін, бұл әртүрлі қолдардың өлшемдері мен терілерінің түстеріне ие адамдар үшін құрылғылардың жақсырақ жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Клиникада және ауруханаларда көптеген сынақтан өткеннен кейін бұл оптикалық әдістер де жақсы нәтижелер көрсетті, лабораториялық жағдайларда дұрыс орнатылған кезде қате шамамен 2% шеңберінде қалады.

Цифрлық пульсоксиметрлердегі сигналды өңдеу және алгоритмдер

Оптикалық деректер үш сатылы өңдеуден өтеді:

1. Шум фильтрациясы қозғалыстан немесе қоршаған ортаның жарығынан пайда болған артефакттарды алып тастайды
2. Пульсті анықтау веналық/фондық сигналдардан артериялық қан ағынының үлгілерін бөліп алады
3. SpO2-ге дейінгі қатынас тәжірибелік деректерге негізделген калибрлеу қисықтарын қолданады

Күрделі құрылғылар төменгі перфузия немесе аритмиялар салдарынан пайда болатын дұрыс емес толқындық формаларды тану үшін машиналық оқуды қолданады. Клиникалық деңгейдегі сенсорлар деректерді 120 Гц жиілікпен өлшейді, бұл оттегінің насықтылуы тез өзгерген кезде нақты уақыт режимінде түзетулер енгізуге мүмкіндік береді.

SpO2 сенсорының дәлдігіне әсер ететін физиологиялық және пайдаланушыға тәуелді факторлар

SpO2 көрсеткіштерінде терінің пигментациясы мен ұлттық теңсіздіктің әсері

Бір кісінің терісіндегі пигмент мөлшері оттегі деңгейін өлшеу үшін қолданылатын саусаққа арналған қысқыш датчиктердің жұмыс істеу тиімділігіне әсер етуі мүмкін. Бұл құрылғылардың ішіндегі қызыл және инфрақызыл сәулелермен меланин әртүрлі әрекеттесуіне байланысты болады. 2023 жылы JAMA журналында жарияланған соңғы зерттеу қызыл түсті терілерге ие адамдардың оттегі деңгейі төмендеген кезде бұл пульсоксиметрлер жиі жоғары нәтиже көрсететінін көрсетті. Америка Құрама Штаттарының Тамақ және дәрі-дәрмек әкімшілігі де осы мәселемен шамалас уақытта айналысып, осы қорытындыға келді. Нәтижесінде медициналық құрылғылар жасайтын компаниялар құрал-жабдықтарын дұрыс калибрлеу туралы жаңа ережелерге бағынуға мәжбүр болды. Дәлме-дәл көрсеткіштерге негізделген сенімді деректерге сүйеніп тез шешім қабылдау қажет болатын денсаулық сақтау саласында бұл өте маңызды.

Қан айналымының нашарлығы, аяқ-қолдардың суық болуы және қозғалыс артефакттарының әсері

Перифериялық қанмен қамтамасыз етудің төмендеуі — гипотермия немесе жүрек-қан тамырларының ауруларында жиі кездеседі — перфузия индексі 0,2%-дан төмендегенде сигнал сапасын нашарлатады. Науқастың қозғалысы кезіндегі қозғалыс артефакттары клиникалық сынақтарда көрсетілгендей, айтарлықтай қате шыңдарын туғызуы мүмкін. Ең дәл нәтиже үшін:

• Өлшеу алдында аяқ-қолдарды ≥32°C-қа дейін жылытыңыз
• Белсенді науқастарда қозғалысқа төзімді сенсорларды қолданыңыз
• Датчиктерді буындардың иілу нүктелерінен алыстата орналастырыңыз

Үгіт әйнек, жасанды тырнақтар және дірілдің әсері

2022 жылғы Мичиган университетінің зерттеуі қараңғы тырнақ бояуын киіп жүрген науқастардың 12%-нда пульсоксиметрдің қателігі 4%-дан асатынын көрсетті. Паркинсон ауруы немесе негізгі дірілі бар науқастар үшін, сенсордағы жаңа инерциялық өлшеу құрылғылары (IMU) дәстүрлі модельдерге қарағанда қозғалыс артефакттарын 62% азайтады.

SpO2 сенсорын орналастыру мен қолданудың ең жақсы тәжірибелері

Саусақтарда және басқа да сайттарда оптималды орналастыру әдістері

Сенсорларды дұрыс орналастыру үшін, әдетте сұқ саусақ немесе ортанғы саусақты таңдау керек, бірақ қан ағымы жақсы болуы керек және тырнақта ешқандай аномалия болмауы қажет. Құрылғыны саусақтың тырнақ бөлігіне шағатын кішкентай шамдары тырнақ түбі аймағымен дәл келетіндей етіп, тым қатты емес, бірақ белгілі бір орында берік ұсталатындай етіп орнату керек. Қолдары суық немесе қан айналымы баяу адамдармен жұмыс істегенде кейде сенсорды құлақ шұңқырына немесе бас миына ауыстырған дұрыс, себебі осы аймақтарда қан ағымы тұрақтырақ болады. Сенсор сүйектің үстіне тиген жерлерге орнатылмайтынына назар аударыңыз, әйтпесе теріге қысым түседі, сонымен қатар терінің тітіркенуін болдырмау үшін әрбір екі сағат сайын орнын ауыстырып отыру керек. Зерттеулер бойынша, сенсорды дұрыс орналастырмау кейбір жағдайларда оқылу нәтижелерін 3,5% ауытқытуы мүмкін, әсіресе адамның тырнағында қою түсті лак болса немесе терісі өте қалың болып, сенсордың сәулесінің өтуіне кедергі жасаса.

Өндірушінің нұсқаулықтарын сақтау сенімді өлшеулер алу үшін маңызды

Өндірушінің нұсқаулықтарына қатаң ұйымдастыру әртүрлі тері түсі немесе нақты клиникалық жағдайлар болса да, сенімді нәтижелерді сақтауға көмектеседі. Шамамен әрбір төрт сағат сайын сенсорларды орын ауыстыру ұлпалардың басылуынан сақтайды, бұл өлшеулерді бұзуы мүмкін. Тұрақты бақылауды шектеу терідегі тітіркенулердің пайда болуын да азайтады. Өлшеу кезінде қозғалыс мәселелерін азайту үшін кабельдердің қолдың артымен дұрыс жүретініне көз жеткізіңіз және қажет болған жағдайда жаңатуған нәрестелердің білекшелерінде немесе ересек адамдардың бармақтарында сенсорлардың жақсы жұмыс істейтінін тексеріңіз. Қан ағысы нашар пациенттермен жұмыс істеген кезде медициналық қызметкерлер орнату ережелеріне қатаң ұйымдастырса, уақытша ойлары бойынша сенсорларды қай жерге қою керек деп ойласа да, шамамен 23 пайызға азырақ жалған сигналдар байқалады. Адамның қан ағысының жағдайы мен өлшеулерді әсер етуі мүмкін фондық жарық деңгейі сияқты факторларды ескере отырып, әрбір адамның жеке профиліне сәйкес құрылғы параметрлерін реттеуді ұмытпаңыз.

SpO2 сенсорлары үшін клиникалық дәлелдеу және реттеу стандарттары

Пульсоксиметрлерге қойылатын FDA және халықаралық дәлдік талаптары

FDA және басқа реттеу органдары SpO2 сенсорларына оттегі деңгейін 70% пен 100% арасындағы қанықтыру кезінде орташа абсолюттік қате 3% аспауы керек деген қатаң талаптар қояды. 2023 жылы FDA қара терілі адамдарда қателердің шамамен үш есе көбейгенін көрсеткен зерттеуден кейін FDA қауіпсіздік туралы ескерту шығарып, тексеруді қатаңдатуды талап етті. Әлем бойынша ISO 80601-2-61 сияқты халықаралық стандарттар өндірушілердің әрбір Фицпатрик тері типі категориясын қамтитын кем дегенде он адамда құрылғыларын сынауын талап етеді. Бұл сынақтар жабдық лабораториялық жағдайларда ғана емес, нақты пайдалану сценарийлерінде де плюс-минус 2% дәлдікті сақтайтынын көрсетуі тиіс.

Клиникалық сынақ деректері: Әртүрлі топтардағы орташа абсолюттік қате

2022 жылғы NEJM-нің 7 000 науқасқа жүргізген талдауы гипоксиялық жағдайлар кезінде (SpO2 <85%) пульсоксиметрлер ақ нақиларда оттегінің 1,8% деңгейін, ал қара нақиларда 4,2% деңгейін асыра бағалайтынын көрсетті. Көптолқынды LED матрицаларын қолданатын жаңартылған сенсорлар 2024 жылғы JAMA сынамаларында расалар арасындағы осы айырмашылықты 1,2%-ге дейін төмендетті. Өндірушілер қазір мыналар үшін MAE метрикаларын жариялауы тиіс:

• Төменгі перфузиялық күйлер (<0,2% PI)
• Қозғалыс артефакттары (3 Гц тербелістерге дейін)
• Әртүрлі тері тондары (Фицпатрик IV-VI)

SpO2 сенсорлық алгоритмдеріндегі ұлттық ылғи бұрмалауды шешу

2023 жылғы EQUATE заңы SpO2 сенсорларының барлық жаңа үлгілері медициналық құрылғылар сынақтарындағы тарихи өкілдің жеткіліксіздігін түзету мақсатында түсті қатысушыларының кем дегенде 35% құрайтын деректер жинағы негізінде оқытылуын талап етеді. Алдыңғы қатарлы өндірушілер қазір мыналарды қолданады:

1. Меланин концентрациялары бойынша спектрофотометриялық калибрлеу (0–200 мкг/мл)
2. Жеке жарықтың сіңіру профилдеріне бейімделетін ықшам алгоритмдер
3. Clark электродтарына қарсы дәлдікті тексеретін сенсор ішіндегі тексеру чиптері

2024 жылғы жаңартылған сенсорларды тексеру зерттеуі артериялық қан газы өлшемдерімен барлық тері түстері бойынша 98,6% келісу көрсетті және маңызды гипоксиялық оқиғалар кезінде жалған норма оқуларын 41% азайтты. Қазір FDA әртүрлі клиникалық жағдайларда нақты әлемдегі жұмыс істеуін бақылау үшін нарықтан кейінгі бақылауды талап етеді.

SpO2 сенсорының сенімділігін және қашықтан бақылауды арттыратын инновациялар

Барлық тері тондары үшін бейімделетін алгоритмдері бар келесі ұрпақ сенсорлары

Ең соңғы SpO2 датчиктері қараңғырақ тері түстерінде дәлсіз көрсеткіш беру мәселесін шешуге бастама жасап отыр. Жаңа құрылғылар меланиннің екі толқынды калибрлеу деп аталатын нәрсе арқылы жарықты сіңіру үлгілеріне әсерін зертдейді. Өткен жылы Cabanas пен оның әріптестерінің зерттеуіне сәйкес, бұл тәсіл ескі модельдермен салыстырғанда оттегі қанықтыру өлшемдеріндегі ұлттық айырмашылықтарды шамамен екіге бөліп төмендетеді. 2024 жылғы клиникалық сынақтар жаңартылған датчиктердің Фицпатрик бойынша IV-VI типті терісі бар адамдар үшін қан ағымы төмен болған кезде де шамамен 98,2% дәлдікке жететінін көрсетті. Көбінесе өндірушілер оқылулары сенімді ме немесе жоқ па деп пайдаланушыларға нақты уақыт режимінде көрсететін индикаторларды енгізе бастады, бұл тез шешім қабылдау маңызды болатын нақты практикалық жағдайларда үлкен айырмашылық жасайды.

Қозғалыс компенсациясы мен перфузия индексінің интеграциясы

Алдыңғы қатарлы сигнал өңдеу үшін мына үш ірі жаңалық арқылы қозғалыс артефакттарымен күреседі:

1. Үш осьті акселерометрлер pPG сигналдарындағы қозғалыс тудырған шуылды анықтап, оны азайтатын
2. Перфузия индексінің шектік мәндері 0,5%-дан асатын қан ағысы кезінде ғана өлшеулер жүргізілетінін қамтамасыз ету
3. Машиналық үйрену сүзгілері жарамды пульс үлгілерін танып білу үшін 100 000-нан астам клиникалық толқындар негізінде үйретілген

Бұл жаңартулар модерациялық дене қозғалысы кезінде өлшеу дәлдігін 72% (ескірген құрылғыларда) деңгейден 94%-ге дейін арттырады. Соңғы уақыттағы телехабарлық медицина интеграциясындағы жетістіктер <2 секундтан кем болатын латенттілікпен үздіксіз қашықтықтан бақылауға мүмкіндік береді, бұл хирургиялық операциядан кейінгі және хроникалық тыныс алу аурулары бар науқастар үшін маңызды.

Жиі қойылатын сұрақтар

SpO2 деген не?

SpO2 — перифериялық капиллярлық оттегі қанықтығын білдіреді. Бұл қандағы оттегімен қаныққан гемоглобиннің пайызын бағалайды.

Пульсоксиметр қалай жұмыс істейді?

Қандағы оттегі қанықтығын анықтау үшін қызыл және инфрақызыл сәулелерді пайдаланады.

Терінің түсі SpO2 көрсеткіштеріне әсер ете ала ма?

Иә, тері пигментациясы SpO2 көрсеткіштерінің дәлдігіне әсер етуі мүмкін.

SpO2 сенсорлары үшін FDA стандарттары қандай?

FDA 70% пен 100% арасындағы оттегі қанықтыру деңгейлері үшін орташа абсолюттік қате 3% аспауын талап етеді.