CC BY
252Физика живого, Т. 18, No 2, 2010. С.121-126. © Есьман С. С., Мамилов С.А., Трушина В.А.
Pli.vxios oHlic Alhc
П П n.|M.M>U‘ll(4>44‘lltrr.net
УДК 612.111.15
НЕИНВАЗИВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАСЫЩЕНИЯ ВЕНОЗНОЙ КРОВИ
КИСЛОРОДОМ
*Есьман С.С., *Мамилов С.А., 2Трушина В.А.
1 Институт прикладных проблем физики и биофизики НАН Украины e-mail: mamilov@mail.ru 2ННЦ «Институт биологии» Киевского национального университета имени Тараса Шевченко
Поступила в редакцию 07.03.2010
Для определения величины насыщения венозной крови кислородом SvO2 использована дыхательная компонента фотоплетизмограммы, снятой пульсоксиметрическим датчиком. Частота дыхательного ритма определяется по соответствующему пику амплитудно-частотного спектра, дыхательные колебания выделяются Фурье-фильтром, значения SvO2 вычисляются по отношению коэффициентов модуляции дыхательных колебаний на двух длинах волн. Представлены результаты измерений SvO2 на пальцах руки, виске и мочке уха людей в нормальном состоянии. Для повышения надежности измерений SvO2 предложен способ звуковой синхронизации дыхательного ритма.
Ключевые слова: кислородный обмен, сатурация венозной крови, пульсоксиметрия, дыхательный ритм.
ВВЕДЕНИЕ
Величина насыщения (сатурации) венозной крови кислородом ЯуЭг является показателем кислородного обмена в тканях, отражая баланс между доставкой кислорода и потребностью в нем тканей. При снижении объемного кровотока в ткани (ишемии) или пониженном содержании кислорода в артериальной крови (гипоксии) образуется тканевой дефицит кислорода, и включается компенсаторный механизм, увеличивающий экстракцию кислорода из артериальной крови, что приводит к снижению его содержания в венозной крови [1]. За счет этого в нормальных условиях потребление кислорода тканью мало зависит от его доставки. В критических состояниях компенсаторный механизм истощается, и потребление кислорода становится зависимым от его доставки, возникает анаэробный метаболизм.
Клинический мониторинг ЯуОг, наряду с другими гемодинамическими и биохимическими показателями, позволяет осуществить рациональный подход к лечению больных в критическом состоянии. Могут быть приняты меры для повышения доставки кислорода за счет увеличения сердечного выброса, уровня гемоглобина или парциального давления кислорода; в то же время, потребление кислорода может быть уменьшено седативными средствами, аналгетиками, жаропонижающими средствами и искусственной вентиляцией легких. Целевое значение SvO2 зависит от клинической ситуации. При состояниях с высоким сердечным выбросом оно выше (>70%), а с низким - ниже (~60%). Важность мониторинга SvO2 была впервые продемонстрирована у кардиологических пациентов [2], а с тех пор показания для такого мониторинга расширились на
другие области, и известно его использование у пациентов с тяжелыми травмами [3], больных с сепсисом и септическим шоком [4] и в других клинических ситуациях [5].
Непрерывный мониторинг насыщения венозной крови кислородом в тяжелых клинических случаях осуществляют с помощью модификаций катетера легочной артерии с волоконной оптикой на основе принципов отражательной спектрофотометрии [6]. Главным недостатком метода является травматичность и возможные осложнения, что ограничивает его использование в клинике. Альтернативой является определение БуОг периодическим забором крови с последующими измерениями на спектрофотометре (СО-оксиметре), также инвазивная процедура, которая не обеспечивает должной оперативности.
С другой стороны, хорошо известно применение пульсоксиметров для неинвазивного измерения величины сатурации артериальной крови. Форма волны фотоплетизмограммы, регистрируемой пульсокси-метром, содержит две составляющие, одна из которых соответствует пульсирующей в сосудах крови и дает переменный сигнал, а вторая обусловлена общим объемом крови и ткани и дает постоянный сигнал; их отношение является коэффициентом модуляции. В пульсоксиметрах используются две длины волны света, в красной и в ближней ИК области спектра. В области 650 нм восстановленный гемоглобин
(деоксигемоглобин) поглощает больше света, чем оксигемоглобин, а в области 940 нм наоборот. Значение сатурации артериальной крови БуОг вычисляется из отношения коэффициентов модуляции сигнала на каждой из длин волн. Пульсоксиметр калибруется измерением указанного отношения с одновременным забором артериальной крови для
измерения насыщения кислородом іп vriro или с использованием калибровочных таблиц и графиков для известных спектральных характеристик источников излучения [7]. Эффективность пульсоксиметров в измерении насыщения артериальной крови кислородом обусловлена наличием пульсаций артериальной крови, производимых сердцем. В венозной крови сердечные пульсации отсутствуют, поэтому непосредственно отделить вклад венозного отдела в оптический сигнал довольно сложно.
В литературе описаны различные экспериментальные подходы к измерению SvO2 по искусственно вызванным локальным изменениям объема венозной крови. Например, предложенные подходы включают венозную окклюзию в конечностях [В, 9], наклон головы пациента вниз [10], частичную окклюзию яремной вены [11], или искусственную вентиляцию легких [12]. Во всех описанных методах SvO2 измеряется оптически как отношение между увеличениями концентрации оксигемоглобина и полной концентрации гемоглобина, вызванными увеличением объема венозной крови.
Цель настоящей работы состояла в разработке оптического метода измерения сатурации венозной крови, не требующего для своей реализации сложного оборудования и выполнения травматичных для пациента процедур, обеспечивающего одновременное измерение сатурации артериальной и венозной крови на различных участках тела человека.
В представленной работе для неинвазивных измерений сатурации венозной крови применен подход, основанный на представлении о том, что колебательные компоненты окси- и деоксигемоглобина с частотой дыхания представляют преимущественно венозный отдел [12]. Поскольку растяжимость вен значительно выше, чем артерий, определенное изменение давления крови вызывает значительно большее изменение объема вен по сравнению с артериями. При нормальном дыхании фаза вдоха включает уменьшение внутригрудного давления и возрастание градиента давления между периферической венозной системой и венами грудной полости. Это вызывает отток крови из внегрудных вен во внутригрудные сосуды и сердце. Благодаря венозным клапанам, венозный приток увеличивается при вдохе больше, чем уменьшается при выдохе. Получается эффект так называемого дыхательного насоса, способствующего венозному возврату крови с периферии. В результате действия дыхательного насоса периферический объем венозной крови колеблется с частотой дыхания, уменьшаясь во время вдоха и увеличиваясь во время выдоха. Исходя из этого, в настоящем исследовании для измерений сатурации венозной крови были использованы дыхательные ритмы фотоплетизмограмм.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Фотоплетизмограммы записывались с
использованием пульсоксиметрических датчиков проходящего света для пальца и мочки уха и датчика
рассеянного света на базе стандартной пульсоксиметрической пары светодиодов с длинами волн излучения 660 и 940 нм и кремниевого фотодиода. Управление сигналами осуществлялось измерительным блоком, включающим схему формирования импульсов питания светодиодов, коммутатор, входной усилитель сигнала фотодиода, АЦП и интерфейсную плату для связи с персональным компьютером, оснащенным
соответствующим программным обеспечением [13]. Измерительный блок работает с разделением каналов во времени; частота опроса /опр = 348 Гц. Запись фотоплетизмограмм проводилась на протяжении 1517 циклов дыхания.
Из записанных фотоплетизмограмм определялись коэффициенты линейной регрессии и корреляции сигналов красного и ИК каналов с дискретностью 1//опр = 2,87 мс. По изменениям парного коэффициента корреляции оценивалось качество сигнала - при наличии резких скачков и падении коэффициента ниже 0,95 запись исключалась из дальнейшего анализа. Коэффициент линейной регрессии имеет тот же физический смысл, что и отношение коэффициентов модуляции сигналов на двух длинах волн, но дает возможность определить величину сатурации артериальной крови SaO2 за промежуток времени, меньший длительности кардиоцикла [14]. Значения SaO2 рассчитывались с той же дискретностью 1//опр, временной ход кривой также позволял оценить качество сигнала. Ниже в результатах эксперимента везде приводятся средние значения SaO2.
Для вычисления значений венозной сатурации осуществлялось Фурье-преобразование сигналов с получением их амплитудно-частотных спектров. Из спектров определялась частота максимума дыхательных колебаний и Фурье-фильтром выделялась составляющая дыхательного ритма. По выделенным дыхательным колебаниям для двух длин волн определялось отношение коэффициентов модуляции дыхательного ритма, по которому вычислялось величина насыщения венозной крови кислородом SvO2 с применением той же калибровочной кривой, что и для вычисления SaO2.
Измерения сатурации венозной крови проводились у семи здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 60 лет на пальцах руки, виске и мочке уха. Данные обрабатывались с применением программы вычисления сатурации артериальной крови [14] и стандартного набора программ приложения OriginPro 7.5 (быстрое преобразование Фурье, Фурье-фильтр, статистика).
Прямое амплитудное преобразование Фурье осуществлялось методом окна по Хану с нормализацией амплитуды. К сигналу применялся узкополосный Фурье-фильтр с центром на частоте дыхания и шириной полосы до 0,01 Гц, с компенсацией постоянной составляющей. По массивам данных сигналов после фильтрации считалась статистика - средние значения, интервал
НЕИНВАЗИВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАСЫЩЕНИЯ ВЕНОЗНОЙ КРОВИ КИСЛОРОДОМ
(коэффициент модуляции); для вычисленных
значений БаО2 и Бу02 - средние значения,
среднеквадратичные отклонения, интервал. Наличие или отсутствие достоверных отличий оценивалось по ^-критерию Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1а показаны сигналы типичной пары фотоплетизмограмм, записанной на пальце в красном и инфракрасном каналах (сплошные линии). На
20000 -і
приведенных фотоплетизмограммах видны дыхательные волны с периодом, приблизительно в 6 раз превышающим период сердечных сокращений. На рис. 1б приведен амплитудный Фурье-спектр данного сигнала (ИК канал). Максимум на частоте 1,39 Гц соответствует частоте сердечных сокращений, а максимум на частоте 0,233 Гц - дыхательному ритму. Применяя к исходному сигналу Фурье-фильтр в полосе 0,232 - 0,234 Гц, получаем выделенные дыхательные волны (пунктир на рис. 1а).
ё ібооо
£
10 20 30 40 50 60
Время, с
а
Частота, Гц
б
Рис. 1. Фотоплетизмограммы красного и ИК каналов, выделенные Фурье-фильтром дыхательные волны (а) и амплитудный Фурье-спектр сигнала ИК канала (б). ЧСС - частота сердечных сокращений, ЧД - частота дыхания.
Время, с
Частота, Гц
а
б
Рис. 2. Фотоплетизмограммы красного и ИК каналов, записанные на виске датчиком рассеянного назад света (а) и амплитудно-частотный спектр сигнала ИК канала (б).
Всего в этой серии экспериментов записано и обработано 42 пары фотоплетизмограмм с использованием трех пальцевых пульсокси-
метрических датчиков. Вычисленные значения величины SvO2 находились в диапазоне от 75,0 до 81,4% (79,4 ± 1,9%) при величине SaO2 в диапазоне от 92,6 до 95,6% (94,3 ± 0,9%).
Для диагностики критических состояний больных важным показателем является величина насыщения венозной крови головного мозга. Поэтому представляют интерес методы и аппаратура,
позволяющие проводить неинвазивные измерения
SvO2 в непосредственной близости от этого органа, т. е. на голове человека.
Трудности таких измерений связаны с необходимостью использования пульсоксиметричних датчиков рассеянного назад света, которые дают более слабый сигнал по сравнению с пальцевыми датчиками проходящего света и, соответственно, меньшие коэффициенты модуляции пульсовой, а тем более, дыхательной волны.
С целью нахождения оптимальной для определения сатурации венозной крови локализации измерений был проведен ряд экспериментов с записью фотоплетизмограмм на разных участках
головы и шеи: лоб, висок, область сонной артерии. Относительно стабильные сигналы
фотоплетизмограмм были получены на лбу и виске, при этом наиболее выраженные пульсовые и дыхательные волны и высокие значения
коэффициентов модуляции получены при измерениях в области височной вены. В других местах отмечалась значительная нестабильность сигнала, связанная с непроизвольными движениями тела.
Еще одним препятствием на пути к надежному определению Бу02 является нестабильность дыхательного ритма. На рис. 2а приведен
соответствующий пример фотоплетизмограмм
красного и ИК каналов, записанных на виске, а на рис. 2б - амплитудно-частотный Фурье-спектр
сигнала.
Если на приведенном Фурье-спектре можно различить частоту сердечных сокращений в области 1,5 Гц, то частоту дыхательного ритма (область 0,2-
0,3 Гц) определить довольно сложно. Соответственно, выделение дыхательного ритма Фурье-фильтрацией исходного сигнала связано с некоторой неоднозначностью.
Для повышения надежности определения насыщения венозной крови кислородом и ускорения процедуры обработки записанных сигналов была использована звуковая синхронизация дыхательного ритма. С этой целью был записан и скомпилирован набор звуковых треков дыхания со строго постоянными частотами ритма в физиологическом
Красный
З
I 18000
S
•O'
16000
Красный
V/ a V л V л V
30
Время, с
диапазоне (0,18-0,4 Гц). Образец звукового трека с
частотой 0,238 Гц приведен на рис. 3.
о ю
Рис. З. Запись сигнала
дыхательного ритма.
20
Время, с
звуковой синхронизации
Пример фотоплетизмограммы, записанной
датчиком рассеянного света на виске со звуковой синхронизацией дыхательного ритма, приведен на рис. 4а. На фотоплетизмограмме отчетливо видна модуляция пульсовой волны дыхательным ритмом. На соответствующем спектре Фурье (рис. 4б) легко идентифицируются максимумы частоты сердечных сокращений (1,53 Гц) и частоты дыхания (0,203 Гц). Применение Фурье-фильтра к сигналам
фотоплетизмограммы на интервале частот 0,202-0,204 Гц дает выделенные дыхательные колебания, представленные пунктиром на рис. 4а. Из них определяется отношение коэффициентов модуляции и вычисляется величина сатурации венозной крови кислородом (SvO2 = 79,В%). Величина артериальной сатурации определяется из исходной фотоплетизмо-граммы и в данном случае составляет 96,0%.
Частота, Гц
а б
Рис. 4. Фотоплетизмограммы красного и ИК каналов, выделенные Фурье-фильтром дыхательные волны (а) и амплитудночастотный спектр сигнала (б), записанного с синхронизацией дыхательного ритма.
В данной серии экспериментов было записано 36 пар фотоплетизмограмм на виске здоровых людей, как со звуковой синхронизацией дыхательного ритма, так и без нее. Вычисленные величины сатурации венозной крови находились в интервале от 76,5 до 80,2%, среднее значение SvO2 = 79,4 ± 0,8% при значениях сатурации артериальной крови SaO2 = 95,4 ± 1,3% в интервале от 93,3 до 97,8%.
Еще одна серия экспериментов по измерению сатурации венозной крови на голове человека была проведена в проходящем свете с использованием
ушного пульсоксиметрического датчика-прищепки. Измерения проводились с синхронизацией дыхательного ритма. Среднее значение сатурации венозной крови по данным 15 измерений составило SvO2 = 79,8 ± 0,5 % (интервал значений от 78,9 до 80,7 %) при значении сатурации артериальной крови SaO2 = 97,6 ± 1,1 % (от 95,1 до 98,3 %). Полученные значения достоверно не отличаются от величин, полученных датчиком рассеянного света на виске человека, также как и от значений SvO2, измеренных на пальце человека в нормальном состоянии.
НЕИНВАЗИВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАСЫЩЕНИЯ ВЕНОЗНОЙ КРОВИ КИСЛОРОДОМ
Результаты данной работы по значениям сатурации венозной крови у здоровых людей в нормальном состоянии согласуются с результатами других исследователей. Так, в работе [15] методом разрешения во времени с использованием тканевого спектрометра измерялась локальная венозная сатурация на внутренней и внешней медиальных мышцах бедра здоровых людей. В первом случае датчик размещали над видимой веной, и полученные в нормальных условиях значения SvO2 находились в пределах от 69 до 85 % (в среднем 77 ± 5%), а во втором - вдали от видимых вен, с полученными значениями SvO2 от 76 до 90 % (в среднем 84 ± 5 %).
Трактуя значения венозной сатурации, полученные оптическими методами, необходимо учитывать, что полностью изолировать вклад венозной крови от вклада артериальной довольно сложно любым неинвазивным путем. Это вытекает и из анализа результатов исследований других авторов.
В [16] исследовалась связь между сатурацией мышечной ткани StO2 и смешанной венозной сатурацией SvO2 у пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью и септическим шоком. Тканевая сатурация измерялась на возвышении большого пальца кисти с помощью спектроскопии ближнего ИК диапазона. Использовался монитор тканевой оксигенации, разработанный для измерений локальной сатурации мышечных тканей. Венозная сатурация определялась СO-оксиметрией проб крови, забор которых производился через катетер легочной артерии. Показано, что в случаях, не сопровождаемых тяжелым септическим шоком, имеет место корреляция между тканевой и венозной сатурацией, при несколько больших значениях тканевой сатурации (приблизительно на 3-5%). У здоровых добровольцев StO2 составляла 84 ± 4%, у пациентов с острой сердечной недостаточностью - 58 ± 13%.
Следует отметить, что измеряемая в [16] тканевая сатурация StO2 представляет средневзвешенное насыщение венозной, артериальной и капиллярной крови кислородом. Значения StO2 лежат в промежутке между величинами артериальной и локальной венозной сатурации, причем ближе к последней, поскольку объем венозной крови превышает объем артериальной. Несмотря на то, что измерения тканевой сатурации могут иметь полезное диагностическое значение, они сами по себе не обеспечивают достаточной информации для оценки состояния утилизации кислорода в тканях. Для последнего необходима информация о значениях сатурации артериальной и венозной крови одновременно.
Предложенная в настоящей работе методика измерений венозной сатурации по дыхательному ритму обеспечивает одновременное определение SaO2 и SvO2.
Еще одним неинвазивным методом определения сатурации венозной крови является пульсоксиметрия с применением искусственно созданной механической модуляции объема венозной крови [17-19]. Искуственную модуляцию осуществляют с помощью пальцевого пульсоксиметрического датчика,
соединенного с электроприводом механически или посредством надувной манжеты с перистальтическим насосом. Частота искусственной модуляции выбирается выше частоты сердечных сокращений (от 2 до 7 Гц), а амплитуда колебаний может быть превышающей модуляцию светового сигнала пульсом (3-5%), либо значительно меньше пульсовой (менее
0.1.). В первом случае сатурация венозной крови SvO2 определяется прямой подстановкой данных фотоплетизмограмм в стандартную программу вычисления сатурации артериальной крови SaO2, но при этом нельзя одновременно вычислять SaO2; во втором случае Фурье-фильтрами разделяются пульсовая и механическая составляющие, и значения сатурации артериальной и венозной крови вычисляются параллельно. Однако при этом на точность измерений негативное влияние может оказывать наложение на частоту модуляции гармоник частоты сердечных сокращений и комбинационных частот.
Метод искусственной механической модуляции за счет большей частоты колебаний требует меньшего времени сбора данных по сравнению с методом выделения дыхательного ритма, но его применение ограничено пальцевыми датчиками. Метод дыхательного ритма, с другой стороны, не требует применения никаких внешних устройств механической модуляции, дает возможность регистрировать сигнал в рассеянном назад свете и, соответственно, на различных участках тела.
ВЫВОДЫ
В работе предложен неинвазивный оптический метод измерения насыщения венозной крови кислородом на основе выделения дыхательного ритма из Фурье-спектра фотоплетизмограммы.
Предложенный метод обеспечивает одновременные измерения сатурации артериальной и венозной крови, необходимые для оценки состояния утилизации кислорода в тканях.
Метод не требует применения внешних устройств механической модуляции, что дает возможность регистрировать сигнал в рассеянном назад свете. При этом за счет использования датчиков рассеянного назад света решена задача проведения измерений сатурации венозной крови не только на пальцах, но и других участках тела, в том числе, на голове человека.
Для повышения надежности измерений SvO2 при нестабильности частоты дыхания предложен способ звуковой синхронизации дыхательного ритма.
Результаты измерений сатурации венозной крови в различных локализациях свидетельствуют о том, что метод заслуживает дальнейшего развития и оценки в клинических условиях.
Литература
1. Zaja J. Venous oximetry // Signa Vitae. - 2007.- Vol.2, №1.- P.6-10.
2. Muir A.L., Kirby B.J., King A.J., Miller H.C. Mixed venous oxygen saturation in relation to cardiac output in myocardial infarction // Brit. Med. Journal. - 1970.- Vol.4.- P. 276-278.
3. Scalea T.M., Hartnett R.W., Duncan A.O., Atweh N.A., Phillips T.F., Sclafani S.J., Fuortes M., Shaftan G.W. Central venous oxygen saturation: a useful clinical tool in trauma patients // J. Trauma. - 1990.- Vol.30, №12.- P. 1539-1543.
4. Rivers E., Nguyen B., Havstad S., Ressler J., Muzzin A., Knoblich B., Peterson E., Tomlanovich M. Early goal-directed therapy in the treatment of severe sepsis and septic shock // N. Engl. J. Med. - 2001.- Vol.345, №19.- P. 13681377.
5. Pearse R., Dawson D., Fawcett J., Rhodes A., Grounds R.M., Bennett E.D. Changes in central venous saturation after mayor surgery and association with outcome // Crit. Care. - 2005.- Vol. 9, №6.- P.694-699.
6. Rivers E.P. Method and apparatus for continuous measurement of central venous oxygen saturation. US Patent № 5673694.- 1997.
7. Стерлин Ю.Г. Специфические проблемы разработки пульсовых оксиметров // Мед.техника.- 1993.- №6.- С. 26-30.
8. Yoxall C.W., Weindling A.M. Measurement of venous oxyhaemoglobin saturation in the adult human forearm by near infrared spectroscopy with venous occlusion // Med. Biol. Eng. Comput. - 1997.- Vol.35.- P. 331-336.
9. Nitzan M., Babchenko A., Khanokh B., Taitelbaum H. Measurement of oxygen saturation in venous blood by dynamic near infrared spectroscopy // J. Biomed. Opt. -2000.- Vol.5, №2.- P.155-162.
10. Skov L., Pryds O., Greisen G., Lou H. Estimation of cerebral venous saturation in newborn infants by near infrared spectroscopy // Pediatr. Res. - 1993.- Vol.33, №1.- P.52-55.
11. Yoxall C.W., Weindling A.M., Dawani N.H., Peart I. Measurement of cerebral venous oxyhemoglobin saturation in children by near-infrared spectroscopy and partial jugular venous occlusion // Pediatr. Res. - 1995.- Vol.38, №3.-P.319-323.
12. Wolf M., Duc G., Keel M., Niederer P. Continuous noninvasive measurement of cerebral arterial and venous oxygen saturation at the bedside in mechanically ventilated neonates // Crit. Care Med. -1997.- Vol.25, №9.- P.1579-15В2.
13. Мамилов С.А., Есьман С.С. Оптический неинвазивный метод измерения величины относительной концентрации оксигемоглобина в венозной крови / Актуальные вопросы теоретической и прикладной биофизики, физики и химии «БФФХ-2010». Материалы VI международной научно-технической конференции.-Севастополь.- 2010.- Том.2.- С.266-269.
14. Мінов О.М., Кравченко В.Й., Плаксій Ю.С., Мамілов С.О. Спосіб визначення сатурації крові киснем. Патент України № 31291А. - 2000, бюл. №7/2000.
15. FranceschiniM.A., Boas D.A., Zourabian A., Diamond S.G.,
Nadgir S., Lin D.W., Moore J.B., Fantini S. Near-infrared spiroximetry: noninvasive measurements of venous
saturation in piglets and human subjects // J.Appl. Physiol. -2002.- Vol.92, №1.- P.372-384.
16. Podbregar M., Mozina H. Skeletal muscle oxygen saturation does not estimate mixed venous oxygen saturation in patients with severe left heart failure and additional severe sepsis or septic shock // Crit. Care. - 2007.- Vol.11, №1.-P.116-123.
17. Есьман С.С., Мамилов С.А., Плаксий Ю.С. Определение тканевой сатурации путем искусственной модуляции объема крови / Лазерно-оптические технологии в биологии и медицине. Материалы международной конференции.- Минск.- 2004.- Том 2.- С.274-27В.
1В. Chan F.C.D., Hayes M.J., Smith P.R. Venous pulse oximetry. US Patent № 7263395.- 2007.
19. Echiadis A.S., Crabtree V.P., Bence J., Hadjinikolaou L., Alexiou C., Spyt T.J., Hu S. Non-invasive measurement of peripheral venous oxygen saturation using a new venous oximetry method: evaluation during bypass in heart surgery // Physiol. Meas. - 2007.- Vol.28, №8.- P.897-911.
НЕІНВАЗИВНІ ВИМІРЮВАННЯ ВЕЛИЧИНИ НАСИЧЕННЯ ВЕНОЗНОЇ КРОВІ КИСНЕМ Єсьман С.С., Мамілов С.О., Трушина В. А.
Для визначення величини насичення венозної крові киснем SvO2 використано дихальний компонент фотоплетизмограми, знятої пульсоксиметричним датчиком. Частота дихального ритму визначається за відповідним піком амплітудно-частотного спектру, дихальні коливання виділяються Фур’є-фільтром, значення SvO2 обчислюються з відношення коефіцієнтів модуляції дихальних коливань на двох довжинах хвиль. Представлено результати вимірювань SvO2 на пальцях руки, скроні і мочці вуха людей у нормальному стані. Для підвищення надійності вимірювань SvO2 запропонований спосіб звукової синхронізації дихального ритму.
Ключові слова: кисневий обмін, сатурація венозної крові, пульсоксиметрія, дихальний ритм.
NONINVASIVE MEASUREMENTS OF VENOUS BLOOD SATURATION WITH OXYGEN Yesman S.S., Mamilov S.A., Trushina V.A.
For determination of venous blood saturation with oxygen SvO2 the respiratory component of the photoplethysmogram recorded with pulse-oximetry sensor is used. Frequency of respiratory rhythm is determined by corresponding peak of the amplitude-frequency spectrum, respiratory oscillations are separated with Fourier-filter, SvO2 values are calculated from the ratio of modulation coefficients of respiratory oscillations at two wavelengths. Results of SvO2 measurements on fingers, temple and ear lobe of people in normal state are presented. For enhanced reliability of SvO2 measurements a method of acoustic synchronization of respiratory rhythm is proposed.
Key words: oxygen exchange, venous blood saturation, pulse oximetry, respiratory rhythm.
