Pulsoximetri - Pulse oximetry

Pulsoximetri
Tetherless pulsoximetri
Ändamål	Övervakning av en persons syremättnad

Pulsoximetri är en icke -invasiv metod för att övervaka en persons syremättnad . Perifer syremättnad (Sp O ₂ ) avläsningar är vanligtvis inom 2% noggrannhet (inom 4% noggrannhet i de värsta 5% av fallen) av den mer önskvärda (och invasiva) avläsningen av arteriell syremättnad (Sa O ₂ ) från arteriell blodgas analys. Men de två är korrelerade tillräckligt bra för att den säkra, bekväma, icke -invasiva, billiga pulsoximetri -metoden är värdefull för att mäta syremättnad vid klinisk användning.

Det vanligaste tillvägagångssättet är transmissiv pulsoximetri . I detta tillvägagångssätt placeras en sensoranordning på en tunn del av patientens kropp, vanligtvis en fingertopp eller öronlob , eller ett spädbarns fot. Fingertoppar och örsnibbar har högre blodflödeshastigheter än andra vävnader, vilket underlättar värmeöverföring. Enheten passerar två våglängder av ljus genom kroppsdelen till en fotodetektor. Den mäter den förändrade absorbansen vid var och en av våglängderna , så att den kan bestämma absorbanserna på grund av det pulserande arteriella blodet ensam, exklusive venöst blod , hud, ben, muskler, fett och (i de flesta fall) nagellack .

Reflektanspulsoximetri är ett mindre vanligt alternativ till transmissiv pulsoximetri. Denna metod kräver inte en tunn del av personens kropp och är därför väl lämpad för en universell applikation som fötter, panna och bröst, men det har också vissa begränsningar. Vasodilatation och sammanslagning av venöst blod i huvudet på grund av nedsatt venös återkomst till hjärtat kan orsaka en kombination av arteriella och venösa pulsationer i pannregionen och leda till falska Sp O ₂ -resultat. Sådana tillstånd uppstår under anestesi med endotrakeal intubation och mekanisk ventilation eller hos patienter i Trendelenburg -position .

Medicinsk användning

En pulsoximetersond applicerad på en persons finger

En pulsoximeter är en medicinsk utrustning som indirekt övervakar syremättnaden i en patients blod (i motsats till att mäta syremättnad direkt genom ett blodprov) och förändringar i blodvolymen i huden, vilket producerar ett fotoplethysmogram som kan bearbetas vidare till andra mätningar . Pulsoximetern kan införlivas i en patientmonitor med multiparameter. De flesta bildskärmar visar också pulsfrekvensen. Bärbara, batteridrivna pulsoximetrar finns också tillgängliga för transport eller hem-blodsyreövervakning.

Fördelar

Pulsoximetri är särskilt bekvämt för icke -invasiv kontinuerlig mätning av blodets syremättnad. Däremot måste blodgassnivåerna annars bestämmas i ett laboratorium på ett uttaget blodprov. Pulsoximetri är användbar i alla miljöer där patientens syresättning är instabil, inklusive intensivvård , operation, återhämtning, akut- och sjukhusavdelning, piloter i luftfartyg utan tryck, för bedömning av patientens syresättning och bestämning av effektiviteten eller behovet av kompletterande syre . Även om en pulsoximeter används för att övervaka syresättningen kan den inte bestämma ämnesomsättningen av syre eller mängden syre som används av en patient. För detta ändamål är det nödvändigt att också mäta koldioxid (CO ₂ ) nivåer. Det är möjligt att den också kan användas för att upptäcka avvikelser i ventilation. Användningen av en pulsoximeter för att upptäcka hypoventilering försämras dock med användning av kompletterande syre, eftersom det är endast när patienter andas rumsluft som abnormiteter i andningsfunktionen kan detekteras på ett tillförlitligt sätt med dess användning. Därför kan den rutinmässiga administreringen av kompletterande syre vara obefogad om patienten kan upprätthålla tillräcklig syresättning i rumsluften, eftersom det kan leda till att hypoventilering blir oupptäckt.

På grund av sin enkla användning och förmågan att tillhandahålla kontinuerliga och omedelbara syremättnadsvärden är pulsoximetrar av avgörande betydelse inom akutmedicin och är också mycket användbara för patienter med andnings- eller hjärtproblem, särskilt KOL , eller för diagnos av vissa sömnstörningar såsom apné och hypopné . För patienter med obstruktiv sömnapné kommer pulsoximetriavläsningarna att ligga i området 70–90% under mycket tid att försöka sova.

Bärbara batteridrivna pulsoximetrar är användbara för piloter som arbetar i flygplan utan tryck över 3 000 m eller 12 500 fot (3 800 m) i USA där kompletterande syre krävs. Bärbara pulsoximetrar är också användbara för bergsklättrare och idrottare vars syrenivåer kan minska på höga höjder eller med träning. Vissa bärbara pulsoximetrar använder programvara som kartlägger en patients blodsyre och puls, och fungerar som en påminnelse om att kontrollera blodets syrenivåer.

Anslutningsframsteg har gjort det möjligt för patienter att kontinuerligt övervaka blodets syremättnad utan kabelanslutning till en sjukhusmonitor utan att offra flödet av patientdata tillbaka till sängmonitorer och centraliserade patientövervakningssystem.

För patienter med COVID-19 hjälper pulsoximetri med tidig upptäckt av tyst hypoxi , där patienterna fortfarande ser ut och känner sig bekväma, men deras SpO2 är farligt lågt. Detta händer med patienter antingen på sjukhuset eller hemma. Lågt SpO2 kan indikera allvarlig COVID-19-relaterad lunginflammation, vilket kräver en ventilator.

Begränsningar

Pulsoximetri mäter enbart hemoglobinmättnad, inte ventilation och är inte ett fullständigt mått på andningssäkerhet. Det är inte en ersättning för blodgaser som kontrolleras i ett laboratorium, eftersom det inte ger någon indikation på basunderskott, koldioxidnivåer, blodets pH eller bikarbonat (HCO ₃ ^- ) koncentration. Metabolismen av syre kan lätt mätas genom övervakning löpt CO ₂ , men mättnads siffror ger ingen information om blodsyreinnehåll. Det mesta av syret i blodet bärs av hemoglobin; vid svår anemi innehåller blodet mindre hemoglobin, som trots att det är mättat inte kan bära så mycket syre.

Eftersom pulsoximetrar är kalibrerade hos friska försökspersoner är noggrannheten dålig för kritiskt sjuka patienter och för tidigt födda.

Felaktigt låga avläsningar kan orsakas av hypoperfusion av extremiteten som används för övervakning (ofta på grund av att en extremitet är kall eller från vasokonstriktion sekundärt till användning av vasopressormedel ); felaktig sensorapplikation; mycket känslig hud; eller rörelse (t.ex. frossa), särskilt under hypoperfusion. För att säkerställa noggrannhet bör sensorn returnera en stadig puls och/eller pulsvågform. Pulsoximetri -tekniker skiljer sig åt i deras förmåga att tillhandahålla korrekta data under rörelseförhållanden och låg perfusion.

Fetma , hypotoni (lågt blodtryck) och vissa hemoglobinvarianter kan minska resultatens noggrannhet. Vissa hempulsoximetrar har låga samplingshastigheter som avsevärt kan underskatta nedgångar i syrehalten i blodet. Noggrannheten för pulsoximetri försämras avsevärt vid avläsningar under 80%.

Pulsoximetri är inte heller ett fullständigt mått på cirkulationssyretillräcklighet. Om det finns otillräckligt blodflöde eller otillräckligt hemoglobin i blodet ( anemi ) kan vävnader drabbas av hypoxi trots hög arteriell syremättnad.

Eftersom pulsoximetri endast mäter andelen bundet hemoglobin, kommer en falskt hög eller falskt låg avläsning att inträffa när hemoglobin binder till något annat än syre:

• Hemoglobin har en högre affinitet till kolmonoxid än för syre, och en hög avläsning kan uppstå trots att patienten faktiskt är hypoxemisk. I fall av kolmonoxidförgiftning kan denna felaktighet fördröja erkännandet av hypoxi (låg cellulär syrehalt).
• Cyanidförgiftning ger en hög avläsning eftersom det minskar syrextraktion från arteriellt blod. I detta fall är avläsningen inte falsk, eftersom arteriellt blodsyre verkligen är högt vid tidig cyanidförgiftning.
• Metemoglobinemi orsakar karakteristiskt pulsoximetriavläsningar i mitten av 80-talet.
• KOL [särskilt kronisk bronkit] kan orsaka falska avläsningar.

En icke-invasiv metod som möjliggör kontinuerlig mätning av dyshemoglobinerna är pulsen CO-oximeter , som byggdes 2005 av Masimo. Genom att använda ytterligare våglängder ger det kliniker ett sätt att mäta dyshemoglobiner, karboxyhemoglobin och metemoglobin tillsammans med totalt hemoglobin.

Forskning har visat att felprocenten i vanliga pulsoximetrar kan vara högre för vuxna med mörk hudfärg, vilket väcker farhågor om att felaktigheter i pulsoximetri-mätningar kan förena systemisk rasism i länder med mångrasiga befolkningar som USA . Pulsoximetri används för screening av sömnapné och andra typer av sömnstörning som i USA är mer vanliga bland minoriteter.

Utrustning

Förutom pulsoximetrar för professionellt bruk finns många billiga "konsument" -modeller tillgängliga. Åsikterna varierar om tillförlitligheten hos konsumentoximetrar; en typisk kommentar är "Forskningsdata om hemmonitorer har blandats, men de tenderar att vara korrekta inom några procentenheter". Vissa smarta klockor med aktivitetsspårning har en oximeterfunktion. En artikel om sådana enheter, i samband med diagnos av COVID-19- infektion, citerade João Paulo Cunha vid universitetet i Porto, Portugal: "dessa sensorer är inte exakta, det är huvudbegränsningen ... de som du bär är endast för konsumentnivån, inte för den kliniska nivån ". Pulsoximetrar som används för diagnos av tillstånd som COVID-19 bör vara klass IIB-oximetrar av medicinsk kvalitet. Klass IIB -oximetrar kan användas på patienter i alla hudfärger, låg pigmentering och närvaro av rörelse.

Enligt en rapport från iData Research var den amerikanska pulsoximetriövervakningsmarknaden för utrustning och sensorer över 700 miljoner dollar 2011.

Mekanism

Absorptionsspektra för syresatt hemoglobin (HbO2) och deoxygenerat hemoglobin (Hb) för röda och infraröda våglängder

Insidan av en pulsoximeter

En blodsyreövervakare visar andelen blod som är fylld med syre. Mer specifikt mäter den hur stor andel hemoglobin , proteinet i blodet som transporterar syre, laddas. Godtagbara normala Sa O ₂ -intervall för patienter utan lungpatologi är från 95 till 99 procent. För en person som andas rumsluft vid eller nära havsnivån kan en uppskattning av arteriell pO ₂ göras från blod-syremonitorn "mättnad av perifert syre" (SpO ₂ ).

Driftsätt

En typisk pulsoximeter använder en elektronisk processor och ett par små ljusdioder (LED) som vetter mot en fotodiod genom en genomskinlig del av patientens kropp, vanligtvis en fingertopp eller en öronlob. En LED är röd, med en våglängd på 660 nm, och den andra är infraröd med en våglängd på 940 nm. Absorption av ljus vid dessa våglängder skiljer sig avsevärt mellan blod fyllt med syre och blod som saknar syre. Oxygenerat hemoglobin absorberar mer infrarött ljus och låter mer rött ljus passera. Deoxygenerat hemoglobin låter mer infrarött ljus passera och absorberar mer rött ljus. Lysdioderna sekvenserar genom sin cykel med en på, sedan den andra, sedan båda av cirka trettio gånger per sekund, vilket gör att fotodioden kan reagera på det röda och infraröda ljuset separat och även justera baslinjen för omgivande ljus.

Mängden ljus som överförs (med andra ord, som inte absorberas) mäts och separata normaliserade signaler produceras för varje våglängd. Dessa signaler fluktuerar i tid eftersom mängden arteriellt blod som är närvarande ökar (bokstavligen pulser) med varje hjärtslag. Genom att subtrahera det minsta överförda ljuset från det överförda ljuset i varje våglängd korrigeras effekterna av andra vävnader för att generera en kontinuerlig signal för pulserande arteriellt blod. Förhållandet mellan mätningen av rött ljus och mätningen av det infraröda ljuset beräknas sedan av processorn (som representerar förhållandet mellan syresatt hemoglobin och deoxygenerat hemoglobin), och detta förhållande omvandlas sedan till SpO ₂ av processorn via en uppslagstabell baserad på Öl – Lambert lag . Signalseparationen tjänar också andra syften: en pletysmografisk vågform ("pleth wave") som representerar den pulserande signalen visas vanligtvis för en visuell indikation av pulserna samt signalkvalitet och ett numeriskt förhållande mellan den pulserande och baslinjeabsorbansen (" perfusion") index ") kan användas för att utvärdera perfusion.

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

där HbO ₂ är syresatt hemoglobin ( oxihemoglobin ) och Hb är deoxygenerat hemoglobin.

Avledda mätningar

På grund av förändringar i blodvolymer i huden kan en pletysmografisk variation ses i ljussignalen som mottas (transmittans) av sensorn på en oximeter. Variationen kan beskrivas som en periodisk funktion , som i sin tur kan delas upp i en likströmskomponent (toppvärdet) och en växelströmskomponent (topp minus tråg). Förhållandet mellan växelströmskomponenten till DC-komponenten, uttryckt i procent, är känd som (perifera) perfusion index (Pi) för en puls, och har typiskt ett område av 0,02% till 20%. En tidigare mätning kallad pulsoximetri pletysmografisk (POP) mäter bara "AC" -komponenten och härleds manuellt från bildskärmspixlar.

Pleth variability index (PVI) är ett mått på variationen av perfusionsindex, som uppstår under andningscykler. Matematiskt beräknas det som (Pi _max - Pi _min )/Pi _max × 100% , där max- och minsta Pi -värden är från en eller flera andningscykler. Det har visat sig vara en användbar, icke -invasiv indikator på kontinuerlig vätskerespons för patienter som genomgår vätskehantering. Pulsoximetri pletysmografisk vågformamplitud (ΔPOP) är en analog tidigare teknik för användning på den manuellt härledda POP, beräknad som (POP _max- POP _min )/(POP _max + POP _min ) × 2 .

Historia

År 1935 utvecklade den tyska läkaren Karl Matthes (1905–1962) den första mätningsmätaren med två våglängder för örat ₂ med röda och gröna filter (senare röda och infraröda filter). Sin mätare var den första anordningen för att mäta O ₂ mättnad.

Den ursprungliga oximetern gjordes av Glenn Allan Millikan på 1940 -talet. I 1949, Wood sattes en tryckkapsel till squeeze blod ut ur örat för att erhålla en absolut O ₂ mättnad värde när blod återtas. Konceptet liknar dagens konventionella pulsoximetri, men var svårt att genomföra på grund av instabila fotoceller och ljuskällor; idag används denna metod inte kliniskt. År 1964 monterade Shaw den första absolutavläsande öronoximetern, som använde åtta våglängder ljus.

Den första pulsoximetri utvecklades 1972, av japanska bioingenjörer, Takuo Aoyagi och Michio Kishi, vid en japansk tillverkare av medicinsk elektronisk utrustning, Nihon Kohden , med förhållandet mellan rött och infrarött ljusabsorption av pulserande komponenter på mätstället. Nihon Kohden tillverkade den första pulsoximetern, Ear Oximeter OLV-5100, och Susumu Nakajima, en kirurg, och hans medarbetare testade först enheten hos patienter och rapporterade den 1975. Nihon Kohden avbröt dock utvecklingen av pulsoximetri och gjorde inte ansöka om ett grundpatent för pulsoximetri utom i Japan. 1977 kommersialiserade Minolta den första fingerpulsoximetern OXIMET MET-1471. I USA kommersialiserades det av Biox 1980.

År 1987 omfattade vårdstandarden för administrering av en generell bedövning i USA pulsoximetri. Från operationssalen spreds användningen av pulsoximetri snabbt över hela sjukhuset, först till vårdrum och sedan till intensivvårdsavdelningar . Pulsoximetri var av särskilt värde i den neonatala enheten där patienterna inte trivs med otillräcklig syresättning, men för mycket syre och fluktuationer i syrekoncentrationen kan leda till nedsatt syn eller blindhet från retinopati av prematuritet (ROP). Dessutom är det smärtsamt för patienten att få en artärblodgas från en nyfödd patient och en viktig orsak till neonatal anemi. Rörelseartefakt kan vara en betydande begränsning för pulsoximetriövervakning, vilket resulterar i ofta falska larm och förlust av data. Detta beror på att under rörelse och låg perifer perfusion kan många pulsoximetrar inte skilja mellan pulserande arteriellt blod och rörligt venöst blod, vilket leder till underskattning av syremättnad. Tidiga studier av pulsoximetriprestanda under motivrörelser tydliggjorde sårbarheten hos konventionell pulsoximetri -teknik för rörelseartefakt.

År 1995 introducerade Masimo Signal Extraction Technology (SET) som kunde mäta exakt under patientrörelse och låg perfusion genom att separera arteriell signal från venösa och andra signaler. Sedan dess har tillverkare av pulsoximetri utvecklat nya algoritmer för att minska några falska larm under rörelse, till exempel förlängning av medeltider eller frysvärden på skärmen, men de gör inte anspråk på att mäta förändrade förhållanden under rörelse och låg perfusion. Så det finns fortfarande viktiga skillnader i prestanda för pulsoximetrar under utmanande förhållanden. Även 1995 introducerade Masimo perfusionsindex som kvantifierade amplituden för den perifera pletysmografiska vågformen. Perfusionsindex har visat sig hjälpa kliniker att förutsäga sjukdomens svårighetsgrad och tidiga negativa respiratoriska utfall hos nyfödda, förutsäga lågt överlägset vena cava -flöde hos spädbarn med mycket låg födelsevikt, ge en tidig indikator på sympatektomi efter epiduralanestesi och förbättra upptäckten av kritisk medfödd hjärtsjukdom hos nyfödda.

Publicerade artiklar har jämfört signaluttagsteknik med andra pulsoximetri -tekniker och har visat genomgående gynnsamma resultat för signaluttagsteknik. Signalutvinningsteknik pulsoximetriprestanda har också visat sig kunna hjälpa kliniker att förbättra patientresultaten. I en studie minskade retinopati av prematuritet (ögonskada) med 58% hos mycket låga födda viktfödda barn vid ett centrum med hjälp av signalutvinningsteknik, medan det inte fanns någon minskning av retinopati av prematuritet vid ett annat center med samma kliniker som använder samma protokoll men med icke-signalutvinningsteknik. Andra studier har visat att pulseoximetri för signaluttagsteknologi resulterar i färre mätningar av arteriella blodgaser, snabbare avvänjningstid av syre, lägre sensorutnyttjande och lägre vistelsetid. Den mätbara rörelsen och den låga perfusionskapaciteten har också gjort det möjligt att använda den i tidigare oövervakade områden som det allmänna golvet, där falska larm har plågat konventionell pulsoximetri. Som bevis på detta publicerades en landmärkesstudie 2010 som visade att kliniker vid Dartmouth-Hitchcock Medical Center som använde signalutvinningsteknik pulsoximetri på det allmänna golvet kunde minska snabba svarsteamaktiveringar, ICU-överföringar och ICU-dagar. År 2020 visade en uppföljande retrospektiv studie på samma institution att över tio års användning av pulsoximetri med signaluttagsteknik, tillsammans med ett patientövervakningssystem, fanns det inga patientdöd och inga patienter skadades av opioidinducerad andningsdepression medan kontinuerlig övervakning användes.

År 2007 introducerade Masimo den första mätningen av pleth variability index (PVI), vilket flera kliniska studier har visat ger en ny metod för automatisk, icke -invasiv bedömning av en patients förmåga att reagera på vätskeadministration. Lämpliga vätskenivåer är avgörande för att minska postoperativa risker och förbättra patientresultat: vätskevolymer som är för låga (under-hydrering) eller för höga (över-hydrering) har visat sig minska sårläkning och öka risken för infektion eller hjärtkomplikationer. Nyligen listade National Health Service i Storbritannien och French Anesthesia and Critical Care Society PVI-övervakning som en del av deras föreslagna strategier för intraoperativ vätskehantering.

År 2011 rekommenderade en expertarbetsgrupp nyfödd screening med pulsoximetri för att öka upptäckten av kritisk medfödd hjärtsjukdom (CCHD). CCHD -arbetsgruppen citerade resultaten av två stora, prospektiva studier av 59 876 ämnen som uteslutande använde signaluttagsteknik för att öka identifieringen av CCHD med minimala falska positiva. CCHD -arbetsgruppens rekommenderade nyfödda screening utförs med rörelsestolerant pulsoximetri som också har validerats under förhållanden med låg perfusion. År 2011 lade USA: s minister för hälsa och mänskliga tjänster pulsoximetri till den rekommenderade enhetliga screeningpanelen. Innan bevis för screening med hjälp av signaluttagsteknik, screenades mindre än 1% av nyfödda i USA. Idag har The Newborn Foundation dokumenterat nära universell screening i USA och internationell screening expanderar snabbt. År 2014 visade en tredje stor studie på 122 738 nyfödda som också uteslutande använde signaluttagsteknik liknande, positiva resultat som de två första stora studierna.

Högupplöst pulsoximetri (HRPO) har utvecklats för screening av sömnapné i hemmet och testning hos patienter för vilka det är opraktiskt att utföra polysomnografi . Den lagrar och registrerar både puls och SpO2 i intervall på 1 sekund och har visats i en studie för att hjälpa till att upptäcka sömnstörad andning hos kirurgiska patienter.

Se även

Anteckningar

Referenser

externa länkar