Fotopletismogram

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Fotopletismografi
Bir kulak nabız oksimetresinden alınan temsili PPG. Genlikteki farklılıklar solunum yoluyla kaynaklanan değişimlerden kaynaklanır.
MeSHD017156
Vikiveri öğesi

Fotopletismogram (PPG), dokunun mikrovasküler yatağındaki kan hacmi değişikliklerini belirlemek için kullanılabilen, optik olarak elde edilen bir pletismogramdır.[1][2] PPG genellikle cildi aydınlatan ve ışık emilimindeki değişiklikleri ölçen bir nabız oksimetresi kullanılarak elde edilir.[3] Geleneksel bir nabız oksimetresi, kanın derinin dermise ve deri altı dokusuna perfüzyonunu izler.

Parmak nabız oksimetresi

Her kalp döngüsü ile kalp, kanı çevreye pompalar. Her ne kadar bu basınç darbesi cilde ulaştığında bir miktar sönümlenmiş olsa da, deri altı dokudaki arterleri ve arteriyolleri genişletmek için yeterlidir. Nabız oksimetresi cildi sıkıştırmadan takılırsa, venöz pleksustan küçük bir ikincil tepe noktası olarak bir basınç darbesi de görülebilir.

Basınç darbesinin neden olduğu hacim değişikliği, cildin bir ışık yayan diyot (LED) ışığıyla aydınlatılması ve ardından bir fotodiyota iletilen veya yansıtılan ışık miktarının ölçülmesiyle belirlenir.[4] Her kalp döngüsü şekilde görüldüğü gibi bir tepe noktası olarak görünür. Cilde kan akışı birçok başka fizyolojik sistem tarafından modüle edilebildiğinden, PPG ayrıca solunumu, hipovolemiyi ve diğer dolaşım koşullarını izlemek için de kullanılabilir.[5] Ayrıca, PPG dalga şekli kişiden kişiye farklıdır ve nabız oksimetresinin takıldığı konum ve yönteme göre değişir.

PPG sensörleri birçok ticari ve klinik uygulamada ortak kullanılmasına rağmen, PPG dalga şeklini belirleyen kesin mekanizmalar henüz tam olarak anlaşılamamıştır.[6]

PPG ölçümü için uygun yerler[değiştir | kaynağı değiştir]

Nabız oksimetreleri tıbbi cihaz olarak kullanılırken, kaydettikleri PPG sinyali nadiren görüntülenir ve nominal olarak yalnızca kanın oksijenlenmesini ve kalp atış hızını belirlemek için işlenir.[2] PPG, geçirgen emilim (parmak ucunda olduğu gibi) veya yansıma (alında olduğu gibi) yoluyla elde edilebilir.[2]

Ayakta tedavi ortamlarında, nabız oksimetreleri genellikle parmağa takılır. Ancak şok, hipotermi vb. durumlarda çevreye giden kan akışı azalabilir ve bu ise fark edilebilir kalp nabzının olmadığı bir PPG ile sonuçlanabilir.[7] Bu durumda PPG, kafadaki bir nabız oksimetresinden elde edilebilir; en uygun bölgeler kulak, nazal septum ve alındır. PPG aynı zamanda ör. sağ ve sol kulak loblarından, işaret parmaklarından ve ayak başparmağından eş zamanlı ölçümler yaparak çok bölgeli fotopletismografi (MPPG) için de yapılandırılabilir ve periferik arter hastalığı, otonomik işlev bozukluğu, endotel işlev bozukluğu ve arteriyel sertlik şüphesi olan hastaların değerlendirilmesi için fırsat verir. MPPG aynı zamanda ör. derin öğrenmenin yanı sıra birçok başka yenilikçi darbe dalga analiz tekniğinin kullanımı gibi veri madenciliği için de önemli bir potansiyel sunar.[8][9][10][11]

Hareket eserleri genellikle egzersiz ve serbest yaşam koşullarında doğru okumayı engelleyen sınırlayıcı bir faktördür.[6]

Kullanım[değiştir | kaynağı değiştir]

Kalp atış hızının ve kalp döngüsünün izlenmesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Erken Ventriküler Kasılma (PVC), tıpkı EKG ve Kan Basıncında (BP) olduğu gibi PPG'de de görülebilir.
Bu PPG'de venöz nabız atışları açıkça görülebilmektedir.

Cilt çok zengin şekilde perfüze edildiğinden, kalp döngüsünün darbeli bileşenini tespit etmek nispeten kolaydır. Sinyalin DC bileşeni, cilt dokusunun toplu emilimine atfedilebilirken, AC bileşeni, kalp döngüsünün basınç darbesinin neden olduğu ciltteki kan hacmindeki değişime doğrudan atfedilebilir.

Fotopletismogramın AC bileşeninin yüksekliği, nabız basıncıyla, yani arterlerdeki sistolik ve diyastolik basınç arasındaki farkla orantılıdır. Prematüre ventriküler kasılma’ları (PVC'ler) gösteren şekilde görüldüğü gibi, PVC ile kalp döngüsü için PPG darbesi daha az genlikli kan basıncı ve PPG ile sonuçlanır.

Ventriküler taşikardi ve ventriküler fibrilasyon da tespit edilebilir.[12]

Solunumun izlenmesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Periferik bir vazodilatör olan sodyum nitroprussid (Nipride), sedasyonlu bir deneğin parmak PPG'si üzerindeki etkileri. Beklendiği gibi, PPG genliği infüzyondan sonra artar ve buna ek olarak Solunumla Kaynaklanan Değişim (RIV) de artar.[13]

Solunum, intraplevral basıncı, yani göğüs duvarı ile akciğerler arasındaki basıncı değiştirerek kalp döngüsünü etkiler. Kalp, akciğerler arasındaki göğüs boşluğunda bulunduğundan, nefes alma ve verme sırasındaki kısmi basınç, vena kava üzerindeki basıncı ve sağ atriyumun dolmasını büyük ölçüde etkiler.

Nefes almada intraplevral basınç 4 mm Hg'ye kadar azalır, bu da sağ atriyumu genişleterek vena kavadan daha hızlı doluma izin verir, ventriküler ön yükünü artırır, ancak atım hacmini azaltır. Nefes vermede ise tam tersi olarak kalp sıkışır, kalp etkinliği azalır ve atım hacmi artar. Solunumun sıklığı ve derinliği arttığında venöz dönüş artar, bu da kalp kan debisinin artmasına neden olur.[14]

Pek çok araştırma, fotopletismogramdan solunum hızının tahmin edilmesine[15] ve ayrıca inspirasyon süresi gibi daha ayrıntılı solunum ölçümlerine odaklanmıştır.[16]

Anestezi derinliğinin izlenmesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Genel anestezi altındaki bir denekteki kesiğin fotopletismograf (PPG) ve kan basıncı (BP) üzerindeki etkileri.

Anestezistlerin sıklıkla hastanın ameliyat için yeterince anestezi altında olup olmadığına subjektif olarak karar vermesi gerekir. Şekilde görüldüğü gibi, eğer hastaya yeterince anestezi yapılmadıysa, sempatik sinir sisteminin insizyona tepkisi, PPG'nin genliğinde anında bir tepki oluşturabilir.[13]

Hipo ve hipervoleminin izlenmesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Shamir, Eidelman ve diğerleri. ameliyattan önce kan bankacılığı için hastanın kan hacminin %10'unun alınması ile nefes alma arasındaki etkileşimi incelediler.[17] Kan kaybının hem nabız oksimetresinden alınan fotopletismogramdan hem de arteriyel kateterden belirlenebileceğini buldular. Hastalar, kalbin sıkıştırıldığı nefes vermede azalan kardiyak ön yükün neden olduğu kalp nabız genliğinde bir azalma gösterdi.

Kan basıncının izlenmesi[değiştir | kaynağı değiştir]

FDA'nın Ağustos 2019'da fotopletismografi tabanlı kelepçesiz kan basınç monitörüne izin verdiği bildirildi.[18]

Uzaktan fotopletismografi[değiştir | kaynağı değiştir]

Geleneksel görüntüleme[değiştir | kaynağı değiştir]

Fotopletismografi genellikle insan derisi ile bir tür temas (örneğin kulak, parmak) gerektirirken, uzaktan fotopletismografi, kan akışı gibi fizyolojik süreçlerin cilt teması olmadan belirlenmesine olanak tanır. Bu, kişinin ten renginde insan gözüyle algılanamayan anlık değişiklikleri analiz etmek için yüz videosu kullanılarak elde edilir.[19][20] Kan oksijen seviyesinin bu tür kamera temelli ölçümü, geleneksel fotopletismografiye temassız bir alternatif sağlar. Örneğin yeni doğan bebeklerin kalp atış hızını izlemek için kullanılabilir,[21] veya stres seviyelerini ölçmek için derin sinir ağlarıyla analiz edilir.[11]

Dijital holografi[değiştir | kaynağı değiştir]

Eksen dışı dijital holografi ile başparmağın fotopletismografisi.
Eksen dışı holografik fotopletismografi ile ölçülen bir kurbağanın sırtındaki nabız dalgaları

Uzaktan fotopletismografi, ışık dalgalarının fazına duyarlı olan ve dolayısıyla mikron altı düzlem dışı hareketi ortaya çıkarabilen dijital holografi ile de gerçekleştirilebilir. Özellikle, kan akışının neden olduğu darbeli hareketin geniş alanlı görüntülenmesi, dijital holografi ile başparmak üzerinde ölçülebilir. Sonuçlar, bir oklüzyon-reperfüzyon deneyi sırasında pletismografiyle izlenen kan nabzıyla karşılaştırılabilir.[22] Bu sistemin en büyük yararı, incelenen doku yüzey alanıyla herhangi bir fiziksel temasın gerekli olmamasıdır. Bu yaklaşımın iki ana sınırlaması şunlardır (i) sensör dizisinin mevcut uzaysal bant genişliğini azaltan eksen dışı interferometrik gruplaşması ve (ii) fizyolojik sinyalleri filtreleyen kısa süreli Fourier dönüşümü (ayrık Fourier dönüşümü yoluyla) analizinin kullanımı.

Eksen üstü dijital interferometriden holografik fotopletismografi ile el yüzeyindeki nabız dalgalarının lazer Doppler görüntülemesi

Saniyede ~1000 karenin üzerindeki hızlarda elde edilen sayısallaştırılmış interferogramlardan yeniden oluşturulan dijital hologramların[23] temel bileşen analizi, eldeki yüzey dalgalarını ortaya çıkarır. Bu yöntem, eksen üstü interferogramlardan dijital holografi gerçekleştirmenin iyi bir yoludur ve hem eksen dışı biçimin uzaysal bant genişliği azalmasını hem de fizyolojik sinyallerin filtrelenmesini hafifletir. Daha geniş görüntü alanı için daha yüksek bir uzaysal bant genişliği çok önemlidir.

Holografik fotopletismografinin geliştirilmiş hali olan holografik lazer Doppler görüntülemesi, retina, koroid, konjonktiva ve iris’teki kan damarlarında invaziv olmayan kan akışı nabız dalgasını izlemeyi mümkün kılar.[24]

Özellikle göz fundusunun lazer Doppler holografisi, koroid yüksek frekanslı lazer Doppler sinyaline baskın katkıyı oluşturur. Ancak, uzaysal olarak ortalaması alınan taban çizgisi sinyalini çıkararak etkisini atlatmak ve yüksek zamansal çözünürlük ve darbeli kan akışının tam alan görüntüleme kabiliyetini elde etmek mümkündür.

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Allen J (March 2007). "Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement". Physiological Measurement. 28 (3). ss. R1-39. doi:10.1088/0967-3334/28/3/R01. PMID 17322588. 
  2. ^ a b c Kyriacou PA, Allen J, (Ed.) (2021). Photoplethysmography: Technology, Signal Analysis and Applications. Elsevier. 
  3. ^ Shelley K, Shelley S, Lake C (2001). "Pulse Oximeter Waveform: Photoelectric Plethysmography". Lake C, Hines R, Blitt C (Ed.). Clinical Monitoring. W.B. Saunders Company. ss. 420-428. 
  4. ^ Pelaez EA, Villegas ER (2007). "LED power reduction trade-offs for ambulatory pulse oximetry". 2007 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2007. ss. 2296-2299. doi:10.1109/IEMBS.2007.4352784. ISBN 978-1-4244-0787-3. PMID 18002450. 
  5. ^ Reisner A, Shaltis PA, McCombie D, Asada HH (May 2008). "Utility of the photoplethysmogram in circulatory monitoring". Anesthesiology. 108 (5). ss. 950-958. doi:10.1097/ALN.0b013e31816c89e1. PMID 18431132. 
  6. ^ a b Charlton PH, Kyriaco PA, Mant J, Marozas V, Chowienczyk P, Alastruey J (March 2022). "Wearable Photoplethysmography for Cardiovascular Monitoring". Proceedings of the IEEE. Institute of Electrical and Electronics Engineers. 110 (3). ss. 355-381. doi:10.1109/JPROC.2022.3149785. PMC 7612541 $2. PMID 35356509. 
  7. ^ Budidha K, Kyriacou PA (2015). "Investigation of photoplethysmography and arterial blood oxygen saturation from the ear-canal and the finger under conditions of artificially induced hypothermia" (PDF). 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2015. ss. 7954-7957. doi:10.1109/EMBC.2015.7320237. ISBN 978-1-4244-9271-8. PMID 26738137. 
  8. ^ Allen J, Overbeck K, Nath AF, Murray A, Stansby G (April 2008). "A prospective comparison of bilateral photoplethysmography versus the ankle-brachial pressure index for detecting and quantifying lower limb peripheral arterial disease". Journal of Vascular Surgery. 47 (4). ss. 794-802. doi:10.1016/j.jvs.2007.11.057. PMID 18381141. 
  9. ^ McKay ND, Griffiths B, Di Maria C, Hedley S, Murray A, Allen J (October 2014). "Novel photoplethysmography cardiovascular assessments in patients with Raynaud's phenomenon and systemic sclerosis: a pilot study". Rheumatology. 53 (10). ss. 1855-1863. doi:10.1093/rheumatology/keu196. PMID 24850874. 
  10. ^ Mizeva I, Di Maria C, Frick P, Podtaev S, Allen J (March 2015). "Quantifying the correlation between photoplethysmography and laser Doppler flowmetry microvascular low-frequency oscillations". Journal of Biomedical Optics. 20 (3). s. 037007. Bibcode:2015JBO....20c7007M. doi:10.1117/1.JBO.20.3.037007. PMID 25764202. 
  11. ^ a b Al-Jebrni AH, Chwyl B, Wang XY, Wong A, Saab BJ (1 Mayıs 2020). "AI-enabled remote and objective quantification of stress at scale". Biomedical Signal Processing and Control (İngilizce). Cilt 59. s. 101929. doi:10.1016/j.bspc.2020.101929. ISSN 1746-8094. 
  12. ^ Alian AA, Shelley KH (December 2014). "Photoplethysmography". Best Practice & Research. Clinical Anaesthesiology. 28 (4). ss. 395-406. doi:10.1016/j.bpa.2014.08.006. PMID 25480769. 
  13. ^ a b Shelley KH (December 2007). "Photoplethysmography: beyond the calculation of arterial oxygen saturation and heart rate". Anesthesia and Analgesia. 105 (6 Suppl). ss. S31-S36. doi:10.1213/01.ane.0000269512.82836.c9. PMID 18048895. 
  14. ^ Shelley KH, Jablonka DH, Awad AA, Stout RG, Rezkanna H, Silverman DG (August 2006). "What is the best site for measuring the effect of ventilation on the pulse oximeter waveform?". Anesthesia and Analgesia. 103 (2). ss. 372-7, table of contents. doi:10.1213/01.ane.0000222477.67637.17. PMID 16861419. 
  15. ^ Charlton PH, Birrenkott DA, Bonnici T, Pimentel MA, Johnson AE, Alastruey J, ve diğerleri. (2018). "Breathing Rate Estimation From the Electrocardiogram and Photoplethysmogram: A Review". IEEE Reviews in Biomedical Engineering. Cilt 11. ss. 2-20. doi:10.1109/RBME.2017.2763681. PMC 7612521 $2. PMID 29990026. 
  16. ^ Davies HJ, Bachtiger P, Williams I, Molyneaux PL, Peters NS, Mandic DP (July 2022). "Wearable In-Ear PPG: Detailed Respiratory Variations Enable Classification of COPD". IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering. 69 (7). ss. 2390-2400. doi:10.1109/TBME.2022.3145688. hdl:10044/1/96220. PMID 35077352.  Geçersiz |hdl-access=free (yardım)
  17. ^ Shamir M, Eidelman LA, Floman Y, Kaplan L, Pizov R (February 1999). "Pulse oximetry plethysmographic waveform during changes in blood volume". British Journal of Anaesthesia. 82 (2). ss. 178-81. doi:10.1093/bja/82.2.178. PMID 10364990. 
  18. ^ Wendling P (28 Ağustos 2019). "FDA Okays Biobeat's Cuffless Blood Pressure Monitor". Medscape. 8 Kasım 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Eylül 2019. 
  19. ^ Verkruysse W, Svaasand LO, Nelson JS (December 2008). "Remote plethysmographic imaging using ambient light". Optics Express. 16 (26). ss. 21434-21445. Bibcode:2008OExpr..1621434V. doi:10.1364/OE.16.021434. PMC 2717852 $2. PMID 19104573. 
  20. ^ Rouast PV, Adam MT, Chiong R, Cornforth D, Lux E (2018). "Remote heart rate measurement using low-cost RGB face video: A technical literature review". Frontiers of Computer Science. 12 (5). ss. 858-872. doi:10.1007/s11704-016-6243-6. 
  21. ^ Example of contactless monitoring in action. YouTube. 11 Aralık 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  22. ^ Bencteux J, Pagnoux P, Kostas T, Bayat S, Atlan M (June 2015). "Holographic laser Doppler imaging of pulsatile blood flow". Journal of Biomedical Optics. 20 (6). s. 066006. arXiv:1501.05776 $2. Bibcode:2015JBO....20f6006B. doi:10.1117/1.JBO.20.6.066006. PMID 26085180. 
  23. ^ Puyo L, Bellonnet-Mottet L, Martin A, Te F, Paques M, Atlan M (2020). "Real-time digital holography of the retina by principal component analysis". arXiv:2004.00923 $2. 
  24. ^ Puyo L, Paques M, Fink M, Sahel JA, Atlan M (September 2018). "In vivo laser Doppler holography of the human retina". Biomedical Optics Express. 9 (9). ss. 4113-4129. arXiv:1804.10066 $2. doi:10.1364/BOE.9.004113. PMC 6157768 $2. PMID 30615709. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fotopletismogram&oldid=32572389" sayfasından alınmıştır