Fotopletismogram

Fotopletismografi
Bir kulak nabız oksimetresinden alınan temsili PPG. Genlikteki farklılıklar solunum yoluyla kaynaklanan değişimlerden kaynaklanır.
MeSH	D017156
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.

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]

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]

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]

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]

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]

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.

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

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]

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.

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.

• Hemodinamik