Фотоплетизмографія

Фотоплетизмографія заснована на реєстрації змін інтенсивності світла після його проходження крізь біологічну тканину, що обумовлені змінами її об’єму. У клінічній практиці фотоплетизмографія застосовується для спостереження пульсових хвиль ─ змін об’єму ділянки тіла, обумовлених поштовховими притоками крові у фазі систоли (скороченням м'язів серця та підвищенням артеріального тиску).

У фотоплетизмографії використовують ближнє інфрачервоне випромінювання, яке найменше поглинається біологічними тканинами і кров'ю. Тому інтенсивність такого світла після проходження крізь тканину залежить, в основному, від його розсіювання тканиною, яке змінюється при пульсових змінах об’єму.

Однохвильова фотоплетизмографія використовує світло однієї довжини хвилі ─ між 600 і 700 нм. Поглинання такого світла оксигемоглобіном, який в основному приноситься з припливом артеріальної крові у фазі систоли, та іншими компонентами крові є незначним.

Схема вимірювань припускає, що випромінюючий світлодіод і фотоприймач розміщуються з протилежних сторін пальця або мочки вуха людини (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Фотоплетизмографи: а - світло проходить крізь подушечку пальця, відбивається від кістки і приймається фотодатчиком; б - світло проходить крізь вушну раковину і приймається фотодатчиком

У змінній складовій сигналу фотоплетизмограми (рис. 8.14-8.15) можна виділити "хвилі" 1-го, 2-го і 3-го порядку (рис. 8.16). Хвилі 1-го порядку (І) синхронізовані зі скороченнями серця. Саме їх і називають пульсовими хвилями (рис. 8.17). Хвилі 2-го порядку (ІІ) синхронізовані з ритмом дихання людини, їх називають дихальними хвилями. Причина їх появи полягає в тому, що серце знаходиться всередині грудної клітки, де тиск змінюється в процесі дихання (знижується відносно атмосферного при вдиху і підвищується при видиху). Через це в такт з диханням змінюється артеріальний тиск. Хвилі 3-го порядку (III) пов'язують з періодичною активністю центрів нейрогуморального регулювання тонусу кровоносних судин.

Рис. 8.14. Сигнал на виході фотоприймача (постійна (І_П) і змінна (Ізм) складові)

8.15. Поглинання світла різними тканинами

8.16. Змінна складова сигналу фотоплетизмограми

Рис. 8.17. Структура пульсової хвилі

А₁ відповідає анакротичному періоду ─ фазі найбільшого скорочення серцевих м'язів, А₂ ─ дикротичному періоду. Амплітуда анакротичної складової (А₁) відображає величину ударного об'єму крові, який виштовхується з серця. Дикротична складова пов'язана з тим, що при викиді крові серцем під дією підвищеного тиску аорта і великі магістральні артерії розтягуються, а коли систолічний тиск зменшується, то повертаються в початковий стан, викидаючи при цьому накопичений об’єм крові. Чим більше цей об’єм, тим вище амплітуда А₂, яка дозволяє судити про пружність аорти та магістральних артерій. Нормативні точки В1-В5 (рис. 8.18) призначені для кількісного оцінювання пульсової хвилі. За ними розраховуються кількісні показники: період скорочення серця, амплітуда і тривалість анакротичної і дикротичної складових і інші показники для оцінки стану серцево-судинної системи пацієнта.

8.18. Нормативні точки для кількісного оцінювання пульсової хвилі

Також фотоплетизмограф визначає частоту серцевих скорочень (в ударах за хвилину), виявляє порушення серцевого ритму, сигналізує про небезпечні порушення і "випадіння пульсу", обчислює середню амплітуду пульсацій. Виділяються і оцінюються дихальні хвилі, що дозволяє контролювати наявність, глибину і "стиль" дихання людини і подавати сигнали небезпеки у випадках тривалої зупинки або небезпечних порушень дихання. Фотоплетизмографія застосовується анестезіологами під час складних операцій, а також медичним персоналом в реанімаційних відділеннях з метою своєчасно виявленния порушень серцевої діяльності або дихання.

Рис.8.19. Фотоплетизмограма:

а) зареєстрований сигнал, б) сигнал після фільтрації

Рис.8.20. Фотоплетизмографія "на пропускання" і "на відбиття"

Рис. 8.21. Фотоплетизмограф, що працює зі світловими сигналами, розсіяними тілом: зліва ─ зовнішній вигляд, справа ─ сенсор в роботі при дослідженні сигналів, що знімаються з долоні