Датчик измерения потока крови

Пульсоксиметр при коронавирусе: какие нормы показаний? Для чего предназначен и что показывает?

Краткое содержание:

До пандемии коронавируса многие люди слышали о пульсоксиметрии только из телесериалов о медицине. Но когда ряд новостных источников упомянули пульсоксиметры как недорогие медицинские устройства для оценки состояния при Covid-19, эти небольшие приборы начали мгновенно разлетаться с прилавков.

Что показывает пульсоксиметр при коронавирусе? Устройство определяет степень насыщения крови кислородом и зачастую используется в домашних условиях. Эти устройства обычно приобретают спортсмены или пациенты с хроническими заболеваниями, такими как бронхиальная астма или хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ). В условиях пандемии пульсоксиметр используется как средство обнаружения серьезных осложнений инфекции Covid-19.

Что такое пульсоксиметр и что он измеряет

Пульсоксиметр – это небольшое устройство, напоминающее большую прищепку для одежды. Прибор фиксируется на пальце, и уже спустя несколько секунд появляются цифры, отражающие сатурацию и частоту сердечных сокращений.

Сатурация, или степень насыщения артериальной крови кислородом, у большинства здоровых людей колеблется в пределах 95–98 %. В редких случаях показания достигают максимального значения – 100 %.

Если уровень сатурации падает до 92 % или ниже, важно незамедлительно обратиться за медицинской помощью!

Устройство также покажет частоту сердечных сокращений. Нормальные значения пульса варьируются в пределах 60–90 ударов в минуту в состоянии покоя. У спортсменов с тренированной сердечно-сосудистой системой норма пульса чаще ниже приведенных цифр.

Особенности работы устройства

Через кончик пальца пульсоксиметр пропускает световые волны различной длины (это безболезненно). Волны «нацелены» на гемоглобин – белковую молекулу в крови, которая переносит кислород по сосудистому руслу.

Прибор лучше функционирует на теплых руках, чем на холодных. А поскольку уровень кислорода может колебаться, необходимо делать измерения несколько раз в течение дня. Замеры также стоит производить в различных условиях, например, лежа на спине или после ходьбы.

​Ответы на вопросы

Имеет ли значение, какой используется палец?

Большинство медработников фиксируют прибор на указательном пальце, хотя исследование установило, что достоверные показатели регистрируются на среднем пальце доминирующей руки. Близким по значению также является указательный палец.

Согласно инструкции, длинные или накладные ногти затрудняют правильное введение пальца в зажим, а темный лак для ногтей (черный или синий) может повлиять на точность оксиметрии.

Также ложные данные могут регистрироваться при нарушении кровообращения с плохим притоком крови к конечностям, при синдроме Рейно или на холодных пальцах.

Нужен ли пульсоксиметр пациентам?

Прибор не будет лишним, однако не стоит всецело доверяться только показателям оксигенации. Важно не игнорировать такие симптомы, как одышка или затяжной кашель даже при нормальных цифрах SpO2.

В руках нервных пациентов устройство вызывает замешательство без доказательной силы: даже если прибор показал небольшое падение значений, они вызывают своего врача. Важно понимать, что пульсоксиметр является диагностическим «дополнением», а не единственным критерием оценки состояния человека.

Эффективность в домашних условиях

Если у человека легкая форма заболевания COVID-19 и он находится на изоляции дома, оксиметр может быть полезным инструментом для проверки уровня кислорода. Это поможет выявить снижение кислорода (гипоксемию) уже на ранней стадии.

Теоретически проблемам с кислородом подвержены лица из нескольких групп риска:

  • Пациенты с хроническими заболеваниями легких (хронический бронхит, астма, ХОБЛ).
  • Активные курильщики.
  • Лица с сердечной патологией.
  • Люди с избыточной массой тела.

Кроме того, при бессимптомной форме болезни человек может самостоятельно определить проблему с насыщением организма кислородом. Цель такого подхода заключается в выявлении нарушений уже на ранних стадиях.

Пульсоксиметр при коронавирусе, что показывает 100 % SpO2, не несет преимуществ по сравнению с 96 % SpO2. Клинически значение имеет стойкое снижение сатурации менее 95 %.

Вместо заключения

Зачем используют пульсоксиметр? Этот небольшой аппарат «считывает» у человека частоту сердечных сокращений и показатели сатурации – то есть уровень насыщения крови кислородом.

Нормальным значением сатурации является диапазон от 95 до 100 %. Пульс у здорового человека в покое может колебаться в пределах 60–90 ударов в минуту.

Во время пандемии до сих пор важнейшими действиями остаётся мытье рук, ношение масок, дистанцирование и непосредственный осмотр заболевшего доктором при наличии каких-либо негативных симптомов болезни.

Источник

Врач называет легкий способ проверить, хороший ли у вас пульсоксиметр

Василий Белаш — кандидат медицинских наук, преподаватель в Первом Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. Павлова. С первой волны пандемии работает заведующим инфекционным отделением в Центре по лечению COVID-19 при университете. Он рассказал HEALTH.TUT.BY о том, как российские врачи отличают хороший пульсоксиметр, какие ошибки могут исказить результат измерений и как его понимать.

Во время лечения коронавирусной инфекции, рассказывает Василий, врачи постоянно используют пульсоксиметры. В реанимациях установлены профессиональные приборы стоимостью более 250 долларов, но медики часто имеют дело и с более дешевыми устройствами, которые закупаются больницами или приобретаются ими самостоятельно. Только за последний месяц врач сталкивался с 10-15 разными пульсоксиметрами:

— Каждый новый прибор для себя мы проверяем. Если во время измерения палец с пульсоксиметром поднять над головой, то в определенный момент хороший прибор отключится, вместо того чтобы до последнего показывать заниженное значение сатурации. Такая проверка основана на физике используемого метода — оптической пульсоксиметрии.

Что и как измеряет пульсоксиметр

В составе красных кровяных клеток (эритроцитов) есть белок гемоглобин. Он переносит кислород.

Пульсоксиметр используют, чтобы измерить уровень насыщения (сатурации) артериальной крови кислородом. В приборе есть:

  • диод, который излучает свет;
  • светочувствительный датчик;
  • монитор, который показывает результат.

Палец просвечивается насквозь. В зависимости от степени насыщения кислородом гемоглобин по-разному поглощает свет. Датчик это фиксирует, данные математически обрабатываются — и на дисплей выводится процент. Например, 95% будет значить, что 95% гемоглобина переносит кислород, а 5% нет.

Диод пульсоксиметра излучает постоянный поток света, но степень его поглощения меняется каждую секунду — из-за артериального кровотока. Чтобы выдавать точные цифры, прибор должен стабильно работать в меняющихся условиях.

— Есть несколько внешних факторов, изменение которых критично для правильной работы пульсоксиметра, — объясняет доктор. — Наиболее существенно на точность влияет величина сигнала, то есть количество крови, которое находится в пальце между испускающим свет и принимающим его элементами. Грубо говоря, измерение не получится, когда у нас есть большой черпак, а жидкости — с чайную ложку. Когда интенсивность сигнала низкая, прибор перестает понимать, что происходит, и поэтому у него должен быть порог для отключения. Хороший пульсоксиметр не будет врать, и в неоптимальной для измерения ситуации просто скажет: «Я сдаюсь».

Фото: Stanley Ng, Pexels.com

Поднимая палец с пульсоксиметром во время измерения, мы искусственно создаем устройству неоптимальные условия: приток крови резко снижается.

— Те приборы, которые не сдаются никогда, используешь на свой риск. Когда все хорошо, они покажут, что все хорошо. Но если выдали низкое значение, непонятно, почему это происходит: то ли из-за болезни, то ли из-за плохих условий, — предупреждает Василий.

Что еще влияет на точность?

  • холодные руки: через холодный палец проходит меньше крови, уровень сигнала резко падает и это может затруднять работу датчика.
  • измерение на весу, когда рука может дрожать из-за мышечной вибрации.
  • низкая или, наоборот, очень высокая частота пульса при нарушении ритма, когда колебания количества кислорода и, соответственно, количества поглощаемого красного света, очень быстро меняются.
  • попадание на датчик прямого света.

В профессиональных пульсоксиметрах влияние внешних искажений сведено к минимуму, но дешевые устройства могут воспринимать их хуже.

— По моему опыту, большая часть даже недорогих пульсоксиметров работает корректно: поднимаешь руку с прибором за 12 долларов, он выключается. Ты понимаешь, что в критической ситуации устройство не сможет замерить сатурацию — но и врать не будет. Тех пульсоксиметров, которые из ряда вон, единицы, но такие примеры надолго запоминаются. Как правило, они занижают сатурацию — вплоть до 10%. Естественно, это не исследование, которое достоверно определяет высокое качество, а персональные наблюдения, — подчеркивает доктор.

И дает совет: если и брать недорогие пульсоксиметры, то так, чтобы была возможность самому протестировать при покупке, либо вернуть при некорректной работе.

Как правильно пользоваться пульсоксиметром

Чтобы увидеть адекватные значения на мониторе, важно и самому не нарушать правила использования:

1. Проводите измерение, когда рука лежит неподвижно — на колене или на столе.

2. Если рука холодная, согрейте ее перед измерением.

3. Не прекращайте измерение слишком быстро. Недостаточно увидеть цифры на экране — нужно выждать минимум полминуты.

Фото: Anna Shvets, Pexels.com

— Также принципиально важно, чтобы условия измерения всегда были одинаковыми, — советует Василий. — Стандартные ситуации могут быть такими:

— Человек 10−15 минут находится в покое сидя или лежа на спине — и после этого совершает измерение;

— Человек 10−15 минут полежал на животе — и после совершает измерение: при COVID-19 такое положение зачастую приводит к улучшению сатурации.

— Человек выполнил несколько физических упражнений: прошелся, поприседал, ощутил, что дышать стало тяжелее — и после этого делает измерение.

Если измерения были выполнены в одинаковых условиях, тогда их имеет смысл сравнивать и делать выводы.

Кому нужен пульсоксиметр и как понимать результаты

Василий Белаш поясняет, что пульсоксиметр необходим далеко не всем пациентам с коронавирусной инфекцией. Его использование рекомендуется в первую очередь:

1. Тем, у кого появилась одышка, ощущение нехватки воздуха,

2. Тем, у кого высокие риски неблагоприятного течения болезни, например есть значимая сопутствующая патология: хронические заболевания сердца, легких, почек и т. д.

— Решение по госпитализации таких пациентов принимается с учетом множества факторов: есть ли клинические показания, согласен ли пациент ложиться в больницу и т. д. То, на что ориентируются врачи в Санкт-Петербурге: гипоксемия в покое, сатурация менее 95% — это показание к госпитализации. Но если при сатурации менее 95% человек остается дома и решает сам следить за своим состоянием с помощью пульсоксиметра, советы по лечению и действиям на основе этих «домашних» показателей ему сможет дать только лечащий врач. Универсальных рекомендаций тут нет, важно понимать состояние пациента.

Источник

Пульсоксиметр своими руками

Во время самоизоляции я попытался сделать пульсоксиметр из того, что уже есть у меня в закромах

Я бы хотел измерить уровень насыщения крови кислородом в процентах в моей крови при помощи самостоятельно изготовленного пульсоксиметра. Я не эксперт в медицине, поэтому данный проект не имеет диагностической ценности. Это просто образовательный проект, подходящий для изучения принципов работы прибора.

  • Arduino Uno.
  • Датчик KY-039 – его можно собрать из двух резисторов и фотодиода.
  • Красный светодиод.
  • Резистор на 330 Ом – 2 шт.
  • Дисплей LCD 16×2 I2C.

Я разбил инструкцию на 5 частей:

  1. Насыщение крови кислородом и COVID-19.
  2. Как работает измеритель пульса.
  3. Измерение пульса через обнаружение пиков сигнала с датчика.
  4. Изменение датчика пульса KY-039 для измерения насыщения крови кислородом.
  5. Как измеряется насыщение.

Подробности

1. Насыщение крови кислородом и COVID-19

В данном невероятном периоде нашей жизни мы многое узнали о вирусах, лёгких, хирургических масках и о том, как правильно мыть руки. Все читали о таких симптомах, как кашель, повышение температуры и затруднение дыхания. Мы также знаем, что один из способов измерить затруднения дыхания – это узнать количество кислорода в крови.

Это можно сделать косвенным методом при помощи такого медицинского устройства, как пульсоксиметр. Вы, наверное, уже видели его – это неинвазивное устройство, цепляющееся на палец, за работу которого отвечают мигающие огоньки.

Если у вас всё в порядке со здоровьем, насыщение кислородом вашей крови составляет 95% или выше. Когда оно опускается ниже 90%, вы кашляете и у вас повышается температура – это проблема.

Так давайте же попробуем собрать пульсоксиметр!

2. Как работает измеритель пульса

Перед измерением насыщения крови кислородом нам нужно понять, как работает датчик пульса. У меня есть датчик KY-0039 с инфракрасным светодиодом и фотодиодом (вероятно, OP550A или LTR-301).

Я нашёл его в наборе из нескольких датчиков:

Как видно по схеме, это просто инфракрасный светодиод, светящий на фотодиод. У него есть ещё два резистора, для защиты светодиода и получения слабого сигнала с датчика. Палец помещается между фотодиодом и светодиодом, как на фото:

Излучаемый инфракрасным светодиодом свет частично поглощается ногтем, кожей и остальными частями пальца. Но поглощение не остаётся неизменным, поскольку оно меняется вместе с потоком крови, идущей по венам. Когда сокращается сердце, оно проталкивает кровь по венам, в результате чего меняется поглощение света. С контакта S датчика KY-039 можно снимать данные о токе, генерируемом светом, поглощённым фотодиодом.

3. Измерение пульса через обнаружение пиков сигнала с датчика

Качественно считать значение изменяющегося сигнала – задача непростая. В данном случае сигнал слабый, а шума много, поэтому для того, чтобы найти какие-то осмысленные значения, нам придётся провести определённые вычисления.

Выражаю благодарность Йохану Ха за его пост с объяснениями того, как строить среднее значение для небольшой выборки данных, а также удалять шум настольной лампы (содержащийся в её свете). Однако я обнаружил, что мой датчик хорошо считывает сигнал, в условиях хорошей освещённости, а если накрыть его тёмной тряпочкой, то шума становится больше.

В своём коде Ха создаёт массив, где хранит значения, а потом уменьшает их, вычисляя среднее на основе X последних значений, прочитанных с датчика. Он также описывает способ найти тот момент, когда сигнал начинает расти (когда N подряд значений сигнала превышают опорное), чтобы искать пики.

При помощи программы SerialPlot мне удалось лучше подобрать необходимое количество измерений, которое позволит нам корректно определить N (константа rise_threshold в коде). На примере графика ниже – если задать это число больше 7, то некоторые удары пульса программа пропустит и не заметит:

Когда мы научились находить пики, мы можем их подсчитать – или подсчитать время между пиками, и так определить количество сердечных сокращений в минуту.

4. Взламываем датчик пульса KY-039 для измерения насыщения крови кислородом

Наша кровь поглощает свет по-разному в зависимости от длины его волны. Красный свет лучше поглощает кровь, содержащая больше кислорода, поэтому мы можем сравнить измерения и найти процентное содержание кислорода в крови. Это значение называется Sp02%.

Sp02% полностью называется «насыщение кислородом периферийных капилляров», и обозначает примерное содержание кислорода в крови. Точнее, это процентное соотношение насыщенного кислородом гемоглобина по сравнению с общим количеством гемоглобина в крови.

У нашего датчика KY-039 есть только один инфракрасный (950 нм) светодиод. Нам нужно добавить к схеме красный светодиод (600 нм), подсоединить его к контакту Arduino, а кроме того, нам надо отсоединить инфракрасный светодиод от Vcc и подключить его к ещё одному контакту Arduino. Я также использовал два резистора на 330 Ом для защиты светодиода.

Схема изменённого датчика:

Теперь мы можем включать инфракрасный светодиод, считывать показания с контакта S датчика KY-039, а потом выключать инфракрасный светодиод и включать красный светодиод, и снова считывать показания с контакта S.

Если мы построим два графика, мы увидим, что значения, полученные с ИД всегда меньше, чем значения красного светодиода.

5. Как измеряется насыщение

Насыщение измеряется как функция параметра R, который определяется через максимум и минимум двух сигналов:

Rnum = (REDmax — REDmin) / REDmin;
Rden = (IRmax — IRmin) / IRmin;

R = Rnum / Rden;
Уровень насыщения кислородом (SpO2%) – это функция от R (подробности я нашёл в данной работе одного студента из Миланского политехнического).

У каждого инструмента функция от R получается своей, и чтобы найти правильную функцию, соотносящую R и SpO2%, новый пульсоксиметр нужно откалибровать по показаниям другого пульсоксиметра.

Как указано в 3-м разделе, подсчитать количество пиков довольно легко. Но нам кроме этого нужно ещё найти максимумы и минимумы двух кривых (для красного светодиода и для инфракрасного светодиода).

Для этого нам нужно оценить «период» сердцебиений (длительность каждого из них) и поделить его на скорость считывания показаний (в моём коде это 40 мс – 20 для красного светодиода и 20 для инфракрасного светодиода). Период сердцебиения – это время между двумя пиками кривых сигнала.

Теперь мы можем проанализировать N последних запросов (N = период / 40) и найти REDmax, REDmin, IRmax и IRmin. Затем через max и min мы можем вычислить R. R, N и период вычисляются после каждого сокращения сердца.

Как откалибровать самодельный пульсоксиметр, чтобы перейти от R к SpO2%?

Функцию, связывающую R с SpO2%, можно аппроксимировать прямой (SpO2 = K * R + M). Нам понадобятся две точки, чтобы определить параметры K и M, определяющие уравнение прямой – то есть, две пары значений SpO2% и R. Единственный способ найти их – использовать другой пульсоксиметр и прочесть значения с него.

Во время калибровки необходимо быть внимательным – на наш самодельный пульсоксиметр влияет освещение, поэтому его уровень нужно поддерживать одинаковым во всех случаях. Я пробовал закрывать его тёмной тканью, однако при отсутствии света сигнал получается слишком слабым и его сложно отличить от шума.

Рекомендую делать много измерений. Для получения двух разных точек на графике рекомендую понижать значения SpO2%, задерживая дыхание или выдыхая и вдыхая их пластикового пакета.

Найдя две хороших точки, вам останется решить уравнение 2-го порядка. Так можно будет найти параметры K и M.

Я в итоге решил добавить ещё и дисплей, чтобы сразу видеть все показания, а также добавил в код массив измерений. Я вывожу на дисплей измерения, только когда нахожу не менее 5 значений подряд, не сильно отличающихся друг от друга. Таким образом я избавляюсь от шума, вызванного недостаточно качественными компонентами или освещением. Однако всё равно измерения R получаются не очень стабильными, и коэффициент насыщения сильно скачет. Думаю, результаты были бы лучше, если бы я смог усилить сигнал.

Чтобы не зависеть от окружающего освещения, я добавил в схему ещё один, белый светодиод, и стал считывать показания, закрывая всё тёмной тканью. Так получается гораздо лучше, чем просто прикрывать всё тканью – идёт сильный сигнал, не зависящий от освещения в помещении.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector