Download
1 / 33
430 likes | 911 Views
بیو سنسورهای نوری در دستگاه پالس اکس ی متر. مقدمه در بدن انسان به طور مداوم فعاليت هاي متابوليك براي ادامه حيات صورت مي گيرد. فعاليت متابوليك با مصرف اكسيژن و توليد دي اكسيد كربن و انرژي همراه است. بدون وجود اكسيژن توليد انرژي ناچيز است ( متابوليسم بي هوازي )
E N D
بیو سنسورهای نوری دردستگاه پالس اکسی متر
مقدمه • در بدن انسان به طور مداوم فعاليت هاي متابوليك براي ادامه حيات صورت مي گيرد. فعاليت متابوليك با مصرف اكسيژن و توليد دي اكسيد كربن و انرژي همراه است. بدون وجود اكسيژن توليد انرژي ناچيز است(متابوليسم بي هوازي) • در نتيجه اطلاع از ميزان اكسيژن خون يكي ازپارامترهاي حياتي در تشخيص و درمان بسياري از بيماري‌ها وآسيب‌هاي بافتي است.
مکانیسم:خون غني شده ازاكسيژن ازطريق سرخرگ‌هاي ششي وارد قلب مي‌شودوقلب به عنوان يك پمپ،آن را به سمت بافتها مي‌راند. پرفيوژن بافتها و برداشت اكسيژن توسط سلول‌ها سبب مي‌شودكه ميزان اكسيژن خون كاهش يافته و مجدداً جهت اكسيژن دارشدنازطريق سياهرگ‌ها به قلب وسپس به ريه‌ها هدايت مي‌شود.
دو كميت اساسي که درانتقال اکسیژن نقش مهمي دارند عبارتند از:
کمیت اول فشار جزئي گاز در يك مخلوط عبارت است از: • فشارمتوسط مخلوط × نسبت مولي آن گاز. به عنوان مثال فشار جزئي اكسيژن PO2، در هواي عاري از بخار آب در سطح دريا برابر است با : mmHg 160 =21%×760
كميت دوم درصداشباع اكسيژن خون استكه عبارت است از: • نسبت اكسيژن موجود در حجم معيني از خون به حداكثر مقدار اكسيژني كه مي‌تواند وارد آن حجم از خون شود. اين كميت باSO2 نمايش داده مي‌شود
در حالت نرمال مقادير PO2وSO2 مطابق جدول زیر است:
به صورت محلول در پلاسما2% از طريق پيوند شيميايي با هموگلوبين و تشكيل اكسي هموگلوبين 98% اكسيژن به دو طريق در خون منتقل مي‌شود:
بررسي روش‌هاي كلي اندازهگيري ميزان اكسيژن اندازهگيري PO2 • جهت اندازهگيري PO2از دستگاه آناليزور گازهاي خوني استفاده مي‌شود.دراين دستگاه ازيك سنسورالكترو شيميايي جهت اندازهگيري PO2 استفاده مي‌شود
اندازهگيري SaO2 رايج ترين شيوه اندازهگيري درصد اشباع اكسيژن خون تكنيك نوري است،كه ازخواصنوريخون جهتمحاسبه SaO2استفاده مي‌كنند. زماني كه خون اكسيژن دار مي‌شود، به رنگ قرمز در آمده و زماني كه اكسيژن آن مصرف مي‌شود، به رنگ آبي تيره در مي‌آيد. اين ويژگي نشانگر تغيير ميزان جذب نور در اثر تغيير ميزان اكسيژن است
روشهای غیر تهاجمیinvivo سيستم پالس اكسي متر به صورت online و غير تهاجمي تخمين مناسبي از درصد اشباع اكسيژن خون SpO2 را محاسبه مي‌كنداز همين رواين سيستم كاربردكلينيكيوسيعي در مانيتورينگ ميزان اكسيژن خون بيمار پيدا كرده است.
روش تهاجمی (آزمايشگاهي Invitro) • دراين روش نمونه خون بيماردرمعرض مستقيم تابش نورقرار داده مي شود و با آناليز شدت نور عبوري مي توان SaO2 را محاسبه كرد.مزيت اين روش دقت بالا وعيب آن Offline بودن و تهاجمي بودن آن است.
روش تهاجمي (كاتتر) • در اين روش يك فيبر نوري در كاتتر مناسب قرارمي‌گيردوبه داخل شريان فرستاده مي‌شودوازاين طريق نوربه طورمستقيم به خون تابيده مي‌شود.پرتو نور پس از عبور از فاصله معين، مجدداًازطريق فيبرنوريدريافت شده وبه خارج ازبدن منتقل مي‌شود. پس ازاندازه‌گيري شدت نور منتقل شده ميزان SaO2 محاسبه مي‌شود
اصول كلي پالس اكسي متري پرتو نور به بخش كم ضخامتي از بدن مانند نوك انگشت، لاله گوش، زبان، و. . . تابيده شود، بخشي از نور از بافت عبور كرده و بخشي از آن منعكس مي‌شود. از اين ديد سيستمهاي پالس اكسي‌متر به دو گروه كلي زير تقسيم مي‌شوند:
پالس اكسي‌مترانعكاسي • دراين پالس اكسي‌متر دتكتور در سمت منبع قرارمي‌گيرد و از پرتو منعكس شده جهت محاسبه اشباع اكسيژن خون استفاده مي‌شود
پالس اكسي‌متر انتقالي • در اين پالس اكسي‌متر دتكتور درسمت مخالف منبع قرار مي‌گيرد و از پرتو منتقل شده جهت محاسبه اشباع اكسيژن خون استفاده مي‌شود.
اين سيگنال داراي يك مقدار DCثابت است كه ناشي از جذب پوست، بافت، خون مويرگي وخون سياهرگي است. قسمت ACاين سيگنال به دليل تغييرات حجم خون درشريانچه‌ها در هنگام سيستول و دياستول ) به ترتیب مسیر نور طولانی – کوتاه) میشود. از اين رو شكل موج را PPG(Photo plethysmograph) مي‌نامند
با توجه به اين كه قسمت ac شكل موجPPG ناشي ازتغييرات حجم خون سرخرگي است می‌توان ازآن، جهت تخمين ميزان SaO2 استفاده كرد.با توجه به اينكه جهت اين تخمين ازخاصيت پالسي بودن خوناستفاده مي‌شود به آن SpO2 گفته مي‌شود.
ضريب جذب در بعضي نقاط Hb,HbO2 يكسان است، كه به اين نقاط، نقاط Isobestic مي‌گويند. اين بدان معنا است كه تغيير اكسيژن خون تغييري در مقدار عبور اين نورها نمي دهد
پروب پالس اکسي متر شامل دو بخش است :-دو LED با توان پائين نور مادون قرمز Infra Red با طول موج 940 نانومتر و نور قرمزRed با طول موج 660 نانومتر - يک آشکارساز نوري Photodetector).(
هموگلوبين اكسيژن‌دار يا اكسي هموگلوبين (Hbo2) بيشتر نور مادون قرمز را جذب كرده و نور قرمز را از خود عبور مي‌دهد و هموگلوبين بدون اكسيژن (Hb) بيشتر نور قرمز را جذب كرده و نور مادون قرمز را از خود عبور مي‌دهد. با مقايسه مقدار نور قرمز و مادون قرمز جذب شده، مقدار اشباع اكسيژن خون محاسبه مي‌شود
مقدار نور دريافت شده توسط آشكارساز نوري، مقدار اكسيژن متصل شده به هموگلوبين موجود در خون را مشخص مي‌كند.
مزايا پالس اكسي متري بزرگترين مزيت پالس اكسي متري، غيرتهاجمي بودنآن است.بااين روش اندازهگيري دائميSpO2به سادگي وبدون نياز به شرايطويژهكلينيكيامكان‌پذيراست.سيستم نيازبه كاليبراسيون روزانه نداردوامكان تحقق دراندازه‌هاي كوچك و قيمت مناسب را نيز دارد.
معایب پالس اكسي متري 1-خطاي زيادآن درمقادير پايين SpO2 استبه طوري كه سيستمهاي رايج براي محدوده SpO2 بالاي %60توصيه مي‌شوند 2-ازديگرنقاط ضعف پالس اكسي متري در مواردlow perfusion است که باعث کاهش اکسیژن رسانی (در جراحی قلب باز) میشود 3-از جمله معايب ديگر اين روش حساسيت آن به لرزشهاوحركات بيماراست. هر گونه حركتي كه در حين اندازهگيري در اندام مورد آزمايش به وجود آيد، موجب ايجاد اغتشاش شديد در سيگنال PPG شده و محاسبه SpO2 را مخدوش مي‌كند
دراينسنسوربااستفادهازتكنولوژي نيمه هادي‌هاامكان اندازهگيري همزمان فشار خون- جريان خون درصد اشباع اكسيژن سرخرگي ودمابه صورت يك سنسور مجتمع و با ابعاد ميكرومتر به وجود آمده است از اين سنسور به صورت تهاجمي در كاتتر‌ها استفاده مي‌شود. به همين دليل مشكلاتي از قبيل ايجاد لخته، مسدود شدن مسيرخون و كشش ديواره رگ‌ها به وجود خواهد آمد. براي جلوگيري از وقوع اين مشكلات در كاربرد كلينيكي براي كنترل ورود كاتتر به بدن بايد به طور همزمان از فلوروسكوپي استفاده شود . ميكروسنسور سيليكوني جهت استفاده در كاتتر
-1سنسور فشاراين سنسور از يك Piezo-resistor از جنس پلي سيليكون تشكيل شده كه درون يك غشاء پلي سيليكوني به ضخامت4 ميكرومتر قرارگرفته است.تست سنسور فشاردرآب را به همراه محدوده اندازه گيري بين Mr/kpa 5- 1حساسيت تا 250 كيلوپاسكال را فراهم كرده است كه براي اندازه گيري فشار خون كه حدود 40كيلو پاسكال است مناسب است اين سنسور از سه بخش اصلي تشكيل شده است:
2- سنسور جريان و دمااين سنسور براي اندازه گيري از اصل Thermo transfer جريان استفاده مي‌كند . يك گرم كننده پلي سيليكوني در وسط و دو ترموپيل آلومينيومي-پلي سيليكوني دراطراف اختلاف دماي بالاوپايين گرم كننده كه ناشي ازجريان است را اندازهگيري مي‌كند.ازهمين سنسورجهت اندازهگيري دما نيزاستفاده مي‌شود. 3- سنسور اشباع اكسيژناين سنسور از دو رديف فتوديود به صورت رديفي تشكيل شده است.
Ring Sensor سنسور حلقوي جهت حذف Motion Artifact، كاهش تداخل نورهاي محيطي و امكان مانيتورينگ wireless طراحي شده است. از طرفي وزنكم اين سنسور باعث مي‌شودكه بيماراحساس راحتيبيشتري داشته باشد. اجزاي مختلف اين سنسور:
Base unit جهت فيكس كردن لايه سنسور و جلوگيري از حركت آن استفاده مي‌شود. Cover كه از سنسور در مقابل اجزاي خارجي محافظت مي‌كند.Pressure Band يك لايه از جنس لاستيك است، كه از اعمال فشار مستقيم به سنسور جلوگيري مي‌كند. Sensor band اين لايه متشكل از دو LED قرمز و مادون قرمز و دو فتودتكتور استيكي از آنها ثبت سيگنال اصلي PPG، و ديگري ثبت سيگنال مرجع مورد استفاده در فيلترهاي تطبيقي، را بر عهده دارند.
مشكلاتي نظيرحركت بيمار،خون‌رساني ضعيف به بافت،ازدياد نور محيطي وتداخلات تجهيزات الكتريكي سببكاهش رضايت از عملكرد سيستمهاي متداول پالس‌اكسيمتري وضعف دردقت آنها شده است. اما اكنون مي‌توان سيستم جديد Masimo را در سخت‌ترين شرايط باليني به كار گرفت.
تهیه و تنظیم: محسن ابراهیمی • دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی بیومتریال • استاد مربوطه جناب آقای دکترربیعی • بهار 1389 • دانشگاه صنعتی امیر کبیر-تهران
