Изменения интенсивности света, наблюдаемые при фотоплетизмографии, могут быть связаны с разными факторами – в зависимости от схемы наблюдения и от выбранной длины волны света. Поэтому и требуется не просто фотометрия, а именно спектрофотометрия. В классической фотоплетизмографии частей тела человека используют ближнее инфракрасное (БИК) излучение, которое меньше всего поглощается биологическими тканями и кровью. Поэтому интенсивность такого света после прохождения сквозь ткань зависит, в основном, от его рассеяния тканью, которое изменяется при пульсовых изменениях объема.
Соответственно были разработаны одноволновые фотоплетизмографы, использующие свет одной длины волны – между 600 и 700 нм. Поглощение такого света оксигемоглобином, который в основном и приносится с притоком артериальной крови в фазе систолы, и другими компонентами крови является незначительным. Поэтому при пульсациях крови интенсивность такого света связана в основном с его рассеянием. Схема измерений обычно такова, что излучающий светодиод и фотоприемник размещаются с противоположных сторон пальца или мочки уха человека.
Типичный вид зависимости сигнала от времени на выходе фотоприемника показан на рис. 18.2. Слева (рис. 18.2,а) показан полный сигнал, в котором можно выделить постоянную (ІП) и переменную (Іпер) составляющие. Справа (рис. 18.2,б) изображена выделенная и усиленная переменная составляющая сигнала. Именно ее называют фотоплетизмограммой.
.files/image1624.gif)
Рис. 18.2. Типичный вид зависимости сигнала от времени на выходе фотоприемника: а) полный сигнал; б) его увеличенная в масштабе переменная составляющая
На фотоплетизмограмме можно выделить "волны" 1-го, 2-го и 3-го порядка. Волны 1-го порядка (І) синхронизированы с сокращениями сердца. Именно их и называют "пульсовыми волнами". Волны 2-го порядка (ІІ) синхронизированы с ритмом дыхания человека, их называют "дыхательными волнами". Причина их появления состоит в том, что сердце находится внутри грудной клетки, где давление меняется в процессе дыхания (снижается относительно атмосферного при вдохе и повышается при выдохе). Из-за этого в такт с дыханием соответственно меняются артериальное давление, а поэтому и изменения объема.
Волны 3-го порядка (III) связывают с периодической активностью центров нейрогуморального регулирования тонуса кровеносных сосудов.
Обработка пульсовых волн в микрокомпьютере, который входит в состав фотоплетизмографа, позволяет подсчитывать и выводить на дисплей частоту сердечных сокращений (в ударах за минуту), обнаруживать нарушения сердечного ритма, сигнализировать об опасных нарушениях и "выпадениях пульса", вычислять среднюю амплитуду пульсаций и сигнализировать, когда она выходит за критические пределы. И это еще не все.
На рис. 18.3рис. 18.3 более детально показана структура пульсовой волны.
.files/image1626.jpg)
Рис. 18.3. Структура пульсовой волны: А1 – амплитуда анакротической части пульсовой волны; А2 – амплитуда дикротической части волны. Справа – нормативные точки для количественного оценивания пульсовой волны
Она состоит из двух основных частей (рис. 18.3, слева). Первая (А1) соответствует так называемому "анакротическому периоду" – фазе наибольшего сокращения сердечных мышц, а вторая (А2) – "дикротическому периоду". Амплитуда анакротической составляющей (А1) отражает величину ударного объема крови, который выталкивается из сердца. Дикротическая составляющая связана с тем, что при выбросе крови сердцем под действием повышенного давления аорта и крупные магистральные артерии упруго растягиваются, а когда систолическое давление идет на убыль, то возвращаются в исходное состояние, выбрасывая при этом накопленный объем крови. Чем больше этот объем, тем выше амплитуда А2. Поэтому эта амплитуда позволяет судить об упругости аорты и магистральных артерий.
На рис. 18.3 справа показаны нормативные точки, предназначенные для количественного оценивания пульсовой волны. По координатам этих точек (.files/image1374.gif)
– время, .files/image670.gif)
– вертикальное отклонение) микрокомпьютер рассчитывает ряд важных количественных показателей: период сокращения сердца, амплитуды и продолжительность анакротической и дикротической составляющих и другие важные показатели, которые позволяют лучше оценить состояние и работу сердечно-сосудистой системы пациента.
Выделяя и оценивая дыхательные волны, микрокомпьютер может также контролировать наличие, глубину и "стиль" дыхания человека и подавать сигналы опасности в случаях продолжительной остановки или опасных нарушений дыхания.
Все эти возможности интеллектуальных фотоплетизмографов сделали их желательным инструментом анестезиологов во время сложных операций, а также дежурного медицинского персонала в реанимационных отделениях. В обоих случаях очень важно непрерывно следить за состоянием тяжело больных людей и своевременно реагировать на выявленные нарушения сердечной деятельности или дыхания. Отвлечение внимания и потеря бдительности могут стоить человеку жизни. А фотоплетизмограф оказался наиболее старательной "сиделкой", бдительным "сторожем".
Как видно на данном примере, медиков интересует часто не столько сам первичный, сырой сигнал фотоплетизмографии, сколько результаты анализа этого сигнала и вытекающие из него жизненно важные выводы для практической деятельности. Такую, не просто наблюдательную, измерительную, а уже и диагностическую работу как раз и способны выполнять интеллектуальные сенсоры. Подобная ситуация возникает во многих областях их применения.
