ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΣΘΕΝΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΖΩΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΣΘΕΝΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ ΛΟΥΚΑ (ΑΜ: 6432) Επιβλέπων: Κ. Ευσταθίου Αρ. Διπλ. Εργ.:. ΠΑΤΡΑ

2 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΖΩΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Α- ΣΘΕΝΩΝ» Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Λουκά Κωνσταντίνου του Χρίστου (ΑΜ: 6432) Παρουσιάσθηκε δημόσια στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις. Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Καθηγητής Ευθύμιος Χούσος 3

4 4

5 Αρ. Διπλ. Εργ.:. Θέμα: «ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΖΩΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΣΘΕΝΩΝ» Φοιτητής: ΛΟΥΚΑ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ (Α.Μ: 6432) Επιβλέπων: Κ. ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ Περίληψη Στην διπλωματική εργασία αυτή παρουσιάζεται ένα μικρό σύστημα εντατικής παρακολούθησης. Παρουσιάζεται πλήρως η κατασκευή ενός οξύμετρου παλμού από πλευράς hardware και software αφού αυτό είναι συνδεδεμένο σε έναν κεντρικό υπολογιστή. Στο τέλος πήραμε μερικά δείγματα από άτομα εθελοντές για να δείξουμε πως λειτουργεί αυτό που έχει κατασκευαστεί. Επίσης παρουσιάζεται μια καινοτόμος ιδέα για την αντιμετώπιση του προβλήματος της υπνικής άπνοιας, που αφορά όχι τόσο πολύ στο θέμα πρόληψη, αλλά στην αντιμετώπιση δύσκολων, ακραίων καταστάσεων. Πάτρα 2011, Λουκά Κωνσταντίνος Abstract The current thesis presents a patient s monitoring system for emergency rooms. It fully presents the construction of a pulse oximeter, including software and hardware development, which is connected to a server computer. Finally, some samples were taken from various volunteers to show how the pulse oximeter works. Also, the thesis presents an innovative idea for the problem of sleep apnea, for dealing critical situations. Patras 2011, Louca Constantinos 5

6 6

7 Την διπλωματική εργασία αυτή την αφιερώνω στην οικογένεια μου που με στηρίζει τόσα χρόνια, στους φίλους μου που είναι πάντα δίπλα μου αλλά και στους δασκάλους μου κ. Γιάννη Κωνσταντινίδη και κ. Κώστα Ευσταθίου που χωρίς αυτούς θα ήταν πολύ δύσκολη η εκπόνηση της εργασίας αυτής 7

8 8

9 Περιεχόμενα 1 Κεφάλαιο 1 ο : εισαγωγικές έννοιες Γενική εισαγωγή Αποσαφήνιση εννοιών Οξυγόνο Μεταφορά οξυγόνου 16 2 Κεφάλαιο 2 ο : Η μέθοδος της παλμικής οξυμετρίας Ιστορική αναδρομή : Μη Επεμβατική Μέθοδος Ό νόμος του Beer Lambert Εφαρμογή του Νόμου του Beer Lambert στο οξύμετρο Εγκυρότητα του νόμου του Beer στο οξύμετρο Βαθμονόμηση συσκευών, οι μέθοδοι βαθμονόμησης Εκτίμηση του κορεσμού οξυγόνου με βάση του νόμου του Beer Μέθοδος προσδιορισμού του κορεσμού οξυγόνου Απαλοιφή του εισερχόμενου φωτός ως μεταβλητή Απαλοιφή του πάχους της οπτικής διαδρομής ως μεταβλητή Η μέθοδος κορυφής και κατώτερης τιμής Λόγος των Λόγων Περιορισμοί της παλμικής οξυμετρίας Δυσαιμογλοβιναιμία Ανεπαρκής λειτουργία λόγω ανεπαρκούς διάχυσης αίματος Δυσκολία στην ανίχνευση υψηλών μερικών πιέσεων οξυγόνου Καθυστερημένη ανίχνευση υποξικών συμβάντων Λανθασμένη απόδοση με μη κανονικούς ρυθμούς Βερνίκι νυχιών και καλύμματα Ηλεκτρικές παρεμβολές Επιδράσεις κίνησης Υπεραιμία 41 9

10 Αδυναμία στον εντοπισμό απουσίας κυκλοφορίας του αίματος Ασυμφωνίες στις ενδείξεις μεταξύ διαφορετικών monitor Αποτυχία στην ανίχνευση υποαερισμού Άλλοι παράγοντες Περιπτώσεις που συνίσταται η χρήση της παλμικής οξυμετρίας Γενική επισκόπηση της μεθόδου 43 3 Κεφάλαιο 3 ο Σχεδιασμός Παλμικού Οξύμετρου Μπλόκ διάγραμμα Το Probe Δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) Οδηγοί κόκκινου και υπέρυθρου Led ( NIR and Red Led Drivers ) Φωτοανιχνευτές (φωτοδιόδοι, φωτοτρανζίστορ) Mετατροπέας ρεύματος σε τάση ( current to voltage converter ) Κύκλωμα χρονισμού και εξαγωγή παλμού στα LED (timing circuit ) Κύκλωμα δειγματοληψίας και συγκράτησης ( Sample And Hold Circuit ) Κύκλωμα αυτόματου ελέγχου κέρδους Φίλτρα 58 4 Κεφάλαιο 4 ο : κατασκευή του Παλμικού οξύμετρου Γενική επισκόπηση της μεθόδου Αυτοσχέδιο probe και η κατασκευή του Τα Led που χρησιμοποιήθηκαν Κύκλωμα οδήγησης των LED Η φωτοδίοδος opt Χρονισμοί Η κάρτα 1713U της Advantech Φίλτρα Το θερμόμετρο 74 10

11 5 Κεφάλαιο 5 ο : Αποτελέσματα εισηγήσεις συμπεράσματα Αποτελέσματα Εισηγήσεις Το ασύρματο οξύμετρο Αποστολή δεδομένων στον Server του νοσοκομείου Οξύμετρο σε ένα τσιπ Υπνική άπνοια και αντιμετώπιση Συμπεράσματα 86 11

12 12

13 1 Κεφάλαιο 1 ο : εισαγωγικές έννοιες. 1.1 Γενική εισαγωγή Η ανάπτυξη της τεχνολογίας από την λήξη του 2 ου παγκόσμιου πολέμου και έπειτα έχει εκθετική μορφή. Η τεχνολογία, δηλαδή τα ηλεκτρονικά και η πληροφορική είναι πλέον απαραίτητα για τον άνθρωπο. Οι τεχνολογικές εφευρέσεις αυτές οφείλονται στην ανάγκη του ανθρώπου να κάνει ορισμένα πράγματα ευκολότερα είτε για καλό είτε για κακό σκοπό. Θα ήταν παράληψη να μην αναφέρουμε ότι πολύ μεγάλες τεχνολογικές εφευρέσεις έγιναν σε καιρό πολέμου, έτσι οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η τεχνολογία αναπτύσσεται από την ανάγκη του ανθρώπου να επιβληθεί ο ένας στον άλλο, είτε για να βοηθήσει στην θεραπεία και την πρόληψη. Με λίγα λόγια τρεις είναι οι τομείς που ωθούν την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η υγεία και η πρόληψη, οι πόλεμοι και η διασκέδαση(ηλεκτρονικά παιχνίδια). Σε αυτή την διπλωματική θα ασχοληθούμε με το πιο ενδιαφέρον αλλά και το πιο ηθικά, κατά τη γνώμη μου, σωστό θέμα που είναι αυτό της υγείας και της πρόληψης. Αν και στην εποχή που ζούμε οι εταιρείες αλλά και η παγκόσμια έρευνα επενδύει περισσότερα στο να βρει τρόπους να σκοτώνει πιο εύκολα ο ένας άνθρωπος τον άλλον παρά να τον γιατρεύει, ε- ντούτοις εγώ προτιμώ να ασχοληθώ με τον τομέα της υγείας γιατί η ανθρώπινη αξιοπρέπεια δεν εξαγοράζεται με κανένα νόμισμα. Το σύστημα υγείας όπως έχει αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια στον δυτικό κόσμο έχει πολλά να προσφέρει αλλά και πολλά περιθώρια βελτίωσης. Ένα σημείο που χρειάζεται βελτίωση είναι ο αριθμός μονάδων εντατικής παρακολούθησης ασθενών. Κάθε νοσοκομείο ή κλινική προσφέρει περιορισμένο αριθμό τέτοιων κλινών αφού το τεράστιο κόστος, είναι η αιτία για το ότι όλοι οι ασθενείς δεν μπορούν να τυγχάνουν τέτοιας παρακολούθησης όπως οι ασθενείς της εντατικής μονάδας παρακολούθησης. Εδώ τίθενται ορισμένα ερωτήματα και αποφάσεις που πρέπει να πάρει ο εκάστοτε ιατρός για συγκεκριμένο ασθενή. Με ποια κριτήρια ένας ασθενής εισάγεται στην μονάδα εντατικής παρακολούθησης ενώ κάποιος άλλος όχι; Είναι πιθανόν ένα «εύκολο περιστατικό» με ορισμένες επιπλοκές που θα τύχουν, να κοστίσει την ζωή σε κάποιον άνθρωπο, ενώ αυτό μπορούσε να αποφευχθεί με τη χρήση της τεχνολογίας της παρακολούθησης των ασθενών (monitoring), όπως γίνεται και σε ένα δωμάτιο εντατικής παρακολούθησης; Είναι επαρκής η παρακολούθηση των ασθενών από το προσωπικό που εφημερεύει, ειδικά το βράδυ μετά από μια κουραστική μέρα; Είναι τελικά τόσο απαγορευτικό το κόστος που μπορεί να συγκριθεί με μια ανθρώπινη ζωή; Τα πιο πάνω ερωτήματα- προβληματισμοί δεν μπορούν να απαντηθούν μονοσήμαντα αλλά ούτε και να λυθούν σε μερικές σελίδες διπλωματικής. Στην διπλωματική αυτή θα παρου- 13

14 σιάσουμε ένα σύστημα παρακολούθησης του επίπεδου οξυγόνου στο αίμα των ασθενών. Το σύστημα αυτό το οποίο θα είναι συνδεδεμένο με έναν κεντρικό υπολογιστή θα μπορεί να παρακολουθεί ταυτόχρονα οκτώ ασθενείς και θα παρουσιάζει τα γραφήματα της οξυμετρίας αλλά και τους σφυγμούς της καρδίας ανά λεπτό το οποίο θα έχει σχετικά μικρό κόστος. Επιπλέον αυτό το σύστημα θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον γιατρό ως καρδιογράφος εάν παραστεί ανάγκη για κάποιον ασθενή. Από την στιγμή που τα δεδομένα θα βρίσκονται στον υ- πολογιστή μπορούν να επεξεργαστούν όπως θέλουμε αλλά και να μεταφερθούν μέσω δικτύου. Για την παρακολούθηση του επίπεδου του οξυγόνου στο αίμα κατασκευάστηκε ένα οξύμετρο παλμού. Το οξύμετρο παλμού είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιεί φως από LED συγκεκριμένου μήκους κύματος και φωτοανιχνευτές και έπειτα από κάποια επεξεργασία μας, υπολογίζει το επίπεδο του οξυγόνου στο αίμα αλλά και τους παλμούς της καρδίας ανά λεπτό. Η πιο πάνω μέθοδος ονομάζεται παλμική οξυμετρία και είναι μια μη επεμβατική μέθοδος για τον υπολογισμό του οξυγόνου στο αίμα. Η παλμική οξυμετρία αποτελεί πλέον ένα διαδεδομένο τρόπο παρακολούθησης των ασθενών στην εντατική φροντίδα καθώς και στα τμήματα γενικής φροντίδας. Από πολλούς συγγραφείς έχει αναφερθεί ως το πέμπτο ζωτικό σημείο και αναμφισβήτητα αποτελεί ένα μέσο έγκαιρης ανίχνευσης επεισοδίων υποξίας και παρεμβάσεων σ αυτή. Βασικά αυτό που υπολογίζεται η μέθοδος αυτή είναι τον κορεσμό της αιμοσφαιρίνης σε οξυγόνο στο αρτηριακό αίμα με εκατοστιαία αναλογία. Βασίζεται στη μέτρηση του ποσοστού του φωτός που διαβιβάζεται από τις οξυγονωμένες μορφές αιμοσφαιρίνης. Η θεμελιώδης φυσική ιδιότητα που επιτρέπει στο οξύμετρο να μετρήσει τον κορεσμό οξυγόνου της αιμογλοβίνης είναι ότι το αίμα αλλάζει χρώμα καθώς η αιμογλοβίνη απορροφά διαφορετικές ποσότητες φωτός που εξαρτώνται από τον κορεσμό της με οξυγόνο. Η οξυαιμογλοβίνη δεν απορροφά πολύ το ερυθρό φως, αλλά καθώς ο κορεσμός σε οξυγόνο της αιμογλοβίνης πέφτει, ολοένα και περισσότερο κόκκινο φως απορροφάται και το αίμα γίνεται πιο σκούρο. Στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή του φωτός παρόλα αυτά, η οξυαιμογλοβίνη απορροφά περισσότερο φως από τη μειωμένη αιμογλοβίνη. Από τα πιο πάνω μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η οξυμετρία βασίζεται σε δυο αρχές. 1. Η απορρόφηση φωτός της οξυγονωμένης αιμογλοβίνης είναι διαφορετική από της μειωμένης αιμογλοβίνης, στα δύο μήκη κύματος της συσκευής, που είναι το ερυθρό και το εγγύς υπέρυθρο, και 14

15 2. Η απορρόφηση και των δύο μηκών κύματος έχει ένα μεταβαλλόμενο μέρος, που οφείλεται στις διακυμάνσεις στον όγκο του αρτηριακού αίματος ανάμεσα στην πηγή και στον ανιχνευτή. Στις δυο πιο πάνω βασικές αρχές στηρίχτηκαν οι μηχανικοί στο να κατασκευάσουν σήμερα αυτό που εμείς ονομάζουμε οξύμετρο παλμού. Δεν είναι βέβαια όσο εύκολο φαντάζει αλλά μέσα από την πάροδο του χρόνου σχεδιάστηκε ξανά και ξανά μέχρι να έχουμε τα σημερινά αποτελέσματα. 1.2 Αποσαφήνιση εννοιών Οξυγόνο Όπως αναφέρεται και πιο πάνω η παρακολούθηση του οξυγόνου στο αίμα είναι μια σύνθετη λειτουργία. Το πιο σημαντικό είναι η κατανόηση της διαδικασίας τόσο από φυσική σημασία όσο και από πλευράς ηλεκτρονικών και εφαρμογής όλων αυτών στην πράξη. Είναι γεγονός ότι η μετάβαση από τη θεωρία στην πράξη είναι δύσκολο θέμα, αλλά εκεί έγκειται στο πόσο επιτυχημένος μπορεί να είναι ένας μηχανικός. Έτσι ακολουθώντας μια διαδρομή η ο- ποία θα δώσει γερές βάσεις στον αναγνώστη, θα κατανοήσει στο τέλος και θα αισθανθεί τόσο την φυσική, όσο και πρακτική σημασία του όλου θέματος. Ξεκινώντας από το πιο βασικό συστατικό που θέλουμε να παρακολουθήσουμε που είναι το οξυγόνο θα ήταν παράλειψη να μην ξεκινήσουμε εξηγώντας τι είναι τελικά αυτή η τόσο σημαντική ουσία που μελετούμε. Το οξυγόνο είναι το χημικό στοιχείο με σύμβολο Ο και α- ριθμό 8. Σε στοιχειακή μορφή παρουσιάζει δυο αλλοτροπικές μορφές, το διοξυγόνο (O 2 ) και το τριοξυγόνο ή όζον (O 3 ). Και οι δυο μορφές είναι αέριες. Πιο κάτω φαίνεται μια «εικόνα» του οξυγόνου. Πρόκειται για ένα άχρωμο άοσμο αέριο που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα μαζί με άλλα αέρια. Είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη θερμική και κυτταρική ενέργεια Το γεγονός αυτό το καθιστά μεγίστης σημασίας θέμα, για να ασχοληθούν οι ειδικοί που ειδικεύονται σε θέματα υγείας. Το οξυγόνο καταλαμβάνει το 21% (20.9% ακριβέστερα)της ατμόσφαιρας. Αν η ατμόσφαιρα είχε καθαρό οξυγόνο, η αρτηριακή πίεση οξυγόνου θα ήταν περίπου ίση με 760 mm Hg. Το γεγονός όμως ότι αποτελεί μόνο το 21% περίπου, μας καθιστά υπεύθυνους να βρούμε το 21% του 760 mm Hg για να προσδιορίσουμε πόσο οξυγόνο πρέπει να ρέει στο αίμα μας. Το ( Torr) είναι το ποσοστό που μπορεί να έχει ένας υγιής άνθρωπος μετά τις προσαρμογές στο κενό χώρο ροής αέρα, λαμβάνοντας υπόψη την υψομετρική διαφορά θερ- 15

16 μοκρασίας του ασθενούς και την εξάτμιση του νερού. Το ποσοστό αυτό αυξάνεται, αν ο α- σθενής αναπνέει σημαντικό οξυγόνο ή αν βρίσκεται υπό αυξημένη βαρομετρική πίεση. Εικόνα : Οξυγόνο σε στοιχειώδη μορφή και ως αέριο Στην πιο πάνω εικόνα βλέπουμε δυο μορφές του οξυγόνου η αριστερά που ονομάζεται στοιχειώδης μορφή και δεξιά σε αέρια μορφή το διοξυγόνο. Στην περίπτωση που έχουμε τρια μόρια οξυγόνου αυτό ονομάζεται όζον. Κάθε ζωντανός οργανισμός χρειάζεται οξυγόνο για να επιβιώσει. Πως μεταφέρεται όμως στο οργανισμό ; Αυτό είναι το κύριο ερώτημα που θα αναλυθεί παρακάτω αφού έχει άμεση σχέση με αυτό που κατασκευάζουμε, δηλαδή ένα οξύμετρο παλμού. Πιο κάτω θα αναλύσουμε πως γίνεται η μεταφορά αυτή Μεταφορά οξυγόνου Η αιμογλοβίνη, ένα πρωτεϊνικό μόριο, είναι υπεύθυνη για να μεταφέρει το οξυγόνο από τους πνεύμονες στο υπόλοιπο σώμα, να το απελευθερώνει, να συλλέγει το διοξείδιο του άνθρακα, να το φέρνει πίσω και να συνεχίζει τον κύκλο αυτό. Αποτελείται από άτομα, εκ των οποίων τα τέσσερα είναι άτομα Σιδήρου. Αυτά έλκουν και συγκρατούν τα μόρια του οξυγόνου. Διακόσια πενήντα εκατομμύρια αιμογλοβίνης βρίσκονται σε κάθε ερυθροκύτταρο (κάθε κυβικό εκατοστό αίματος περιέχει περίπου πέντε δισεκατομμύρια ερυθροκύτταρα, ενώ πέντε χιλιάδες κυβικά εκατοστά αίματος βρίσκονται στο αγγειακό μας σύστημα). Η μεγάλη ποσότητα αιμογλοβίνης εξηγείται αν λάβει κανείς υ- πόψη ότι το οξυγόνο δε διαλύεται εύκολα στο νερό, αφού το 3% όλου του οξυγόνου μας είναι στον ορό αίματος, το υπόλοιπο συνδέεται στην αιμογλοβίνη. Το σίδηρο που περιέχεται στην αιμογλοβίνη έχει υψηλότατη σύνδεση με το οξυγόνο. Έτσι γίνεται σύνδεση του οξυγόνου με την αιμογλοβίνη στους πνεύμονες, όπου εμφανίζεται και μεγάλη συγκέντρωση οξυγόνου, οπότε και δημιουργείται η οξυαιμοσφαιρίνη. 16

17 Το οξυγόνο μεταφέρεται στα τριχοειδή αγγεία και το αίμα που έχει κορεστεί από οξυγόνο και έχει μεγάλη ποσότητα οξυαιμοσφαιρίνης λέγεται αρτηριακό αίμα. Κατόπιν, διασπάται σε αιμοσφαιρίνη και οξυγόνο και έτσι μεταφέρεται στους ιστούς. Αντίθετα, το διοξείδιο του άνθρακα απωθείται στις πνευμονικές κυψελίδες, στην ονομαζόμενη ανθρακοαιμοσφαιρίνη και το αίμα αυτό, που έχει σκοτεινό χρώμα, λέγεται φλεβικό. Η ανθρακοαιμοσφαιρίνη διασπάται στους πνεύμονες και έτσι αποβάλλεται το διοξείδιο του άνθρακα. Σύμφωνα με την περιγραφή του κύκλου αυτού, αποδεικνύεται ότι η αιμογλοβίνη είναι υ- πεύθυνη για τη μεταφορά του οξυγόνου και την αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα. Παράλληλα, η αιμογλοβίνη υπάρχει μόνο στα ερυθρά αιμοσφαίρια και δίνει στο αίμα το χαρακτηριστικό του χρώμα. Μετριέται σε γραμμάρια (g) ανά 100 κυβικά εκατοστά (cc) αίματος. Ο υγιής ενήλικας έχει μέσο όρο 14g ανά 100cc. 17

18 18

19 2 Κεφάλαιο 2 ο : Η μέθοδος της παλμικής οξυμετρίας 2.1 Ιστορική αναδρομή : Η ιδέα του παλμικού οξύμετρου δεν είναι σημερινή. Για να φτάσουμε στο σημείο το οξύμετρο να γίνει ένα μικρό μανταλάκι το οποίο είναι φορητό και ακριβές, πέρασε από πολλά στάδια μέσα από το πέρασμα του χρόνου. Το 1935 ο Carl Matthes κατασκεύασε την πρώτη συσκευή για τη συνεχή μέτρηση του κορεσμού του οξυγόνου στο αίμα in vivo εκπέμποντας φως διαμέσο ενός ιστού. Χρησιμοποίησε δυο μήκη κύματος, το ένα από τα οποία ήταν ευαίσθητο στην αλλαγή του κορεσμού του οξυγόνου και το άλλο, που ήταν στο υπέρυθρο φάσμα, χρησιμοποιήθηκε για να εξισορροπηθούν οι αλλαγές στο πάχος του ιστού, στη αιμοσφαιρίνη και στην ένταση του φωτός. Αν και ήταν χρήσιμο για την παρακολούθηση της τάσης του κορεσμού, η συσκευή είχε περιορισμούς δεδομένου ότι ήταν δύσκολο να βαθμονομηθεί και έτσι δεν μπορούσαν να επιτευχθούν ακριβείς μετρήσεις. Ο J.R. Squire το 1940 εκπόνησε μια τεχνική βαθμονόμησης μέσω συμπίεσης ιστού ώστε να περιοριστεί η αιμάτωση. Αυτή η τεχνική αργότερα ενσωματώθηκε στην πρώτη γενιά των παλμικών οξυμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν στα χειρουργεία. Μεταξύ του 1940 και 1942 ένας Βρετανός ερευνητής, ο Glen Millikan, χρησιμοποίησε δύο κύματα φωτός για να κατασκευάσει ένα πρακτικό και ελαφρύ μετρητή οξυγόνου για το αυτί για τον οποίο εφηύρε τον όρο οξύμετρο. Αντιλήφθηκε ότι το φως που μεταδίδεται μέσα από ένα κόκκινο φίλτρο είναι ευαίσθητο στον κορεσμό του οξυγόνου και το φως που μεταδίδεται από ένα πράσινο φίλτρο είναι ανεξάρτητο από τον κορεσμό του οξυγόνου. Αργότερα αποδείχθηκε ότι το φως αυτό δεν ήταν ευαίσθητο στον κορεσμό του οξυγόνου όχι εξαιτίας του πράσινου φίλτρου αλλά του υπέρυθρου φωτός. Το σύστημα αυτό διαμορφώθηκε πολλές φορές κατά τις δεκαετίες του 40 και του 50 και τελικά κατασκευάστηκε από την εταιρία Waters Company. Κυρίως η συσκευή αυτή χρησιμοποιήθηκε στην φυσιολογία, στην αεροπορία και στις πειραματικές μελέτες. Το 1964 ένας χειρούργος στο San Francisco, ο Robert Shaw εφηύρε ένα αυτορυθμιζόμενο οξύμετρο 8 μηκών κύματος, το οποίο κατασκευάστηκε ευρέως από την Hewlett Packard τη δεκαετία του 70. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιήθηκε σε κλινικό περιβάλλον, αλλά ήταν πάρα πολύ μεγάλο αφού ζύγιζε 35 περίπου κιλα και διέθετε ένα στρογγυλό και άκομψο probe για το αυτί. Ήταν επίσης πολύ ακριβό. Παρόλα αυτά επέτρεπε τη μη επεμβατική και συνεχόμενη μέτρηση του κορεσμού του οξυγόνου. 19

20 Στις αρχές της δεκαετίας του 70, ο Takuo Aoyagi, ένας Ιάπωνας βιοτεχνολόγος προσπαθούσε να αναπτύξει μια μη επεμβατική μέθοδο για να προσδιορίσει το σήμα της καρδιάς, με τη χρήση πράσινου μελανιού και μετρώντας το φως που περνάει μέσα από το λοβό του αυτιού. Ανακάλυψε ότι το φώς που μεταδίδεται μέσα από το αυτί απέδιδε σήμα με τη μορφή παλμών, κάτι που έκανε εφικτό τον υπολογισμό της καρδιακής εξόδου. Επίσης, ενδιαφερόταν για την μέτρηση του οξυγόνου και οι προηγούμενες εργασίες σχετικά με την μέτρηση αυτή του ήταν οικείες. Αναγνώρισε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τις εναλλαγές παλμών στη μετάδοση του φωτός μέσω του αυτιού για την μέτρηση αρτηριακού κορεσμού του οξυγόνου. Έτσι λοιπόν προχώρησε στην κατασκευή του παλμικού οξυμέτρου και στην κατοχύρωσή της σαν ιαπωνική πατέντα. Στα τέλη της δεκαετίας του 70, η Biox Corporation πραγματοποίησε σημαντικές προόδους στην κατασκευή του παλμικού οξυμέτρου με μετρήσεις δυο μηκών κύματος. Πρώτα εισήγαγαν τη χρήση φωτοεκπέμπουσων διόδων (LED) ως πηγές για το ερυθρό και υπέρυθρο μήκος κύματος, όπως γίνεται και σήμερα. Παρέδωσαν τη συσκευή τους άμεσα σε αναισθησιολόγους και σε ιατρούς του αναπνευστικού συστήματος, οι οποίοι μπορούσαν να καταλάβουν το πλεονέκτημα της συνεχούς, πραγματικού χρόνου, μη επεμβατικής μεθόδου το οξυγόνου. Η Ohmeda Corporation αγόρασε την Biox και τη δεκαετία του 80 μαζί με την Nellcor και τη Novametrix συνέχισαν τις σημαντικές αλλαγές στη μείωση του μεγέθους, του κόστους και στην ανάπτυξη πολλών probes για διάφορα σημεία του σώματος. Στις μέρες μας η παλμική οξυμετρία έχει αναπτυχθεί πολύ αφού μπορούμε να βρούμε στο εμπόριο πολλά είδη οξυμέτρων. Ο κάθε κατασκευαστής βάζει και την δική του πινελιά σ αυτό που λέμε εμείς οξύμετρο παλμού. Μπορεί να βρίσκουμε διάφορα σχέδια που το καθένα έχει τη δική του σχεδίαση, άλλα μικρά άλλα μεγάλα, άλλα λιγότερο ακριβή άλλα περισσότερο, σίγουρα αυτό που μένει πάντα το ίδιο, είναι η μέθοδος των δύο μηκών κύματος. Σ αυτό που στηρίζονται οι περισσότερες εταιρείες κατασκευής τέτοιων οργάνων για να στηρίξουν ότι η δική τους συσκευή είναι ακριβέστερη είναι στο ότι χρησιμοποιούν άλλους αλγόριθμους και άλλους τρόπους επεξεργασίας του λαμβανόμενου σήματος. 2.2 Μη Επεμβατική Μέθοδος Δεδομένου ότι το αίμα είναι το κύριο μεταβολικό σύστημα μεταξύ των οργάνων του σώματος και των ιστών, θεωρείται ο καλύτερος δείκτης για την παρατήρηση της φυσιοπαθολογικής κατάστασης του ασθενή και επομένως το καταλληλότερο δείγμα για την μέτρηση των συγκεντρώσεων του μεταβολιτή. Για μια μη επεμβατική φασματοσκοπική μέτρηση, συνήθως χρησιμοποιείται το δέρμα ή κάποιο άλλο μεγαλύτερο μέρος του ιστού του σώματος. Από την άλλη πλευρά, οι περισσότερες μεταβολικές πληροφορίες λαμβάνονται με δείγμα αίματος το 20

21 οποίο αποτελεί ένα σχετικά μικρό μέρος του όγκου του ιστού που εξετάζεται φασματικά. Για τον φασματοσκοπικό έλεγχο θα πρέπει να σημειωθεί ότι το ένα τρίτο του συνολικού νερού του σώματος είναι εξωκυτταρικό ενώ το υπόλοιπο είναι ενδοκυτταρικό. Κάθε τμήμα περιέχει χαρακτηριστική σύνθεση των διαλυτών ουσιών. Το συνολικό νερό του σώματος ποικίλει α- νάλογα με την ηλικία και το φύλο μεταξύ του 45 και 60% του βάρους του σώματος, αν και η περιεκτικότητα σε νερό του αδύνατου ιστού είναι περίπου 70%. Ο αριθμός των εφαρμογών της υπέρυθρης φασματοσκοπίας στο βιοϊατρικό τομέα έχει αυξηθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια. Η αλληλεπίδραση του θέματος με την υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιτύχει διαφορετικούς στόχους και ένας σημαντικός στόχος είναι να ερευνηθεί ο μετασχηματισμός των υγειών κυττάρων και των ιστών στο ασθενές βιολογικό θέμα και να αναπτυχθούν υπέρυθρες φασματοσκοπικές μέθοδοι για ιατρικές διαγνώσεις. Η υπέρυθρη φασματοσκοπική μέτρηση των μεταβολιτών στα ρευστά προσφέρει δυο πλεονεκτήματα σε σχέση με τη συμβατική ενζυματική μεθοδολογία και αυτό γιατί τα διάφορα συστατικά μπορούν να καθοριστούν ταυτόχρονα και η δοκιμή είναι επίσης ελεύθερη από αντιδραστήριο. Όπως καταλαβαίνουμε από τα πιο πάνω η μέτρηση του οξυγόνου στο αίμα με την μέθοδο του παλμικού οξυμέτρου είναι μια μη επεμβατική μέθοδος. Πιο κάτω θα εξηγηθεί και θα προσεγγιστεί η κατασκευή του από θεωρητικής πλευράς περισσότερο. 2.3 Ό νόμος του Beer Lambert Το παλμικό οξύμετρο χρησιμοποιεί δύο τεχνολογίες για να πάρει τις μετρήσεις που θέλουμε. Η μια είναι η τεχνολογία της φασματομετρίας ( που μετράει τον κορεσμό της αιμογλοβίνης ) και της οπτικής πληθυσμογραφίας. Αφού έχουμε να ασχοληθούμε με την φασματομετρία θα ήταν παράλειψη να μην αναφέρουμε τον νόμο του Beer-Lambert αφού πάνω σε αυτό το νόμο στηρίζεται η κατασκευή του οξυμέτρου. Προκειμένου να υπολογίσει τη συγκέντρωση μιας φωτο-απορροφητικής ουσίας σε ένα καθαρό διάλυμα από την ένταση του φωτός που διέρχεται μέσα από αυτό, κάποιος πρέπει να ξέρει την ένταση και το μήκος κύματος του φωτός, το μήκος διέλευσης, και την απορροφητικότητα της ουσίας στο συγκεκριμένο μήκος κύματος (συντελεστή απορρόφησης). Στην περίπτωση του οξυμέτρου θέλουμε να ξέρουμε τη συγκέντρωση του οξυγόνου που βρίσκεται στο αίμα. Δηλαδή θα κάνουμε εφαρμογή του νόμου γνωρίζοντας τις παραπάνω παραμέτρους που προκύπτουν από τη θεωρία 21

22 Εινόνα : νόμος Beer-Lambert Στην πιο πάνω εικόνα φαίνεται αυτό που εξηγήθηκε πιο πάνω, απλά τώρα μας απομένει η μαθηματική απόδειξη του πιο πάνω νόμου και σε συνδυασμό με την θεωρία της οξυμετρίας, θα καταλήξουμε στον υπολογισμό του R. Για τον νόμο αυτό ισχύουν οι πιο κάτω εξισώσεις: A= - log 10 (I/I 0 ) Α = DCE όπου: Ι 0 = ένταση προσπίπτοντος φωτός I = ένταση διερχόμενου φωτός Α = απορρόφηση D = απόσταση που διανύει το διερχόμενο φως μέσα στο υγρό C = συγκέντρωση του διαλύματος Ε = συντελεστής εξασθένησης του διαλύματος Στην περίπτωση που στο σωλήνα έχουμε 2 είδη ουσιών όπως στην περίπτωση του αίματος δηλαδή την οξυ-αιμογλοβίνη (Hb02) και την αιμογλοβίνη η ισχύ του νόμου θα αποδειχθεί πιο κάτω. Πρέπει να σημειώσουμε εδώ ότι για κάθε διαφορετική ουσία που έχουμε στο διάλυμα που βρίσκεται στο σωλήνα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Στην περίπτωση του οξυμέτρου χρησιμοποιούμε υπέρυθρο(940nm) και κόκκινο(660nm). 22

23 2.4 Εφαρμογή του Νόμου του Beer Lambert στο οξύμετρο. Όπως αναφέρεται και στο Κεφάλαιο 1 η αιμογλοβίνη είναι φορέας οξυγόνου και παράλληλα τη βρίσκουμε σε δυο μορφές, την οξυ-αιμογλοβίνη (HbO 2 ) και την μειωμένη αιμογλοβίνη (Hb). Αν και μιλάμε για την ίδια ουσία, εντούτοις έχουν διαφορετικές οπτικές ιδιότητες και αυτό μας βοηθάει στο να εφαρμόσουμε στην ουσία το νόμο του Beer-Lambert. Ο κορεσμός του οξυγόνου, που συνήθως αναφέρεται ως SaO2 ή SpO2, ορίζεται ως ο λόγος της οξυ-αιμογλοβίνης προς τη συνολική ποσότητα αιμογλοβίνης που είναι παρούσα στο αίμα(δηλαδή οξυαιμογλοβίνη+μειωμένη αιμογλοβίνη): SaO 2 = HbO 2 / (HbO 2 + Hb) Η απορρόφηση διαφορετικών μηκών κύματος εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των διαφορετικών ουσιών (μειωμένη και οξυγονωμένη αιμογλοβίνη). Ανιχνεύεται με τη διάδοση φωτός συγκεκριμένου μήκους κύματος, κατά μήκος του διαλύματος και μετρώντας την ένταση στην άλλη πλευρά, όπως περιγράφεται πιο πάνω με τον νόμο του Beer. Για τη μέτρηση του κορεσμού οξυγόνου, οι σχετικές συγκεντρώσεις της μειωμένης και της οξυγονωμένης αιμογλοβίνης, πρέπει να είναι γνωστές, και τα δυο διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός που χρησιμοποιούνται να είναι τέτοια ώστε καθεμιά από τις ουσίες να απορροφά επιλεκτικά καθένα από αυτά. Αυτό ισχύει για την αιμογλοβίνη, που έχει μέγιστη απορρόφηση μειωμένης αιμογλοβίνης στα 660 nm (ερυθρό φως) και οξυγονωμένης αιμογλοβίνης στα 940 nm (εγγύς υπέρυθρο). Εικόνα : Απορρόφηση συναρτήσει του μήκους κύματος Στην εικόνα επιβεβαιώνεται αυτό που λέγεται και πιο πάνω. Αυτό θα το χρησιμοποιήσουμε πιο κάτω. 23

24 Έτσι σε ένα όγκο γνωστών διαστάσεων που ονομάζεται κυβέτα, η συγκέντρωση μιας γνωστής διαλυμένης ουσίας σε καθαρό διάλυμα μπορεί να υπολογιστεί από τη μέτρηση της έντασης του διερχόμενου φωτός γνωστών μηκών κύματος. Αν υπάρχει μόνο μία ουσία, η α- πορρόφηση Α είναι γινόμενο του μήκους διέλευσης, της συγκέντρωσης και του συντελεστή. Κάθε ουσία έχει ένα συγκεκριμένο συντελεστή απορρόφησης για το φως σε συγκεκριμένο μήκος κύματος. Αν είναι παρούσες περισσότερες της μιας διαλυμένες ουσίες, η ένταση προκύπτει από το άθροισμα εξισώσεων της παραπάνω μορφής για καθεμιά από αυτές. Οι συντελεστές απορρόφησης για κάθε ουσία ποικίλουν ανάλογα με τα μήκη κύματος του φωτός, όπως συμβαίνει με τις διαφορετικές μορφές της αιμογλοβίνης. Ο κορεσμός ενός εναιωρήματος καθαρής αιμογλοβίνης σε μια κυβέτα μπορεί να προσδιοριστεί υπολογίζοντας το λόγο του φωτός που απορροφάται στα 660nm προς αυτό που απορροφάται στα 940 nm, και έτσι αυτός ο λόγος Α660/Α940 θα σχετίζεται με τον κορεσμό του οξυγόνου. Με βάση λοιπόν την παραπάνω ανάλυση, μετρώντας το φως το οποίο μεταδίδεται διαμέσου του ακροδαχτύλου (ή του λοβού του αυτιού) σε δύο διαφορετικά μήκη κύματος, ένα στην ερυθρή και ένα στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή του φάσματος, μπορούμε να υπολογίσουμε τον κορεσμό του οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα στο μέρος του δακτύλου ή του αυτιού. Αν υποθέσουμε ότι αρχικά η μετάδοση του φωτός διαμέσου του αρτηριακού στρώματος επηρεάζεται μόνο από τις σχετικές συγκεντρώσεις του HbO2 και του Hb και των συντελεστών α- πορρόφησης αυτών στα δύο μήκη κύματος της μέτρησης, τότε η ένταση του φωτός θα μειωθεί λογαριθμικά με το μήκος διέλευσης σύμφωνα με το γνωστό νόμο των Beer-Lambert. Εικόνα : Σχηματικό διάγραμμα πως εκπέμπονται τα 2 μήκη κύματος Στην πιο πάνω εικόνα βλέπουμε να εκπέμπονται διαμέσο του δακτύλου 2 μήκη κύματος. Αυτά τα 2 μήκη κύματος έχουν ως στόχο να «ανιχνεύσουν» το ποσοστό της οξυγονομένης 24

25 αιμογλοβίνης και της μειωμένης αιμογλοβίνης. Έστω ότι το Led1 (κόκκινο) εκπέμπει φώς μήκος κύματος λ1 και το Led2 (υπερυθρο) εκπέμπει φώς μήκος κύματος λ2. Για το λ1 έχουμε I 1 = I in1 10 -(a01c0+ar1cr1)l Για το λ2 έχουμε I 2 = I in2 10 -(a02c02+ar2cr2)l Co = η συγκέντρωση της οξυαιμογλοβίνης Cr = συγκέντρωση της Hb αon = ο συντελεστής απορρόφησης του HbO2 στο μήκος κύματος λn αrn = ο συντελεστής απορρόφησης της Hb στο μήκος κύματος λn Αν θέσουμε ότι Τότε μπορούμε να δείξουμε μετά από πράξεις ότι : Πιο πάνω αποδείξαμε την ισχύ του νόμου του Beer στην παλμική οξυμετρία. Σε επίπεδο εργαστηρίου έχουμε το παράδειγμα της κυβέτας που πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι η ουσία και η κυβέτα πρέπει να είναι διαφανείς, και δεν πρέπει να υπάρχει κάποια άσχετη εξωτερική ουσία που να μπορεί να απορροφά φως. Συμπληρωματικά οξύμετρα στο εργαστήριο μετράνε την ένταση του φωτός που διαδίδεται μέσα από μια κυβέτα, γεμάτη με αιμογλοβίνη από διαλυμένα ερυθροκύτταρα, για να προσδιορίσουν τις συγκεντρώσεις της καθεμιάς από τις διαφορετικές μορφές αιμογλοβίνης. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε ζωντανό οργανισμό και χρειάζεται να ενσωματωθούν παράγοντες διόρθωσης στα οξύμετρα για να υπερκαλύπτουν την απορρόφηση των ιστών αντί της αιμογλοβίνης. 2.5 Εγκυρότητα του νόμου του Beer στο οξύμετρο Απορρόφηση του φωτός 25

26 Το προσπίπτον φως το οποίο περνά διαμέσου του ανθρώπινου ιστού, δε διαχωρίζεται μόνο σε απορροφούμενο και μεταδιδόμενο φως, όπως υποθέτει ο νόμος του Beer. Ορισμένα μέρη του φωτός ανακλώνται και άλλα σκεδάζονται. Προβλήματα που σχετίζονται με την ανάκλαση του φωτός στην επιφάνεια του δέρματος και με την απορρόφηση του φωτός από ιστούς διαφορετικούς του αρτηριακού αίματος, μπορούν να ξεπεραστούν με τη χρήση του πληθυσμογραφήματος. Ωστόσο, η επιφάνεια του δέρματος των ιστών, των μυών, των οστών και κυρίως το αίμα προκαλούν σκέδαση φωτός η ο- ποία αυξάνει την απορρόφηση φωτός. Το αίμα είναι ένα μη ομοιογενές υγρό, το οποίο μπορεί να απορροφήσει το φως μη γραμμικά αμ π.χ. η συγκέντρωση αιμοσφαιρίνης ποικίλλει. Η διακύμανση της απορρόφησης του φωτός δεν οφείλεται μόνο στην αύξηση του μήκους της οπτικής διαδρομής κατά τη διάρκεια της συστολής. Αν η μεταβολή της διαμέτρου ήταν ο μόνος λόγος, η απόκλιση θα ήταν πολύ μικρότερη. Ο λόγος είναι ότι μια αλλαγή στον άξονα των ερυθρών αιμοσφαιρίων αλλάζει και την απορροφικότητά του. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν το σχήμα ενός διπλού βαθουλωτού δίσκου. Η μεγαλύτερη διάμετρός τους ευθυγραμμίζεται παράλληλα προς την κατεύθυνση της ροής αίματος κατά τη διάρκεια της διαστολής ενώ ευθυγραμμίζεται κάθετα προς την κατεύθυνση της ροής κατά τη διάρκεια της συστολής. Ως εκ τούτου, το μήκος της οπτικής διαδρομής είναι μεγαλύτερο κατά την διάρκεια της συστολής και αυξάνει αμυδρά την απορρόφηση. Ακόμη και η ανάκλαση του φωτός αλλάζει ανάλογα με τον άξονα των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Ως αποτέλεσμα αυτών των ιδιοτήτων, η απορρόφηση και η ανάκλαση του αίματος ποικίλλει κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου α- νάλογα με την ταχύτητα της ροής του αίματος. Σκέδαση φωτός Το αποτέλεσμα των μετρήσεων του σφυγμοξυμέτρου στο σύνολο του αίματος διαφέρει από τα αποτελέσματα της θεωρίας με βάση το νόμο του Beer. Ένα φυσικό φαινόμενο που ο- νομάζεται σκέδαση φωτός αυξάνει κατά πολύ την απορρόφηση του φωτός. Ωστόσο, το σφυγμοξύμετρο μπορεί να μετρήσει τον αρτηριακό κορεσμό οξυγόνου του αίματος με ακρίβεια για κλινική χρήση υπό κανονικές συνθήκες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα περισσότερα από τα εμπορικώς διαθέσιμα οξύμετρα χρησιμοποιούν μια καμπύλη βαθμονόμησης που βασίζεται σε εμπειρικά δεδομένα, επειδή το πρόβλημα της μαθηματικής μοντελοποίησης της σκέδασης του φωτός για διάφορους λόγους είναι πολύ περίπλοκο. Πολλές προσεγγίσεις έχουν γίνει για τη δημιουργία μοντέλων που περιγράφουν την πραγματική διαδικασία εντός συγκεκριμένων ορίων ακριβείας. Απορρόφηση φωτός στο σύνολο του αίματος 26

27 Δυστυχώς ο νόμος του Beer δεν ισχύει για το σύνολο του αίματος. Η απορρόφηση του φωτός δεν είναι απλός ανάλογη προς τη συγκέντρωση της αιμογλοβίνης ή του μήκους της οπτικής διαδρομής. Ο νόμος του Beer δεν λαμβάνει υπόψη την σκέδαση του φωτός, κάτι το οποίο όπως είδαμε δεν ισχύει για το σύνολο του αίματος, επιπλέον του γεγονότος ότι τα LEDs δεν εκπέμπουν μονοχρωματική ακτινοβολία. Η απορρόφηση του φωτός λόγω της οξυαιμογλοβίνης και της μειωμένης αιμογλοβίνης, αυξάνεται στο σύνολο του αίματος σε σύγκριση με αυτή του αίματος που έχει υποστεί αιμόλυση κατά ένα παράγοντα της τάξης του 5. Οι λόγοι για την αύξηση της απορρόφησης είναι κυρίως η σκέδαση και η πολλαπλή σκέδαση. Η σκέδαση του φωτός προκαλεί συγκεκριμένα την απόκλιση της φωτεινής δέσμης από την αρχική κατεύθυνση. Αυτό συμβαίνει όταν το φως προσπίπτει σε ένα αντικείμενο με μέγεθος παρόμοιο με το μήκος κύματος του φωτός και ο δείκτης διάθλασης αλλάζει στο σημείο πρόσπτωσης. Τα μήκη κύματος του ερυθρού και του υπέρυθρου φωτός είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τις γεωμετρικές διαστάσεις των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι ασυνέχειες του δείκτη διάθλασης στη διεπαφή μεταξύ του πλάσματος και των ερυθρών αιμοσφαιρίων και η μεγάλη αναλογία ερυθρών αιμοσφαρίων στο αίμα, τα καθιστούν ένα μέσο με πολύ σκέδαση. Το φως που έχει σκεδαστεί μια φορά είναι πιθανόν να σκεδαστεί ξανά από τα κύτταρα και συνεπώς να εμφανίζει πολλαπλή σκέδαση. Η πολλαπλά αυτή σκέδαση αυξάνει το μήκος της οπτικής διαδρομής και συνεπώς αυξάνει την απορρόφηση. Η ένταση του σκεδασμένου από τους ιστούς φωτός εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως : 1. Τη συγκέντρωση των ερυθρών αιμοσφαιρίων στο αίμα. 2. Το μέγεθος, το σχήμα, ο προσανατολισμός, και ο δείκτης διάθλασης των σωματιδίων που προκαλούν σκέδαση. 3. Το πάχος των ιστών μέσα από τους οποίους περνάει το φως του ανιχνευτή. Το πάχος του ιστού, η απόσταση μεταξύ των LEDs και της φωτοδιόδου του ανιχνευτή καθώς και η συγκέντρωση της αιμοσφαρίνης θα ποικίλλουν από ασθενή σε ασθενή ενώ και το σχήμα και ο προσανατολισμός των ερυθρών αιμοσφαιρίων είναι απροσδιόριστα. Έτσι, είναι δύσκολο να αναπτυχθεί ένα φυσικό μοντέλο που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάτω από τόσες διαφορετικές συνθήκες. Επίδραση της σκέδασης στις μετρήσεις του οξύμετρου Αν και οι υποθέσεις του νόμου Beer παραβιάζονται στο οξύμετρο, οι πραγματικές μετρήσεις των συσκευών αυτών δείχνουν μια καλή αντιστοιχία μεταξύ μέτρησης και του πραγματικού αρτηριακού κορεσμού του οξυγόνου. 27

28 Οι επιπτώσεις της σκέδασης του φωτός που διέρχεται από το σύνολο του αίματος, εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός του κορεσμού του οξυγόνου. Η σχέση μεταξύ κορεσμού οξυγόνου και συνολικής επίδρασης της σκέδασης ( απορρόφηση εξαιτίας της αιμοσφαιρίνης συν την πολλαπλή σκέδαση) είναι περίπου γραμμική και έτσι δεν επηρεάζεται η γραμμικότητα του οξύμετρου με αρνητικό τρόπο. Αντίθετα, η συνολική απορρόφηση είναι πολύ λιγότερο γραμμική από αυτή που οφείλεται μόνο στην αιμογλοβίνη που υιοθετεί ο νόμος του Beer ( Hb, HbO2) 2.6 Βαθμονόμηση συσκευών, οι μέθοδοι βαθμονόμησης Πολλά εμπορικώς διαθέσιμα οξύμετρα έχουν βαθμονομηθεί από in vitro δεδομένα. Ένα μεγάλο σύνολο δεδομένων, που λαμβάνονται από κλινικές μελέτες, συλλέγονται και περιέχουν πληροφορίες σχετικά με το λόγο R της απορρόφησης, όπως αυτός υπολογίζεται από το οξύμετρο, Κι τον πραγματικό αρτηριακό κορεσμό οξυγόνου SaO2 μετρούμενο με μια άλλη ακριβέστατη μέθοδο (όπως αυτή της ανθρακοξυμετρίας). Για να βρεθεί η σχέση των δυο αυτών μεταβλητών χρησιμοποιούνται εξισώσεις ή πίνακες αναφοράς. Για να συσχετιστούν οι μετρούμενες τιμές του λόγου R με τις μετρήσεις του οξυμέτρου, η εξίσωση της θεωρητικής καμπύλης βαθμονόμησης που βασίζεται στο νόμο του Beer μπορεί να τροποποιηθεί όπως περιγράφεται από τους Madelson kai Kent: Σε αυτή την εξίσωση οι συντελεστές απόσβεσης της εξίσωσης αντικαθίστανται από τις σταθερές ki. Αυτές οι σταθερές προσδιορίζονται από κλινικές μελέτες για να δώσουν στην καμπύλη βαθμονόμησης την καλύτερη αντιστοιχία με τα in vitroστοιχεία μετρήσεων. Μια άλλη προσέγγιση για μια μαθηματική αναπαράσταση είναι η χρήση ενός πολυωνύμου όπως βρέθηκε για παράδειγμα από τα Ohmeda 3700 και Radiometer ΟΧ100 οξύμετρα: Το σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα μιας καμπύλης βαθμονόμησης που χρησιμοποιείται σε οξύμετρα σε σύγκριση με τη θεωρητική καμπύλη βαθμονόμησης. 28

29 Εικόνα : Θεωρητική καμπύλη και καμπύλη Beer-Lambert Εκτίμηση του κορεσμού οξυγόνου με βάση του νόμου του Beer Ο νόμος του Beer διέπει όπως είδαμε την απορρόφηση του φωτός από ομοιογενή μέσα απορρόφησης. Το προσπίπτον φως με ένταση I0 προσπίπτει σε ένα απορροφητικό μέσο με μια χαρακτηριστική απορροφητικότητα Α (που εκφράζει την απόσβεση) και ένα συντελεστή μετάδοσης Τα που είναι αντίστοιχος της απορροφητικότητας (1/Α). Η ένταση I1 του φωτός που εξέρχεται του μέσου είναι σαφώς μικρότερη από το προσπίπτον φως I0 και εκφράζεται ως I0. Τ. Ομοίως η ένταση In του φωτός το οποίο διαδίδεται μέσω ενός μέσου που διαιρείται σε n πανομοιότυπες συνιστώσες, ιδίου πάχους και ίδιου συντελεστή μετάδοσης Τα που ισούται με Ι.Τ n. Το In μπορεί να γραφεί σε πιο εύγλωττη μορφή αν εξισώσουμε το Τ n με το e an, όπου α είναι η απορρόφηση του μέσου ανά μονάδα μήκους και συχνά αναφέρεται ως σχετικός συντελεστής απόσβεσης. Ο σχετικός συντελεστής απόσβεσης σχετίζεται με το συντελεστή απόσβεσης που συναντήσαμε στην ενότητα 2.2 μέσω της σχέσης α = εc, όπου C είναι η συγκέντρωση του απορροφητικού υλικού. Η έκφραση για την ένταση του φωτός που εξέρχεται από ένα μέσο, λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση 2.1 του νόμου Beer, μπορεί τώρα να γραφτεί στη μορφή 29

30 Εικόνα : Γραφική απεικόνιση νόμου Beer Μέθοδος προσδιορισμού του κορεσμού οξυγόνου Οι συντελεστές απορρόφησης της οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης είναι διαφορετικοί στα περισσότερα μήκη κύματος, εκτός από το ισοσβεστικό μήκος κύματος. Εάν το δάχτυλο εκτίθεται στο προσπίπτον φως και μετράται η εξερχόμενη από αυτό ένταση φωτός που απορροφάται, η οποία μάλιστα περιέχει πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα της οξυαιμοσφαιρίνης του αίματος του δαχτύλου. Ο όγκος του αίματος που περιέχεται στο δάχτυλο ποικίλλει ανάλογα με τον αρτηριακό παλμό. Το πάχος του δαχτύλου επίσης ποικίλλει ελαφρώς με κάθε παλμό, αλλάζοντας έτσι το μήκος της διαδρομής του εκπεμπόμενου φωτός. Επίσης, η ακριβής ένταση του φωτός που προσπίπτει στο δάχτυλο δεν είναι εύκολο να προσδιοριστεί. Ως εκ τούτου, είναι σκόπιμο να εξαλειφθούν οι επιδράσεις των μεγεθών της έντασης του προσπίπτοντος φωτός και του πάχους του μήκους της οπτικής διαδρομής για την εκτίμηση του κορεσμού οξυγόνου. Ο νόμος Beer, επομένως πρέπει να τροποποιηθεί για να απαλειφθεί η έ- νταση I0 του εισερχόμενου στο δάχτυλο φωτός και του μήκους της διαδρομής ως μεταβλητές Απαλοιφή του εισερχόμενου φωτός ως μεταβλητή Η ένταση του φωτός που μεταδίδεται διαμέσου του δαχτύλου είναι συνάρτηση του συντελεστή απορρόφησης τόσο των σταθερών συνιστωσών όπως είναι τα οστά, οι ιστοί, το δέρμα και τα μαλλιά, όσο και των μεταβλητών στοιχείων όπως είναι η ποσότητα του αίματος στον ιστό. Η ένταση του φωτός που μεταδίδεται μέσω του ιστού, όταν εκφράζεται σε συνάρτηση με το χρόνο, περιλαμβάνει πολλές φορές μια βασική συνιστώσα, η οποία μεταβάλλεται αργά με το χρόνο και η οποία αντιπροσωπεύει την επίδραση της μη μεταβλητής συνιστώσας του αίματος στο φως. Περιλαμβάνει επίσης και μια περιοδική παλμική συνιστώσα, που μεταβάλλεται πιο γρήγορα με το χρόνο και η οποία αντιπροσωπεύει την επίδραση της αλλαγής του 30

31 όγκου του αίματος του ιστού στο φως. Η βασική συνιστώσα που μοντελοποιεί τους μη μεταβλητούς απορροφητές έχει πάχος d και απορρόφηση a. Η παλμική συνιστώσα που αντιπροσωπεύει το μεταβλητό τμήμα των απορροφητών απορρόφησης έχει πάχος Δd και σχετική α- πορρόφηση aa που αντιπροσωπεύει την απορρόφηση του αρτηριακού αίματος. Το φως που εξέρχεται από τη βασική συνιστώσα μπορεί να γραφτεί ως συνάρτηση της έ- ντασης I0 του προσπίπτοντος φωτός ως εξής: Ομοίως η ένταση του φωτός I 2 που εξέρχεται από την παλμική συνιστώσα είναι συνάρτηση της έντασης I 1 του προσπίπτοντος φωτός και μπορεί να γραφεί ως εξής : Αντικαθιστώντας την έκφραση του Ι 1 στο Ι 2 το φώς που εξέρχεται από το δάκτυλο σε συνάρτηση με την ένταση του προσπίπτοντος φωτός I0 έχει ως εξής : Η επίδραση του φωτός που οφείλεται στον όγκο του αρτηριακού αίματος δίνεται από τη σχέση μεταξύ Ι 1 και Ι 2. Ορίζοντας την μεταβολή του συντελεστή μετάδοσης που προκαλείται από την αρτηριακή συνιστώσα, ως Τ ΔΑ, έχουμε : Αντικαθιστώντας τις εκφράσεις Ι 1 και Ι 2 στην πιο πάνω εξίσωση προκύπτει η ακόλουθη σχέση : Ο όρος Ι ο στον αριθμητή και τον παρονομαστή μπορεί να απαλειφτεί, απαλείφοντας την ένταση του εισερχόμενου φωτός ως μεταβλητή στην παραπάνω εξίσωση. Οπότε η μεταβολή του αρτηριακού συντελεστή μετάδοσης μπορεί να εκφραστεί ως : Μια συσκευή που χρησιμοποιεί αυτή την αρχή στην πράξη μπορεί να αυτοβαθμονομηθεί αποτελεσματικά και είναι ανεξάρτητη από την ένταης I 0 του προσπίπτοντος φωτός. 31

32 2.6.4 Απαλοιφή του πάχους της οπτικής διαδρομής ως μεταβλητή Το μεταβαλλόμενο πάχος του δακτύλου, Δd, που οφείλεται στην αλλαγή του όγκου του αρτηριακού αίματος παραμένει μια μεταβλητή στην πιο πάνω εξίσωση την οποία έχουμε καταλήξει. Για την περαιτέρω απλούστευση της εξίσωσης, η λογαριθμική μετατροπή των όρων τις εξίσωσης μας δίνει την ακόλουθη σχέση : Η μεταβλητή Δd μπορεί να απαλειφθεί μετρώντας τον αρτηριακό συντελεστή μετάδοσης σε δυο διαφορετικά μήκη κύματος. Οι δυο αυτές μετρήσεις στα δυο μήκη κύματος παρέχουν δύο εξισώσεις με δυο αγνώστους. Τα συγκεκριμένα μήκη κύματος που επιλέγονται καθορίζονται εν μέρει, λαμβάνοντας υπόψη μια πιο ολοκληρωμένη έκφραση της αρτηριακής απορρόφησης α Α. α 0Α = οξυγονωμένη αρτηριακή απορρόφηση α DA = η μη οξυγονωμένη αρτηριακή απορρόφηση S a O 2 = κορεσμός του οξυγόνου Οι απορροφήσεις α 0Α και α DA είναι ουσιαστικά άνισες μεταξύ τους σε όλα τα μήκη κύματος της περιοχής του ερυθρού και κοντινού υπέρυθρου μήκους κύματος εκτός από το ισοσβεστικό μήκος κύματος των 805 nm όπως φαίνεται και στην Εικόνα Με το Sa0 2 περίπου στο 90%, η αρτηριακή απορρόφηση α Α οφείλεται κατά 90% στην οξυγονωμένη αρτηριακή απορρόφηση και κατά 10% στην μη-οξυγονωμένη αρτηριακή απορρόφηση α DA. Στο ισοσβεστικό μήκος κύματος, η σχετική συμβολή των δυο αυτών συντελεστών στην αρτηριακή α- πορρόφηση, έχει ελάχιστη σημασία αφού είναι και οι δυο ίσοι (Εικόνα 2.4.1). Τα επιλεγμένα μήκη κύματος απέχουν όμως από το κατά προσέγγιση ισοσβεστικό μήκος κύματος κάτι το οποίο επιτρέπει στα δυο σήματα να διακρίνονται εύκολα. Είναι γενικά προτιμότερο τα δυο μήκη κύματος που επιλέγονται να εμπίπτουν στην ερυθρή και υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Ο λόγος του συντελεστή μετάδοσης της αρτηριακής συνιστώσας του αίματος στο ερυθρό και υπέρυθρο μήκος κύματος λαμβάνοντας υπόψη τις πιο πάνω πράξεις, μας οδηγεί στο : 32

33 Τ ΔΑR = η μεταβολή του αρτηριακού συντελεστή μετάδοσης του φωτός στο ερυθρό μήκος κύματος Τ ΔΑIR = η μεταβολή του αρτηριακού συντελεστή μετάδοσης του φωτός στο υπέρυθρο μήκος κύματος Εάν οι δυο πηγές είναι τοποθετημένες περίπου στην ίδια θέση σε σχέση με το δάκτυλο, το μήκος της διαδρομής του φωτός μέσα από το δάκτυλο είναι περίπου το ίδιο για το φως που εκπέμπεται από κάθε LED. Έτσι, η μεταβολή της οπτικής διαδρομής Δ d, που η αρτηριακή ροή του αίματος προκαλεί, είναι περίπου ίδια τόσο για την ερυθρή όσο και την υπέρυθρη πηγή. Για το λόγο αυτό ο όρος Δ d, στον αριθμητή και τον παρονομαστή της πιο πάνω εξίσωσης μπορεί να απαλείφει από την πιο πάνω εξίσωση και έχουμε : Η παραπάνω εξίσωση είναι ανεξάρτητη από την ένταση του προσπίπτοντος φωτός Ι 0 και της μεταβολής στο πάχος του δακτύλου Δ d που οφείλεται στην αρτηριακή ροή του αίματος. Λόγω της πολυπλοκότητας της φυσιολογικής διαδικασίας ο λόγος που φαίνεται στην εξίσωση πιο πάνω δεν μας παρέχει άμεσα μια ακριβή μέτρηση του κορεσμού του οξυγόνου. Εάν όμως μπορεί να προσδιοριστεί ο λόγος της αρτηριακής απορρόφησης στο ερυθρό και στο υπέρυθρο μήκος κύματος, ο κορεσμός οξυγόνου της αρτηριακής ροής του αίματος μπορεί να εξαχθεί ανεξάρτητα από τις εμπειρικές καμπύλες βαθμονόμησης με τρόπο που να εξαρτάται από τα Ι 0 και Δ d. Για λόγους απλότητας ο μετρούμενος λόγος R os ορίζεται σύμφωνα με την εξίσωση : Η μέθοδος κορυφής και κατώτερης τιμής Λόγος των Λόγων Ο λόγος των λόγων είναι μια μεταβλητή που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του κορεσμού του οξυγόνου. Υπολογίζεται με χρήση του φυσικού λογάριθμου του λόγου της τιμής κορυφής του κόκκινου σήματος (Red Led ) διαιρούμενο με την κατώτερη μέτρηση κόκκινου σήματος. Ο λόγος διαιρείται έπειτα με το φυσικό λογάριθμο του λόγου της τιμής κορυφής του κόκκινου σήματος. Ο λόγος διαιρείται με το φυσικό λογάριθμο του λόγου της τιμής κορυφής του υπέρυθρου σήματος που διαιρείται με την κατώτερη μέτρηση του υπέρυθρου σήματος. Μια φωτοδίοδος που είναι τοποθετημένη στην πλευρά του δαχτύλου απέναντι από το κόκκινο υπέρυθρο LED λαμβάνει φως και στα δυο μήκη κύματος που διαβιβάζονται μέσω του 33

34 δαχτύλου. Το λαμβανόμενο ερυθρό μήκος κύματος ποικίλλει με κάθε σφυγμό και έχει μέγιστες και ελάχιστες τιμές RH και RL αντίστοιχα. Το RL εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της συστολής και όταν ο όγκος του αρτηριακού αίματος βρίσκεται στο μέγιστο του ενώ το RH εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της συστολής και όταν ο όγκος του αρτηριακού αίματος είναι μικρότερος. Λαμβάνοντας υπόψη την εκθετική μείωση του φωτός διαμέσου των ομοιογενών υλικών προκύπτει: Παίρνοντας το λόγο των εξισώσεων και απαλείφοντας έχουμε: Παίρνοντας το λόγο το φυσικό λογάριθμο και στα δυο μέλη της εξίσωσης προκύπτει: Ομοίως εργαζόμενοι μπορεί να παραχθεί η αντίστοιχη έκφραση για το υπέρυθρο σήμα, δηλαδή: Ο λογομετρικός συνδυασμός των εξισώσεων και δίνει: Επειδή οι όροι Δd στον αριθμητή και τον παρονομαστή στο δεξιό μέλος της εξίσωσης α- παλείφονται, όπως και τα αρνητικά πρόσημα πριν από κάθε όρο, η εξίσωση όταν συνδυαστεί με την εξίσωση δίνει: 34

35 Κατά συνέπεια, η τιμή για τον όρο Ros μπορεί να προσδιοριστεί με τη μέτρηση των ελαχίστων και των μεγίστων των φωτεινών εντάσεων, τόσο για τα ερυθρά όσο και για τα υπέρυθρα μήκη κύματος (RL, RH, IRL,IRH). Στη συνέχεια οι εμπειρικά παραγόμενες καμπύλες βαθμονόμησης, χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν τον κορεσμό του οξυγόνου βασιζόμενες στο Ros. Σχήμα Γραφική αναπαράσταση της εκπεμπόμενης φωτεινής έντασης που έχει μετατραπεί σε ηλεκτρικό σήμα. Τα μέγιστα (H) και ελάχιστα (L) των σημάτων είναι συνάρτηση του χρόνου, τόσο του εκπεμπόμενου ερυθρού όσο και του υπέρυθρου (IR) φωτός, μέσω του δαχτύλου. Εικόνα : Διέλευση φωτός διαμέσου του δαχτύλου.στο σχήμα φαίνεται η εξασθένηση που οφείλεται στους ιστούς (Τ),στο φλεβικό αίμα (V),και στο αρτηριακό(α). Στα σχήματα (b) & (c) δίνονται δύο παραδείγματα σημάτων ανιχνευόμενου φωτός. 35

36 2.7 Περιορισμοί της παλμικής οξυμετρίας Παρά την εμπιστοσύνη που δείχνεται στις πληροφορίες που εξάγονται από αυτό το πολύ σημαντικό σύστημα παρακολούθησης, οι υποκείμενες αρχές και περιορισμοί της παλμικής οξυμετρίας δε γίνονται σωστά αντιληπτές Δυσαιμογλοβιναιμία Η ακρίβεια της παλμικής οξυμετρίας είναι εξαιρετική όταν ο κορεσμός του οξυγόνου βρίσκεται στην περιοχή τιμών από %, θεωρώντας ότι οι μόνες δύο μορφές αιμογλοβίνης που είναι παρούσες στο αίμα είναι η μειωμένη αιμογλοβίνη και η οξυαιμογλοβίνη. Αν η καρβοξιαιμογλοβίνη και η μεθαιμογλοβίνη είναι παρούσες σε εκτιμήσιμες ποσότητες, η ακρίβεια τίθεται υπό αμφισβήτηση. Οι COHb και MetHb απορροφούν και αυτές φως στα μήκη κύματος που χρησιμοποιεί η συσκευή, και αυτό οδηγεί σε λάθος στον προσδιορισμό των ποσοστών της μειωμένης και της οξυγονωμένης αιμογλοβίνης. Η MetHb απορροφά ίσες ποσότητες ερυθρού και εγγύς υπέρυθρου φωτός. Ο λόγος της παλλόμενης προς τη μη παλλόμενη απορρόφηση στα δύο μήκη κύματος είναι 1 σε ένα ποσοστό κορεσμού της αιμογλοβίνης της τάξης του 85%.Μια υψηλή συγκέντρωση MetHb αναγκάζει τον κορεσμό να προσεγγίσει το 85%. Όταν ο ασθενής είναι υποξικός (κορεσμός 40-50%), η μεθαιμογλοβίνη τεχνητως ανεβάζει τον κορεσμό στο 85% και το αντίθετο συμβαίνει όταν ο κορεσμός βρίσκεται στο 100%. Αυτό ερμηνεύει το γεγονός ότι οι ενδείξεις του οργάνου παραμένουν στο 85% σε περιπτώσεις παρουσίας ισχυρής μεθαιμογλοβιναιμίας, ανεξάρτητα από τον πραγματικό κορεσμό οξυγόνου, ενώ ένα συμπληρωματικό όργανο που χρησιμοποιεί ποικίλα μήκη κύματος θα δείξει μειωμένους κορεσμούς οξυγόνου με αυξανόμενα επίπεδα MetHb. Όταν μάλιστα υπάρχει υποψία για σημαντική περίπτωση μεθαιγλοβιναιμίας, είναι απαραίτητο να ελεγχθεί ένα δείγμα αρτηριακού αίματος για να μετρηθεί η ποσότητα οξυαιμογλοβίνης και μεθαιμογλοβίνης. Τα επίπεδα καρβοξυαιμογλοβίνης στους μη καπνιστές είναι μικρότερα από 2%, ενώ μπορεί να είναι υψηλά μέχρι 10-20% σε άτομα που καπνίζουν πάρα πολύ. Η COHb απορροφά πολύ λίγο στα 940nm, ενώ στα 660 ο συντελεστής απορρόφησής της είναι αρκετά παρόμοιος με αυτόν της οξιαιμογλοβίνης. Έτσι η παρουσία ισχυρής καρβοξυαιμογλοβίνης θα προσομοιάζει την καμπύλη της οξυαιμογλοβίνης στην ερυθρή περιοχή, χωρίς καμιά επίδραση στην υπέρυθρη, και θα μοιάζει έτσι με την Hb προκαλώντας «υπερ» ενδείξεις στο όργανο. Για κάθε 1% της κυκλοφορούσας καρβοξυαιμογλοβίνης, το όργανο διαβάζει 1% παραπάνω. Το 50% των καπνιστών έχει συγκέντρωση καρβοξυαιμογλοβίνης της τάξης του 6%. 36

37 Όταν πιθανολογείται η σημαντική παρουσία καθεμιάς από αυτές τις μορφές αιμογλοβίνης, τότε η παλμική οξυμετρία θα πρέπει να συνοδεύεται από τη χρήση ενός συμπληρωματικού οξυμέτρου με τη χρήση πολλαπλών μηκών κύματος. Άλλες συνηθισμένες πηγές σφάλματος περιλαμβάνουν εξωγενείς ενεργειακές πηγές, κυρίως ισχυρό ορατό ή υπέρυθρο φως που μπορεί να προκαλέσει μια υπερφόρτωση στον ανιχνευτή και να δείξει κατά αυτόν τον τρόπο τιμή 85%. Το πρόβλημα της παρουσίας ισχυρού φθορίζοντος περιβάλλοντος φωτός, μπορεί να α- ντιμετωπιστεί καλύπτοντας τον αισθητήρα με τσόχινα καλύμματα. Οι παλλόμενες φλέβες μπορούν επίσης να προκαλέσουν λανθασμένες αναγνώσεις στο όργανο, καθώς αυτό δε μπορεί να διακρίνει ανάμεσα σε αρτηρίες και φλέβες Ανεπαρκής λειτουργία λόγω ανεπαρκούς διάχυσης αίματος Ο πιο σημαντικός περιορισμός για τα οξύμετρα είναι ότι δεν είναι ακριβή για τους ασθενείς που τα χρειάζονται πιο πολύ. Καθώς είναι υποχρεωτικό να υπάρχει καλή κυματομορφή του παλμού( αυτό είναι απαραίτητο για το να υπολογίσει η συσκευή το λόγο της παλλόμενης προς τη μη παλλόμενη απορρόφηση και να προκύψει ο κορεσμός οξυγόνου), το οξύμετρο αποτυγχάνει να δώσει ακριβείς ενδείξεις όταν οι επιφανειακές διακυμάνσεις είναι φτωχές. Επαρκείς αρτηριακές διακυμάνσεις είναι απαραίτητες για να γίνει η διάκριση ανάμεσα στο φως που απορροφάται από το αρτηριακό αίμα και σε αυτό που απορροφάται από το φλεβικό και τους ιστούς και οι ενδείξεις μπορεί να είναι αναξιόπιστες ή να μην είναι διαθέσιμες αν υπάρχει απώλεια ή θόλωμα στον παλμό. Κάτω από αυτές τις συνθήκες κάποια οξύμετρα δε δείχνουν καμιά ένδειξη ή βγάζουν μυνήματα όπως Σήμα Χαμηλής Ποιότητας ή Ανεπαρκές Σήμα. Κάποια άλλα παγώνουν την εικόνα στην προηγούμενη ένδειξη όταν δεν είναι ικανά να ανιχνεύσουν μια συνεπή παλμική κυμάτωση. Δεν πρέπει συνεπώς η παρουσία μιας συσκευής που λειτουργεί να ερμηνευτεί ως στοιχείο επαρκούς οξυγόνωσης των ιστών και μεταφοράς οξυγόνου στα ζωτικά όργανα. Κάποιες μέθοδοι που βελτιώνουν το σήμα περιλαμβάνουν την εφαρμογή αγγειοδιαστολικής κρέμας, διαχείριση ενδιάμεσων αρτηριακών αγγειοδιαστολών, ή τοποθέτηση ενός γαντιού γεμάτου με ζεστό νερό στο χέρι του ασθενούς. Θερμαίνοντας κρύες περιοχές μπορεί να συμβάλλει στην αύξηση του πλάτους του παλμού, δεδομένου ότι η καρδιακή έξοδος δεν είναι πιεσμένη. Άλλοι παράγοντες που έχουν καταγραφεί ότι συμβάλλουν σε υψηλότερα ποσοστά αποτυχίας αφορούν : 4. πολύ νεαρούς ή πολύ ηλικιωμένους ασθενείς, 5. ασθενείς που αναφέρονται ως κατηγορίες ΑSA III και IV. 37