Оценить погрешности своего оборудования можно, сравнив показания пульсоксиметра при освещенном и закрытом от света датчике.
Погрешности, вызванные наводкой. На точности показаний пульсоксиметра сказывается постороннее электромагнитное излучение, в океане которого работает монитор. У фотодетектора датчика электрический сигнал очень слабый, особенно в условиях нарушенной перфузии тканей, и наводка от работающей рядом электрохирургической аппаратуры может быть видна на фотоплетизмограмме (рис. 1.5). Это сильно влияет на точность измерения. Проблема обычно решается одним из двух способов - эффективным экранированием кабеля датчика и применением схем, подавляющих наводку, что позволяет сделать прибор почти нечувствительным к внешнему электромагнитному излучению (DATASCOPE, DATEX, CURATIVUS и некоторые др.),- или не решается вовсе. Мониторы фирмы OHMEDA, плохо защищенные от наводки, ведут себя, тем не менее, честно: они распознают проблему, прекращают измерение до момента ее исчезновения и сообщают об этом на дисплее. К сожалению, большинство моделей пульсоксиметров (CRITICARE, INVIVO, NELLCOR, PHYSIOCONTROL, CATALYST и др.') при появлении наводки отображают на дисплее неправильную величину сатурации, особенно при плохом периферическом кровотоке.
Рис. 1.5. Погрешность, вызванная электронаводкой
Датчик и его кабель должны находиться как можно дальше от кабелей электроинструмента.
Погрешности, порожденные низкой амплитудой ФПГ. Способность пульсоксиметра выделять полезный сигнал для расчета SpO2 зависит от объема пульсаций, то есть от амплитуды фотоплетизмограммы. При ослаблении периферического кровотока монитор вынужден прибегать к значительному усилению электрического сигнала, но при этом неизбежно нарастает и фоновый шум фотодетектора. При критическом снижении амплитуды ФПГ соотношение сигнал/шум становится настолько низким, что сказывается на точности расчета SpO-г. Пульсоксиметры разных фирм ведут себя в этой ситуации неодинаково. "Честные" модели либо прекращают индикацию SpO2, либо предупреждают на дисплее, что не ручаются за точность данных. Остальные же не моргнув глазом показывают величину, рассчитанную зачастую не из сигнала, а из шума. Однажды нам довелось наблюдать, как пульсоксиметр "ТРИТОН" (Екатеринбург) исправно продолжал показывать вполне приличную сатурацию и нормальный пульс после окончания безуспешной реанимации (факт остановки сердца не вызывал сомнений, поскольку больному была выполнена торакотомия).
Еще один фактор, влияющий на величину Sp02,- концентрация гемоглобина в крови. При глубокой анемии, сочетающейся с расстройствами периферического кровотока, точность измерения Sp02 уменьшается на несколько процентов. Причина снижения точности очевидна: именно гемоглобин является носителем исходной информации для пульсоксиметра.
Кстати, по способности правильно измерять SpO2 даже в самых тяжелых условиях, при очень малой амплитуде ФПГ, модели пульсоксиметров различаются весьма существенно. Эта способность зависит и от алгоритмов, по которым работает прибор, и от качества элементов, из которых он изготовлен, и от программ компенсации и калибровки.
Хороший пульсоксиметр продолжает давать надежную информацию и в тех ситуациях, когда она поистине на вес золота: при лечении больных с критическими нарушениями кровообращения.
К сожалению, многие типы мониторов удовлетворительно функционируют только в льготных условиях. Как правило, рассчитывать на отличные рабочие характеристики прибора можно в тех случаях, когда он произведен известной фирмой, имеющей хорошую репутацию. При этом, несмотря на более высокую стоимость, соотношение цена/качество обычно оказывается ниже, чем у дешевых, но ненадежных приборов "третьих" фирм.
Существует простой способ проверки монитора. Зафиксируйте датчик на своем пальце, положите руку на стол и включите пульсоксиметр. На дисплее высветятся значения ЗрОаи частоты пульса, измеренные в идеальных условиях. Запомните их, встаньте и поднимите руку с датчиком вверх. В результате кровенаполнение тканей пальца и амплитуда пульсаций резко уменьшатся. Пульсоксиметру потребуется несколько секунд для того, чтобы подобрать интенсивность свечения фотодиодов и новый коэффициент усиления сигнала и заново рассчитать сатурацию и частоту пульса. Данные параметры не должны отличаться от исходных: поднятие руки никак не влияет на оксигенацию крови в легких. Если пульсоксиметр показывает другие значения или вообще прекращает работать, значит, он непригоден для мониторинга больных с тяжелыми расстройствами кровообращения.
Артефакты, вызванные движением больного. Самая частая причина ошибок пульсоксиметра - движения больного. Их обнаружение и коррекция - задача достаточно сложная. Эффективность решения данной проблемы во многом определяет репутацию модели.
При движениях пациента на ФПГ образуются дополнительные волны, обусловленные не пульсацией артериальной крови, а изменением расстояния и оптической плотности структур между светодиодами и фотодетектором (рис. 1.6). Читатель может легко убедиться в этом, надев датчик на палец и помахав рукой. Возникающие изменения указанных выше показателей обычно находятся в физиологическом диапазоне, включаются в расчет Sp02 и частоты пульса и приводят к грубейшим ошибкам. С такой проблемой чаще приходится сталкиваться в палатах интенсивной терапии и при транспортировке больного, нежели в операционной. Артефакты, возникающие вследствие движения больного, обычно кратковременны, но могут наблюдаться часто. При мышечной дрожи, выраженном двигательном беспокойстве или судорогах целесообразно вообще отказаться от пульсоксиметрии, чтобы не оплачивать ложные данные расходами на покупку нового датчика взамен сломанного*.
Цена многоразового пальцевого датчика в настоящее время составляет от 150 до 400 долларов.
Рис. 1.6. Артефакты, вызванные движением больного
В настоящее время применяются различные способы борьбы с артефактами, вызванными движением.
Если на дисплее монитора отражается фотоплетизмограмма, то по неправильной форме кривой нетрудно обнаружить влияние движений пациента на измерение и не принимать во внимание получаемые в этот момент данные (важный аргумент в пользу приобретения мониторов с полноценным дисплеем).
Некоторые модели допускают возможность увеличения периода усреднения данных (см. выше). При этом некорректные измерения "разбавляются" истинными, и величина ошибки уменьшается. Так работают, например, пульсоксиметр Biox 3700e (OHMEDA), мониторы ММ200 (ARTEMA) и др. У метода есть два недостатка: ошибка до конца не устраняется (снижается лишь ее величина), а реакция прибора на внезапные события замедляется.
В программном обеспечении некоторых моделей заложено "умение" распознавать артефакты, порожденные движениями больного и прочими причинами, по нетипичному поведению ФПГ или резким колебаниям SpO2, нехарактерным для физиологических изменений. Например, снижение SpO2 за 3 секунды с 94 до 60 % программа монитора всегда расценивает как артефакт, подает соответствующее сообщение на дисплей и "замораживает" последние истинные показатели. Анализ фотоплетизмограммы с целью увеличения точности измерения SpO2 применяется в модели NELLCOR (Symphony N 3000), снабженной программой коррекции различных артефактов, имеющей фирменное название OXISMART. Обнаружения артефактов и повышение точности работы в условиях нарушенной перфузии обеспечивает и технология выделения сигнала (SET, Signal Extraction Technology), недавно разработанная американской корпорацией MASIMO. Еще одним примером является технология SAC (Serial AutoCorrection), применяемая в мониторах фирм BCI и CURATIVUS.
Другой способ - сравнение ФПГ и ЭКГ. О движениях пациента свидетельствует несоответствие волн ФПГ зубцам R на ЭКГ. Эта идея была предложена фирмой NELLCOR, названа ею C-lock и реализована в пульсоксиметре N 200 и последующих моделях. В настоящее время данный принцип в той или иной модификации применяется в пульсоксиметрах различных фирм (CRITICARE, DATEX и др.).
Принцип C-lock оказался весьма эффективным. Так, еще в 1993 г. санитарная авиация Германии внесла его в стандарт оборудования вертолетов и автомобилей для транспортировки больных, обнаружив, что частота возникновения артефактов, вызванных вибрацией и тряской, при использовании этого способа снижается в 8 раз (испытывались мониторы PROPAQ 106EL американской фирмы PROTOCOL SYSTEMS INC.).
Недостаток метода состоит в том, что только ради борьбы с погрешностями приходится подключать к больному электрокардиомонитор. Тем самым пульсоксиметрия лишается одного из основных своих преимуществ - предельной простоты процедуры. Правда, при отсутствии необходимости или желания встроенный модуль ЭКГ можно и не включать, постаравшись забыть о затратах на его приобретение. Кроме того, при мышечной дрожи наводка на ЭКГ может сделать C-lock бесполезным.
Недостаток обернулся достоинством, когда кривую ЭКГ начали выводить на экран. Мониторинг стал комплексным и более дешевым, поскольку теперь покупатели любовались электрокардиограммой, не платя за дополнительные блок питания, дисплей и корпус. Удивительно, что такой простой и естественный шаг предприняли уже другие фирмы, а не автор идеи C-lock - фирма NELLCOR, которая до последнего времени упорно рассматривала ЭКГ-сигнал только как средство для обнаружения артефактов. И наконец, история эта получила завершение, когда фирма DATEX вывела на дисплей своей модели SATLITE PLUS частоту сердечных сокращений, рассчитанную по ЭКГ, в результате чего появилась возможность не терять этот показатель при движениях больного или критическом снижении амплитуды ФПГ, а также мониторировать дефицит пульса при мерцательной аритмии.
При использовании простейших моделей пульсоксиметров проблема артефактов, вызванных движением, остается нерешенной, в связи с чем ориентироваться на их показания можно только при неподвижном датчике.
Существуют элементарные правила, придерживаясь которых можно уменьшить эти артефакты или вовсе избежать их.
• Артефакты возникают реже, если датчик имеет небольшой вес и гибкий легкий кабель.
• Пальцевой датчик необходимо устанавливать правильно:
кабель должен находиться на тыльной поверхности пальца.
• Кабель датчика можно фиксировать клейкой лентой к руке. Если кабель свисает с кровати, он - за счет своего веса - провоцирует смещение датчика. Для дополнительной фиксации кабеля к простыне пользуйтесь специальной клипсой.
• Рука подвижного пациента должна быть фиксирована к кровати, но так, чтобы при этом не нарушался кровоток. Помимо гуманных соображений здесь присутствуют еще и практические: вместо артефакта, порожденного движением, есть вероятность получить его собрата, вызванного низкой амплитудой пульса.
• Стабильности мониторинга способствует правильный выбор датчика, если фирма-производитель предоставляет такую возможность. Датчики-клипсы смещаются легко, особенно если их внутренняя поверхность выполнена из скользкого материала'. Более надежно при движениях больного работают
' С целью уменьшения скольжения внутренняя поверхность датчиков выполняется и.ч резины. Описаны случаи аллергических реакций на натуральный латекс, который нередко используется в датчиках.
гибкие датчики, которые фиксируются клейкой лентой или специальными ленточными фиксаторами. Такие датчики выпускаются разными фирмами и часто имеют собственные названия: FLEXALITE и VERSALITE (DATEX), OXISENSOR D-25 (NELLCOR-PB), Y-SENSOR (NOVAMETRIX) и др.
Проблема точности измерения
Физиологические основы пульсоксиметрии
Кривая диссоциации оксигемоглобина
Погрешности, вызванные наводкой. На точности показаний пульсоксиметра сказывается постороннее электромагнитное излучение, в океане которого работает монитор. У фотодетектора датчика электрический сигнал очень слабый, особенно в условиях нарушенной перфузии тканей, и наводка от работающей рядом электрохирургической аппаратуры может быть видна на фотоплетизмограмме (рис. 1.5). Это сильно влияет на точность измерения. Проблема обычно решается одним из двух способов - эффективным экранированием кабеля датчика и применением схем, подавляющих наводку, что позволяет сделать прибор почти нечувствительным к внешнему электромагнитному излучению (DATASCOPE, DATEX, CURATIVUS и некоторые др.),- или не решается вовсе. Мониторы фирмы OHMEDA, плохо защищенные от наводки, ведут себя, тем не менее, честно: они распознают проблему, прекращают измерение до момента ее исчезновения и сообщают об этом на дисплее. К сожалению, большинство моделей пульсоксиметров (CRITICARE, INVIVO, NELLCOR, PHYSIOCONTROL, CATALYST и др.') при появлении наводки отображают на дисплее неправильную величину сатурации, особенно при плохом периферическом кровотоке.
Датчик и его кабель должны находиться как можно дальше от кабелей электроинструмента.
Погрешности, порожденные низкой амплитудой ФПГ. Способность пульсоксиметра выделять полезный сигнал для расчета SpO2 зависит от объема пульсаций, то есть от амплитуды фотоплетизмограммы. При ослаблении периферического кровотока монитор вынужден прибегать к значительному усилению электрического сигнала, но при этом неизбежно нарастает и фоновый шум фотодетектора. При критическом снижении амплитуды ФПГ соотношение сигнал/шум становится настолько низким, что сказывается на точности расчета SpO-г. Пульсоксиметры разных фирм ведут себя в этой ситуации неодинаково. "Честные" модели либо прекращают индикацию SpO2, либо предупреждают на дисплее, что не ручаются за точность данных. Остальные же не моргнув глазом показывают величину, рассчитанную зачастую не из сигнала, а из шума. Однажды нам довелось наблюдать, как пульсоксиметр "ТРИТОН" (Екатеринбург) исправно продолжал показывать вполне приличную сатурацию и нормальный пульс после окончания безуспешной реанимации (факт остановки сердца не вызывал сомнений, поскольку больному была выполнена торакотомия).
Еще один фактор, влияющий на величину Sp02,- концентрация гемоглобина в крови. При глубокой анемии, сочетающейся с расстройствами периферического кровотока, точность измерения Sp02 уменьшается на несколько процентов. Причина снижения точности очевидна: именно гемоглобин является носителем исходной информации для пульсоксиметра.
Кстати, по способности правильно измерять SpO2 даже в самых тяжелых условиях, при очень малой амплитуде ФПГ, модели пульсоксиметров различаются весьма существенно. Эта способность зависит и от алгоритмов, по которым работает прибор, и от качества элементов, из которых он изготовлен, и от программ компенсации и калибровки.
Хороший пульсоксиметр продолжает давать надежную информацию и в тех ситуациях, когда она поистине на вес золота: при лечении больных с критическими нарушениями кровообращения.
К сожалению, многие типы мониторов удовлетворительно функционируют только в льготных условиях. Как правило, рассчитывать на отличные рабочие характеристики прибора можно в тех случаях, когда он произведен известной фирмой, имеющей хорошую репутацию. При этом, несмотря на более высокую стоимость, соотношение цена/качество обычно оказывается ниже, чем у дешевых, но ненадежных приборов "третьих" фирм.
Существует простой способ проверки монитора. Зафиксируйте датчик на своем пальце, положите руку на стол и включите пульсоксиметр. На дисплее высветятся значения ЗрОаи частоты пульса, измеренные в идеальных условиях. Запомните их, встаньте и поднимите руку с датчиком вверх. В результате кровенаполнение тканей пальца и амплитуда пульсаций резко уменьшатся. Пульсоксиметру потребуется несколько секунд для того, чтобы подобрать интенсивность свечения фотодиодов и новый коэффициент усиления сигнала и заново рассчитать сатурацию и частоту пульса. Данные параметры не должны отличаться от исходных: поднятие руки никак не влияет на оксигенацию крови в легких. Если пульсоксиметр показывает другие значения или вообще прекращает работать, значит, он непригоден для мониторинга больных с тяжелыми расстройствами кровообращения.
Артефакты, вызванные движением больного. Самая частая причина ошибок пульсоксиметра - движения больного. Их обнаружение и коррекция - задача достаточно сложная. Эффективность решения данной проблемы во многом определяет репутацию модели.
При движениях пациента на ФПГ образуются дополнительные волны, обусловленные не пульсацией артериальной крови, а изменением расстояния и оптической плотности структур между светодиодами и фотодетектором (рис. 1.6). Читатель может легко убедиться в этом, надев датчик на палец и помахав рукой. Возникающие изменения указанных выше показателей обычно находятся в физиологическом диапазоне, включаются в расчет Sp02 и частоты пульса и приводят к грубейшим ошибкам. С такой проблемой чаще приходится сталкиваться в палатах интенсивной терапии и при транспортировке больного, нежели в операционной. Артефакты, возникающие вследствие движения больного, обычно кратковременны, но могут наблюдаться часто. При мышечной дрожи, выраженном двигательном беспокойстве или судорогах целесообразно вообще отказаться от пульсоксиметрии, чтобы не оплачивать ложные данные расходами на покупку нового датчика взамен сломанного*.
Цена многоразового пальцевого датчика в настоящее время составляет от 150 до 400 долларов.
В настоящее время применяются различные способы борьбы с артефактами, вызванными движением.
Если на дисплее монитора отражается фотоплетизмограмма, то по неправильной форме кривой нетрудно обнаружить влияние движений пациента на измерение и не принимать во внимание получаемые в этот момент данные (важный аргумент в пользу приобретения мониторов с полноценным дисплеем).
Некоторые модели допускают возможность увеличения периода усреднения данных (см. выше). При этом некорректные измерения "разбавляются" истинными, и величина ошибки уменьшается. Так работают, например, пульсоксиметр Biox 3700e (OHMEDA), мониторы ММ200 (ARTEMA) и др. У метода есть два недостатка: ошибка до конца не устраняется (снижается лишь ее величина), а реакция прибора на внезапные события замедляется.
В программном обеспечении некоторых моделей заложено "умение" распознавать артефакты, порожденные движениями больного и прочими причинами, по нетипичному поведению ФПГ или резким колебаниям SpO2, нехарактерным для физиологических изменений. Например, снижение SpO2 за 3 секунды с 94 до 60 % программа монитора всегда расценивает как артефакт, подает соответствующее сообщение на дисплей и "замораживает" последние истинные показатели. Анализ фотоплетизмограммы с целью увеличения точности измерения SpO2 применяется в модели NELLCOR (Symphony N 3000), снабженной программой коррекции различных артефактов, имеющей фирменное название OXISMART. Обнаружения артефактов и повышение точности работы в условиях нарушенной перфузии обеспечивает и технология выделения сигнала (SET, Signal Extraction Technology), недавно разработанная американской корпорацией MASIMO. Еще одним примером является технология SAC (Serial AutoCorrection), применяемая в мониторах фирм BCI и CURATIVUS.
Другой способ - сравнение ФПГ и ЭКГ. О движениях пациента свидетельствует несоответствие волн ФПГ зубцам R на ЭКГ. Эта идея была предложена фирмой NELLCOR, названа ею C-lock и реализована в пульсоксиметре N 200 и последующих моделях. В настоящее время данный принцип в той или иной модификации применяется в пульсоксиметрах различных фирм (CRITICARE, DATEX и др.).
Принцип C-lock оказался весьма эффективным. Так, еще в 1993 г. санитарная авиация Германии внесла его в стандарт оборудования вертолетов и автомобилей для транспортировки больных, обнаружив, что частота возникновения артефактов, вызванных вибрацией и тряской, при использовании этого способа снижается в 8 раз (испытывались мониторы PROPAQ 106EL американской фирмы PROTOCOL SYSTEMS INC.).
Недостаток метода состоит в том, что только ради борьбы с погрешностями приходится подключать к больному электрокардиомонитор. Тем самым пульсоксиметрия лишается одного из основных своих преимуществ - предельной простоты процедуры. Правда, при отсутствии необходимости или желания встроенный модуль ЭКГ можно и не включать, постаравшись забыть о затратах на его приобретение. Кроме того, при мышечной дрожи наводка на ЭКГ может сделать C-lock бесполезным.
Недостаток обернулся достоинством, когда кривую ЭКГ начали выводить на экран. Мониторинг стал комплексным и более дешевым, поскольку теперь покупатели любовались электрокардиограммой, не платя за дополнительные блок питания, дисплей и корпус. Удивительно, что такой простой и естественный шаг предприняли уже другие фирмы, а не автор идеи C-lock - фирма NELLCOR, которая до последнего времени упорно рассматривала ЭКГ-сигнал только как средство для обнаружения артефактов. И наконец, история эта получила завершение, когда фирма DATEX вывела на дисплей своей модели SATLITE PLUS частоту сердечных сокращений, рассчитанную по ЭКГ, в результате чего появилась возможность не терять этот показатель при движениях больного или критическом снижении амплитуды ФПГ, а также мониторировать дефицит пульса при мерцательной аритмии.
При использовании простейших моделей пульсоксиметров проблема артефактов, вызванных движением, остается нерешенной, в связи с чем ориентироваться на их показания можно только при неподвижном датчике.
Существуют элементарные правила, придерживаясь которых можно уменьшить эти артефакты или вовсе избежать их.
• Артефакты возникают реже, если датчик имеет небольшой вес и гибкий легкий кабель.
• Пальцевой датчик необходимо устанавливать правильно:
кабель должен находиться на тыльной поверхности пальца.
• Кабель датчика можно фиксировать клейкой лентой к руке. Если кабель свисает с кровати, он - за счет своего веса - провоцирует смещение датчика. Для дополнительной фиксации кабеля к простыне пользуйтесь специальной клипсой.
• Рука подвижного пациента должна быть фиксирована к кровати, но так, чтобы при этом не нарушался кровоток. Помимо гуманных соображений здесь присутствуют еще и практические: вместо артефакта, порожденного движением, есть вероятность получить его собрата, вызванного низкой амплитудой пульса.
• Стабильности мониторинга способствует правильный выбор датчика, если фирма-производитель предоставляет такую возможность. Датчики-клипсы смещаются легко, особенно если их внутренняя поверхность выполнена из скользкого материала'. Более надежно при движениях больного работают
' С целью уменьшения скольжения внутренняя поверхность датчиков выполняется и.ч резины. Описаны случаи аллергических реакций на натуральный латекс, который нередко используется в датчиках.
гибкие датчики, которые фиксируются клейкой лентой или специальными ленточными фиксаторами. Такие датчики выпускаются разными фирмами и часто имеют собственные названия: FLEXALITE и VERSALITE (DATEX), OXISENSOR D-25 (NELLCOR-PB), Y-SENSOR (NOVAMETRIX) и др.
Проблема точности измерения
Любой измерительный прибор дает ту или иную погрешность, поэтому нам остается лишь учитывать ее предполагаемую величину. Каждый параметр измеряется с определенной степенью точности, которая устраивает или не устраивает нас, в зависимости от того, что мы собираемся с ним делать. Даже бегло ознакомившись с технической сутью метода, лежащего в основе работы пульсоксиметра, легко заметить, как много заложено в нем потенциальных источников ошибок. И нам необходимо знать, в какой степени мы можем доверять своему монитору, ведь от его показаний зависит принятие важных, а иногда и рискованных решений.
В числе прочих факторов на точность работы монитора влияет качество светодиодов. В идеале измерение должно производиться при длине волны красного света 660 нанометров (нм) и инфракрасного - 940 нм (в некоторых моделях используются другие, но близкие длины волн). Однако светодиоды не являются источниками монохроматического света, а излучают хотя и узкий, но конечный спектр световых частот, в котором имеется одна, преобладающая по интенсивности. Она-то в основном и формирует световой поток, участвующий в измерении. Каждому экземпляру светодиода присуща собственная уникальная характеристика излучения. При отклонении от идеальной длины волны на каждые 3 нм ошибка в измерении Sp02 составляет 0,5 %, а разброс значений в партии может превышать ± 15 нм. Если бы каждый пульсоксиметр снабжался единственным датчиком, с данной проблемой справились бы, внеся поправочные коэффициенты, но срок жизни датчика значительно короче, чем самого монитора. Кроме того, отдельные фирмы предлагают широкий выбор датчиков на все случаи жизни. Чтобы величина SpO2 не зависела от датчика, светодиоды тестируют и из всей партии отбирают лучшие. Это достаточно дорогой, но эффективный способ решения проблемы. Насколько нам известно, самые жесткие критерии отбора (± 2 нм) применяются в фирме DATEX. В другом варианте в ходе производства определяется пиковая длина волны излучения каждого светодиода. Эта информация кодируется в каждом датчике резистором с конкретной величиной сопротивления. После подключения датчика пульсоксиметр считывает код и выбирает соответствующую калибровочную кривую для расчета SpO2. Это усложняет технику, но позволяет полнее использовать партию светодиодов (NELLCOR).
И тот и другой способ связаны с дополнительными расходами на производство, и в конечном итоге их оплатит покупатель. Некоторые мелкие фирмы-производители вообще не ломают голову над этой и другими проблемами или покупают для своих моделей готовые датчики известных фирм.
Сатурация, рассчитанная из сигнала фотодетектора, является для монитора "сырой" информацией и никогда не совпадает с истинной величиной SaOz. Для того чтобы привести этот показатель в порядок, в процессе разработки каждой модели осуществляется сравнение показаний пульсоксиметра с сатурацией, измеренной эталонным методом. В качестве эталона применяется SaOs, измеренная точным гемоксиметром в пробе артериальной крови испытуемого, который дышит газовыми смесями с различным содержанием кислорода. По результатам многочисленных синхронных измерений устанавливается эмпирическая зависимость SpО2 от SaO2, которая называется калибровочной кривой и вводится в алгоритм окончательного расчета показателя. Но даже таким способом добиться полного совпадения показаний пульсоксиметра с Эталоном в реальных клинических условиях не удается. Поэтому в паспорте любой модели должны быть указаны пределы точности результатов.
Обычно погрешность показаний пульсоксиметров находится в пределах:
± 2 % при SpO2 от 100 до 70 %;
± 3 % при Sp02 от 69 до 50 %.
При сатурации ниже 50 % точность не гарантируется, потому что в этом диапазоне добывание данных для калибровки опасно для жизни испытуемых добровольцев. Полезно также иметь в виду следующее: чем ниже насыщение артериальной крови кислородом, тем меньше точность измерения SpO2, хотя динамика изменений этого показателя (снижение или повышение) отражается верно и при очень низком уровне сатурации. Причина снижения точности метода при глубокой гипоксемии заключается в особенностях кривой поглощения гемоглобином красного света.
Глядя на приведенные выше цифры, не следует считать, что когда на дисплее пульсоксиметра величина SpO2 равна 82 %, то истинное значение располагается в пределах от 80 до 84 %. На самом деле в паспорте сообщается не максимальная величина ошибки, а стандартное отклонение (SD - Standard Deviation), показатель, говорящий совсем о другом. Стандартное отклонение ±2 % означает, что лишь в 68 % измерений (то есть примерно в 2/3 всех случаев) SpO2 действительно находится в пределах ± 2 % от истинного значения, а в 95 % случаев не выходит за рамки двух SD, то есть ± 4 %. Нам остается лишь согласиться с тем, что в 5 % случаев пульсоксиметр имеет право показывать SрО2 = 90 % при истинной величине SaO2 = 85 %. Различие в 5 % сатурации далеко не безобидно, особенно на пологой части кривой диссоциации оксигемоглобина.
Необходимо помнить, что калибровочную кривую можно получить только в исследованиях у здоровых людей с нормальным кровообращением, уровнем гемоглобина и прочими имеющими значение показателями. Жестокая реальность клиники» конечно же, далека от тепличных лабораторных условий и вносит свою поправку в точность работы монитора. Серьезные фирмы сами строят калибровочные кривые для своих моделей и постоянно совершенствуют алгоритмы повышения точности измерений. Мелкие же производители пульсоксиметров обычно либо покупают, либо другими способами заимствуют эту информацию, а точность выводят, сравнивая показания собственной модели и мониторов известных фирм. В результате ошибки одного прибора наслаиваются на ошибки другого и точность измерения резко снижается. Зато такой подход к делу позволяет выпускать дешевую продукцию низкого качества и завоевывать беднейшую часть рынка за счет демпинговых цен.
Что способна дать практическому врачу вся эта техническая информация, которая на первый взгляд являет собой проблемы промышленности, а не медицины? Помимо удовольствия знать, умение выбирать монитор и понимание той грустной истины, что мы можем доверять ему не больше, чем вынуждены. Любой специалист, работающий с пульсоксиметрами, знает, как легко оказаться во власти гипноза цифр, сияющих на дисплее монитоpa. И действительно, простота получения важнейшей объективной информации, свойственная данному методу, нередко заслоняет собой проблемы точности измерения, скорости реакции, воспроизводимости результатов… Вместе с тем в некоторых клинических ситуациях эти незаметные проблемы, занимающие в сознании врача крошечный уголок где-то на заднем плане, могут сыграть с ним злую шутку. Чтобы этого не случилось, мы даем вам два совета.
Совет первый. При покупке монитора целесообразнее останавливать свой выбор на моделях крупных фирм, имеющих устойчивую репутацию и располагающих достаточными ресурсами для создания и непрерывного совершенствования высококлассных моделей. Их аппараты заметно дороже, но надежность информации этого стоит. Лучше доплатить за решенные проблемы, чем бесплатно получить ворох нерешенных.
Совет второй. При оценке данных, поступающих от монитора, всегда руководствуйтесь здравым смыслом. Чаще всего одно не противоречит другому, но в случаях, когда возникают сомнения или предстоит принять ответственное решение, лучше определить частоту пульса вручную, а оксигенацию артериальной крови - лабораторным, методом. Такой контроль позволяет быстро избавиться от.излишней доверчивости.
В числе прочих факторов на точность работы монитора влияет качество светодиодов. В идеале измерение должно производиться при длине волны красного света 660 нанометров (нм) и инфракрасного - 940 нм (в некоторых моделях используются другие, но близкие длины волн). Однако светодиоды не являются источниками монохроматического света, а излучают хотя и узкий, но конечный спектр световых частот, в котором имеется одна, преобладающая по интенсивности. Она-то в основном и формирует световой поток, участвующий в измерении. Каждому экземпляру светодиода присуща собственная уникальная характеристика излучения. При отклонении от идеальной длины волны на каждые 3 нм ошибка в измерении Sp02 составляет 0,5 %, а разброс значений в партии может превышать ± 15 нм. Если бы каждый пульсоксиметр снабжался единственным датчиком, с данной проблемой справились бы, внеся поправочные коэффициенты, но срок жизни датчика значительно короче, чем самого монитора. Кроме того, отдельные фирмы предлагают широкий выбор датчиков на все случаи жизни. Чтобы величина SpO2 не зависела от датчика, светодиоды тестируют и из всей партии отбирают лучшие. Это достаточно дорогой, но эффективный способ решения проблемы. Насколько нам известно, самые жесткие критерии отбора (± 2 нм) применяются в фирме DATEX. В другом варианте в ходе производства определяется пиковая длина волны излучения каждого светодиода. Эта информация кодируется в каждом датчике резистором с конкретной величиной сопротивления. После подключения датчика пульсоксиметр считывает код и выбирает соответствующую калибровочную кривую для расчета SpO2. Это усложняет технику, но позволяет полнее использовать партию светодиодов (NELLCOR).
И тот и другой способ связаны с дополнительными расходами на производство, и в конечном итоге их оплатит покупатель. Некоторые мелкие фирмы-производители вообще не ломают голову над этой и другими проблемами или покупают для своих моделей готовые датчики известных фирм.
Сатурация, рассчитанная из сигнала фотодетектора, является для монитора "сырой" информацией и никогда не совпадает с истинной величиной SaOz. Для того чтобы привести этот показатель в порядок, в процессе разработки каждой модели осуществляется сравнение показаний пульсоксиметра с сатурацией, измеренной эталонным методом. В качестве эталона применяется SaOs, измеренная точным гемоксиметром в пробе артериальной крови испытуемого, который дышит газовыми смесями с различным содержанием кислорода. По результатам многочисленных синхронных измерений устанавливается эмпирическая зависимость SpО2 от SaO2, которая называется калибровочной кривой и вводится в алгоритм окончательного расчета показателя. Но даже таким способом добиться полного совпадения показаний пульсоксиметра с Эталоном в реальных клинических условиях не удается. Поэтому в паспорте любой модели должны быть указаны пределы точности результатов.
Обычно погрешность показаний пульсоксиметров находится в пределах:
± 2 % при SpO2 от 100 до 70 %;
± 3 % при Sp02 от 69 до 50 %.
При сатурации ниже 50 % точность не гарантируется, потому что в этом диапазоне добывание данных для калибровки опасно для жизни испытуемых добровольцев. Полезно также иметь в виду следующее: чем ниже насыщение артериальной крови кислородом, тем меньше точность измерения SpO2, хотя динамика изменений этого показателя (снижение или повышение) отражается верно и при очень низком уровне сатурации. Причина снижения точности метода при глубокой гипоксемии заключается в особенностях кривой поглощения гемоглобином красного света.
Глядя на приведенные выше цифры, не следует считать, что когда на дисплее пульсоксиметра величина SpO2 равна 82 %, то истинное значение располагается в пределах от 80 до 84 %. На самом деле в паспорте сообщается не максимальная величина ошибки, а стандартное отклонение (SD - Standard Deviation), показатель, говорящий совсем о другом. Стандартное отклонение ±2 % означает, что лишь в 68 % измерений (то есть примерно в 2/3 всех случаев) SpO2 действительно находится в пределах ± 2 % от истинного значения, а в 95 % случаев не выходит за рамки двух SD, то есть ± 4 %. Нам остается лишь согласиться с тем, что в 5 % случаев пульсоксиметр имеет право показывать SрО2 = 90 % при истинной величине SaO2 = 85 %. Различие в 5 % сатурации далеко не безобидно, особенно на пологой части кривой диссоциации оксигемоглобина.
Необходимо помнить, что калибровочную кривую можно получить только в исследованиях у здоровых людей с нормальным кровообращением, уровнем гемоглобина и прочими имеющими значение показателями. Жестокая реальность клиники» конечно же, далека от тепличных лабораторных условий и вносит свою поправку в точность работы монитора. Серьезные фирмы сами строят калибровочные кривые для своих моделей и постоянно совершенствуют алгоритмы повышения точности измерений. Мелкие же производители пульсоксиметров обычно либо покупают, либо другими способами заимствуют эту информацию, а точность выводят, сравнивая показания собственной модели и мониторов известных фирм. В результате ошибки одного прибора наслаиваются на ошибки другого и точность измерения резко снижается. Зато такой подход к делу позволяет выпускать дешевую продукцию низкого качества и завоевывать беднейшую часть рынка за счет демпинговых цен.
Что способна дать практическому врачу вся эта техническая информация, которая на первый взгляд являет собой проблемы промышленности, а не медицины? Помимо удовольствия знать, умение выбирать монитор и понимание той грустной истины, что мы можем доверять ему не больше, чем вынуждены. Любой специалист, работающий с пульсоксиметрами, знает, как легко оказаться во власти гипноза цифр, сияющих на дисплее монитоpa. И действительно, простота получения важнейшей объективной информации, свойственная данному методу, нередко заслоняет собой проблемы точности измерения, скорости реакции, воспроизводимости результатов… Вместе с тем в некоторых клинических ситуациях эти незаметные проблемы, занимающие в сознании врача крошечный уголок где-то на заднем плане, могут сыграть с ним злую шутку. Чтобы этого не случилось, мы даем вам два совета.
Совет первый. При покупке монитора целесообразнее останавливать свой выбор на моделях крупных фирм, имеющих устойчивую репутацию и располагающих достаточными ресурсами для создания и непрерывного совершенствования высококлассных моделей. Их аппараты заметно дороже, но надежность информации этого стоит. Лучше доплатить за решенные проблемы, чем бесплатно получить ворох нерешенных.
Совет второй. При оценке данных, поступающих от монитора, всегда руководствуйтесь здравым смыслом. Чаще всего одно не противоречит другому, но в случаях, когда возникают сомнения или предстоит принять ответственное решение, лучше определить частоту пульса вручную, а оксигенацию артериальной крови - лабораторным, методом. Такой контроль позволяет быстро избавиться от.излишней доверчивости.
Физиологические основы пульсоксиметрии
Транспорт кислорода в организме - сложнейший процесс. Он включает множество последовательных этапов, в силу чего прочность всей цепочки определяется прочностью слабейшего ее звена. Одно из таких звеньев - насыщение венозной крови кислородом в легких. Сам этот процесс до сих пор остается скрытым от нашего взгляда. Не случайно Дж. Ф. Нанн, автор современного руководства по клинической физиологии дыхания, сравнил легкие с "черным ящиком", внутрь которого нельзя заглянуть; о том же, что в нем происходит, можно лишь догадываться, анализируя кровь и газ, поступающие в легкие и покидающие их. Знание механизмов легочного газообмена во многих случаях позволяет восстановить картину их нарушения по характерным изменениям состава крови и газа. Полученный таким образом патофизиологический диагноз помогает понять, что происходит с больным, выбирать и контролировать терапию.
Пульсоксиметрия предоставляет возможность непрерывно наблюдать лишь за одним из звеньев цепи процессов газообмена - качеством оксигенации артериальной крови в легких. На протяжении от левого желудочка до артериол газовый состав крови в артериях остается практически неизменным, поэтому, хотя территориально датчик пульсоксиметра расположен довольно далеко от легких, величина SpO2 является одной из ключевых характеристик легочного газообмена.
Пульсоксиметрия предоставляет возможность непрерывно наблюдать лишь за одним из звеньев цепи процессов газообмена - качеством оксигенации артериальной крови в легких. На протяжении от левого желудочка до артериол газовый состав крови в артериях остается практически неизменным, поэтому, хотя территориально датчик пульсоксиметра расположен довольно далеко от легких, величина SpO2 является одной из ключевых характеристик легочного газообмена.
Кривая диссоциации оксигемоглобина
Нормальная кривая диссоциации оксигемоглобина представлена на рис. 1.7; В исходной ее точке, когда РаО2 гемоглобин не содержит кислорода и SaО2 также равняется нулю. По мере повышения Ра02 гемоглобин начинает быстро насыщаться кислородом, превращаясь в оксигемоглобин: небольшого увеличения напряжения кислорода оказывается достаточно для существенного прироста содержания НЬО2. При 40 мм рт. ст. содержание НЬО2 достигает уже 75 %. Затем наклон кривой становится все более и более пологим. На этом участке кривой гемоглобин уже менее охотно присоединяет к себе кислород, и для насыщения оставшихся 25 % НЬ требуется поднять Ра02 с 40 до 150 мм рт. ст. Впрочем, в естественных условиях гемоглобин артериальной Крови никогда не насыщается кислородом полностью, потому НТО при дыхании атмосферным воздухом Ра02 не превышает 100 мм рт. ст. (см. ранее).
Рис. 1.7. Кривая диссоциации оксигемоглобина
Нормальному уровню Ра02 (92- 98 мм рт. ст.) соответствует S,0; 94-98 %. Добиться полного насыщения гемоглобина кислородом можно только посредством увеличения содержания кислорода во вдыхаемом газе."
Выбирая пульсоксиметр, обычно проверяют его на себе. Если монитор показывает SpО2= 100 % (а такие модели-оптимисты встречаются достаточно часто), подумайте, стоит ли его покупать. Испытывать пульсоксиметр должен.некурящий человек, так как «осле выкуренной сигареты до 8-10 % гемоглобина крови превращаются в карбоксигемоглобин. При этом пульсоксиметр завышает Sa02, и модель может оказаться незаслуженно скомпрометированной.
Зависимость SaO2 от РaО2 для каждого больного можно описать эмпирическими формулами (уравнение Хилла, алгоритмы Кел-мана, Северингхауза и др.), в которых учитываются температура, рН и прочие факторы. Данные формулы в разных модификациях обычно вводят в современные автоматические приборы контроля КЩС и газового состава крови (Radiometer, AVL, Instrumentation Laboratories и пр.), которые вычисляют сатурацию гемоглобина по напряжению кислорода в крови. Собственно, сама кривая диссоциации оксигемоглобина и является графическим выражением этих уравнений. Более простой показатель положения кривой диссоциации - индекс Рм; он равен напряжению кислорода в крови, при котором сатурация гемоглобина составляет 50 % (рис. 1.7).
Нормальная величина P50 равна 27 мм рт. ст. Ее уменьшение соответствует сдвигу кривой влево, а увеличение - сдвигу вправо.
После полного насыщения гемоглобина кислородом дальнейшее повышение Ра02 сопровождается лишь незначительным приростом СаО2 за счет физически растворенного кислорода. Поэтому увеличение концентрации кислорода во вдыхаемом или вдуваемом газе (F1O2) сверх уровня, достаточного для полного насыщения гемоглобиновой емкости (Sa02 = 99-100 %), редко бывает оправданным.
Проходя через капилляры, артериальная кровь отдает тканям часть содержащегося в ней кислорода и превращается в венозную (PvO2 = 40 мм рт. ст., SvO2 = 75 %). Таким образом, в газообмене участвует лишь около 25 % запаса кислорода артериальной крови, а сатурация и десатурация гемоглобина происходят, на пологом участке кривой диссоциации.
Патология дыхательной системы приводит к нарушению ок-сигенации крови в легких с развитием артериальной гипоксемии, степень которой количественно оценивается пульсоксиметром. В этих условиях снабжение тканей кислородом осуществляется в "аварийном" режиме, на крутом участке кривой, где незначительного падения РаО2 оказывается достаточно для отделения от оксигемоглобина требуемого количества кислорода. Аварийность режима заключается в уменьшении напряжения и, следовательно, содержания кислорода в тканях, о чем свидетельствует низкое напряжение кислорода в венозной крови.
Гемоглобин как транспортный белок призван решать две задачи: присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Эти задачи противоположны по своей сути, но выполняются одним и тем же веществом, поэтому стремление гемоглобина связываться с кислородом (сродство гемоглобина к кислороду) должно быть достаточным - чтобы обеспечить оксигенацию крови в легких, но не избыточным - чтобы не нарушить процесс отдачи кислорода на периферии. Нормальное положение кривой диссоциации оксигемоглобина как раз и соответствует оптимальной готовности гемоглобина к реализации обеих задач. Но при определенных условиях баланс между стремлением гемоглобина присоединить кислород и готовностью его отдать нарушается. Графически это выражается сдвигом кривой диссоциации вправо или влево (рис. 1.8).
Нормальному уровню Ра02 (92- 98 мм рт. ст.) соответствует S,0; 94-98 %. Добиться полного насыщения гемоглобина кислородом можно только посредством увеличения содержания кислорода во вдыхаемом газе."
Выбирая пульсоксиметр, обычно проверяют его на себе. Если монитор показывает SpО2= 100 % (а такие модели-оптимисты встречаются достаточно часто), подумайте, стоит ли его покупать. Испытывать пульсоксиметр должен.некурящий человек, так как «осле выкуренной сигареты до 8-10 % гемоглобина крови превращаются в карбоксигемоглобин. При этом пульсоксиметр завышает Sa02, и модель может оказаться незаслуженно скомпрометированной.
Зависимость SaO2 от РaО2 для каждого больного можно описать эмпирическими формулами (уравнение Хилла, алгоритмы Кел-мана, Северингхауза и др.), в которых учитываются температура, рН и прочие факторы. Данные формулы в разных модификациях обычно вводят в современные автоматические приборы контроля КЩС и газового состава крови (Radiometer, AVL, Instrumentation Laboratories и пр.), которые вычисляют сатурацию гемоглобина по напряжению кислорода в крови. Собственно, сама кривая диссоциации оксигемоглобина и является графическим выражением этих уравнений. Более простой показатель положения кривой диссоциации - индекс Рм; он равен напряжению кислорода в крови, при котором сатурация гемоглобина составляет 50 % (рис. 1.7).
Нормальная величина P50 равна 27 мм рт. ст. Ее уменьшение соответствует сдвигу кривой влево, а увеличение - сдвигу вправо.
После полного насыщения гемоглобина кислородом дальнейшее повышение Ра02 сопровождается лишь незначительным приростом СаО2 за счет физически растворенного кислорода. Поэтому увеличение концентрации кислорода во вдыхаемом или вдуваемом газе (F1O2) сверх уровня, достаточного для полного насыщения гемоглобиновой емкости (Sa02 = 99-100 %), редко бывает оправданным.
Проходя через капилляры, артериальная кровь отдает тканям часть содержащегося в ней кислорода и превращается в венозную (PvO2 = 40 мм рт. ст., SvO2 = 75 %). Таким образом, в газообмене участвует лишь около 25 % запаса кислорода артериальной крови, а сатурация и десатурация гемоглобина происходят, на пологом участке кривой диссоциации.
Патология дыхательной системы приводит к нарушению ок-сигенации крови в легких с развитием артериальной гипоксемии, степень которой количественно оценивается пульсоксиметром. В этих условиях снабжение тканей кислородом осуществляется в "аварийном" режиме, на крутом участке кривой, где незначительного падения РаО2 оказывается достаточно для отделения от оксигемоглобина требуемого количества кислорода. Аварийность режима заключается в уменьшении напряжения и, следовательно, содержания кислорода в тканях, о чем свидетельствует низкое напряжение кислорода в венозной крови.
Гемоглобин как транспортный белок призван решать две задачи: присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Эти задачи противоположны по своей сути, но выполняются одним и тем же веществом, поэтому стремление гемоглобина связываться с кислородом (сродство гемоглобина к кислороду) должно быть достаточным - чтобы обеспечить оксигенацию крови в легких, но не избыточным - чтобы не нарушить процесс отдачи кислорода на периферии. Нормальное положение кривой диссоциации оксигемоглобина как раз и соответствует оптимальной готовности гемоглобина к реализации обеих задач. Но при определенных условиях баланс между стремлением гемоглобина присоединить кислород и готовностью его отдать нарушается. Графически это выражается сдвигом кривой диссоциации вправо или влево (рис. 1.8).