포토플로스모그램

Photoplethysmogram
포토플로스모그래피
PPG.PNG
귀맥 산소측정기에서 채취한 대표적인 PPG.진폭의 변화는 호흡기 유발 변동에 기인한다.
메슈D017156

PPG(Pollophysmogram, PPG)는 광학적으로 획득한 플라이시스모그램으로, 조직의 미세혈관 침대의 혈량 변화를 감지하는 데 사용할 수 있다.[1][2]PPG는 종종 피부를 비추고 빛 흡수의 변화를 측정하는 펄스 산소측정기를 사용하여 얻는다.[3]전통적인 맥박 산소측정기는 피부의 진피와 피하 조직에 대한 혈관의 관류를 감시한다.

핑거펄스옥시미터

심장 주기가 있을 때마다 심장은 주변부로 혈액을 펌프질한다.비록 이 압력 맥박이 피부에 닿을 때쯤 다소 축축해지더라도 피하조직의 동맥과 동맥들을 팽창시키기에 충분하다.맥박 산소측정기가 피부를 압축하지 않고 부착되어 있으면 정맥 플렉서스에서도 압력 펄스를 작은 2차 피크로 볼 수 있다.

압력 펄스에 의한 부피 변화는 발광 다이오드(LED)[4]의 빛으로 피부를 밝힌 다음 광다이오드에 전달되거나 반사되는 빛의 양을 측정함으로써 감지된다.각 심장 주기는 그림에서 보는 바와 같이 피크로서 나타난다.피부로의 혈액 흐름은 여러 다른 생리학적 계통에 의해 조절될 수 있기 때문에 PPG는 호흡, 저혈당, 그리고 다른 순환 조건을 감시하는 데도 사용될 수 있다.[5]또한 PPG 파형의 모양은 피사체에 따라 다르며, 펄스 산소측정기가 부착되는 위치와 방식에 따라 달라진다.

PPG 측정 현장

맥박 산소미터는 일반적으로 사용되는 의료기기에 비해, 그것에서 파생된 PPG는 거의 표시되지 않고 명목상으로만 심박수를 결정하기 위해 처리된다.PPG는 투과 흡수(손가락 끝에서) 또는 반사(이마에서)로부터 얻을 수 있다.

외래환자 환경에서 맥박 산소계는 일반적으로 손가락에 착용된다.그러나 쇼크나 저체온증 등의 경우 주변으로 흐르는 혈류를 줄일 수 있어 식별 가능한 심장 맥박이 없는 PPG가 발생한다.[6]이 경우 PPG는 머리에 있는 맥박산소측정기로 얻을 수 있으며, 가장 흔한 부위는 귀, 비강정막, 이마 등이다.또한 PPG는 오른쪽과 왼쪽 귀엽, 집게손가락 및 엄지발가락에서 동시에 측정하고 말초동맥질환, 자율기능장애, 내피기능장애, 동맥질환이 의심되는 환자에 대한 추가 평가 기회를 제공함으로써 다중 사이트 광선촬영(MPPG)용으로도 구성할 수 있다.불협화또한 MPPG는 딥러닝을 사용하는 등 데이터 마이닝에 상당한 잠재력을 제공할 뿐만 아니라 다양한 혁신적인 펄스파 분석 기법도 제공한다.[7][8][9][10]

모션 아티팩트는 운동과 자유로운 생활 조건 중 정확한 판독을 막는 제한적 요인으로 나타났다.

사용하다

심박수 및 심장 주기 모니터링

조기 심실 수축(PVC)은 ECG와 혈압(BP)에서와 마찬가지로 PPG에서 볼 수 있다.
정맥 펄스는 이 PPG에서 명확하게 볼 수 있다.

피부는 매우 풍부한 향기를 가지고 있기 때문에, 심장 주기의 맥동 성분을 비교적 쉽게 감지할 수 있다.신호의 DC 성분은 피부 조직의 대량 흡수에 기인하는 반면, AC 성분은 심장 주기의 압력 맥박에 의해 발생하는 피부 내 혈액량의 변화에 직접적으로 기인한다.

광인성분석의 AC 성분의 높이는 동맥 내 수축기압과 이완기압의 차이인 맥박압에 비례한다.조기 심실 수축(PVC)을 보여주는 그림에서 볼 수 있듯이, PVC가 있는 심장 주기의 PPG 펄스는 진폭 혈압과 PPG를 낮춘다.심실빈맥과 심실세동도 검출할 수 있다.[11]

모니터링 호흡

주변 바소딜라이터인 니트로프루사이드 나트륨(Nipride)이 진정제의 손가락 PPG에 미치는 영향.예상대로 주입 후 PPG 진폭이 증가하며, 추가로 호흡기 유발 변동(RIV)이 강화된다.[12]

호흡은 흉벽과 폐 사이의 압력인 경막내 압력에 변화를 줌으로써 심장 주기에 영향을 미친다.심장은 폐 사이의 흉강 내에 있기 때문에 숨을 들이마시고 내쉬는 부분압력은 정맥의 압력과 우심방 충전에 큰 영향을 미친다.

영감 중에는 경내 압력이 최대 4mm Hg까지 감소하여 우심방을 넓혀 정맥에서 빠르게 충만할 수 있고 심실 전하중이 증가하지만 뇌졸중 부피는 감소한다.반대로 유효기간 동안 심장은 압축되어 심장효율이 떨어지고 뇌졸중 양도 증가한다.호흡의 빈도와 깊이가 증가하면 정맥 복귀가 증가하여 심박출량이 증가한다.[13]

마취 깊이 모니터링

전신마취 상태에서 피험자를 절개한 것이 광중측정기(PPG)와 혈압(BP)에 미치는 영향.

마취과 의사는 종종 환자가 수술을 위해 충분한 마취가 되어 있는지 주관적으로 판단해야 한다.그림에서 보듯이 환자가 충분히 마취되지 않은 경우 절개에 대한 교감신경계 반응은 PPG의 진폭에서 즉각적인 반응을 일으킬 수 있다.[12]

저혈당 및 고혈당 모니터링

샤미르, 아이델만 외 연구진은 수술 전 혈액 뱅킹을 위해 환자 혈액량의 10%를 제거하는 것과 영감의 상호작용을 연구했다.[14]그들은 혈액 손실이 맥박 산소측정기와 동맥 카테터로부터 광인자 구조에서 모두 감지될 수 있다는 것을 발견했다.환자들은 심장이 압축되고 있을 때 내쉬는 동안 심장 예하중 감소로 인한 심장 맥박 진폭의 감소를 보였다.

혈압 모니터링

FDA는 2019년 8월 광인체촬영(photophysmography) 기반 수갑 없는 혈압 감시기에 허가를 내준 것으로 알려졌다.[15]

원격광자촬영기

재래식 이미징

광인체 촬영은 일반적으로 인간의 피부(예: 귀, 손가락)와 어떤 형태의 접촉이 필요한 반면, 원격 광인체 촬영은 피부 접촉 없이 혈액 흐름과 같은 생리학적 과정을 결정할 수 있다.이는 사람의 눈에 감지되지 않는 피사체의 피부색깔의 미묘한 순간 변화를 분석하기 위해 페이스 비디오를 사용하여 달성된다.[16][17]이러한 카메라 기반의 혈중 산소 수치 측정은 기존의 광선 촬영에 대한 비접촉식 대안을 제공한다.예를 들어 신생아의 심장 박동수를 감시하거나,[18] 깊은 신경망으로 분석하여 스트레스 수준을 정량화할 수 있다.[19]

디지털 홀로그래피

디지털 홀로그래피 오프 축에 의한 엄지손가락의 사진촬영.
오프 축 홀로그램 포토그래피로 측정한 개구리 뒷면의 맥동파

원격 광선 촬영은 빛의 파장상에 민감한 디지털 홀로그래피로도 할 수 있어 서브마이크론(sub-micron)의 평면 외 운동을 드러낼 수 있다.특히 혈류에 의해 유도된 맥동 운동을 촬영한 광야영상은 디지털 홀로그래피로 엄지에서 측정할 수 있다.그 결과는 폐색-재융해 실험 중 흉막모독에 의해 감시되는 혈액 맥박과 비교된다.[20]이 시스템의 주요 장점은 연구된 조직 표면 영역과의 물리적 접촉이 필요하지 않다는 것이다.이 접근방식의 두 가지 주요 제한사항은 (i) 센서 어레이의 사용 가능한 공간 대역폭을 줄이는 오프 축 간섭계 구성과 (ii) 생리학적 신호를 필터링하는 단기 푸리에 변환(이산 푸리에 변환을 통한)의 사용이다.

레이저 도플러 손 표면의 펄스 파형을 온축 디지털 간섭계로부터 홀로그램 광자모형으로 촬영한다.

초당 1000프레임 이상의 속도로 획득한 디지털화된 인터페로그램에서 재구성된 디지털 홀로그램의 주요 성분 분석은 손에 표면파를 드러낸다.이 방법은 축 인터페로그램에서 디지털 홀로그래피를 효율적으로 수행하는 방법으로, 오프 축 구성의 공간 대역폭 감소와 생리학적 신호의 필터링이 모두 완화된다.더 큰 이미지 시야에 더 높은 공간 대역폭이 중요하다.

홀로그래픽 포토플로스모그래피, 홀로그래픽 레이저 도플러 이미징을 정교화해 망막, 맥락막, 결막, 홍채 등의 혈관 내 비침습성 혈류 펄스파 모니터링이 가능하다.[22]특히 아이 펀더스의 레이저 도플러 홀로그래피인 초로이드는 고주파 레이저 도플러 신호에 대한 주요 기여도를 구성한다.그러나 공간 평균 기준 신호를 빼면 그 영향을 우회할 수 있고, 맥동혈류에서 시간 분해능과 전장 영상 기능을 얻을 수 있다.

참고 항목

참조

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  2. ^ P.A. Kyriacou와 J. Allen (eds), Photoplethysmography: 기술, 신호 분석 및 애플리케이션, Escvier, 2021.
  3. ^ K. 셸리와 S.셸리, 펄스 산소측정기 파형: Photographic Plethysmography, 임상 모니터링, Carol Lake, R. Hines, C.에서.블릿, 에드.W.B. Sunders Company, 2001, 페이지 420-428.
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