پالس اکسی متری از راه دور

از اواسط قرن هجده میلادی, اندازه گیری غیرتهاجمی و مانیتورینگ اكسیژن شریانی با استفاده از پالس اكسی متر SPO۲ بسیار رایج شد با پیشرفت روز به روز فن آوری در این زمینه یكی از شگفت انگیزترین پیشرفت ها كه همانا پالس اكسی متری بی سیم است, به ظهور رسید

‏● مانیتورینگ پالس اكسی‌متری به روش رادیوتله متری ‏

از اواسط قرن هجده میلادی، اندازه‌گیری‌ غیرتهاجمی و مانیتورینگ اكسیژن شریانی با استفاده از پالس اكسی‌متر (‏SPO۲‎‏) بسیار رایج شد. با پیشرفت روز به روز فن‌آوری در این زمینه یكی از شگفت‌انگیزترین پیشرفت‌ها كه همانا پالس اكسی‌متری بی‌سیم است، به ظهور رسید. همزمان با موفقیت در استفاده از پالس اكسی‌متر در مرابت‌های پزشكی انسانی پیشرفت ناگهانی در استفاده از پالس اكسی‌متر در حیوانات نیز صورت گرفت. البته این تحقیقات به دلیل عدم توانایی در مانیتور كردن ‏SPO۲‎‏ حیوانات در حال حركت از طریق سنسورهای متصل به بدن حیوان تا مدتی متوقف شود. به همین دلیل تلاش‌های بسیار زیادی برای ساخت تجهیزات رادیو تله متری به ویژه برای مانیتورینگ الكتروكاردیوگرام، فشار خون، دما و حركت بدن صورت گرفت. تا قبل از این تحقیقات هیچ‌گونه وسیله‌ای برای مانیتور كردن میزان اكسیژن در حیوانات در حال حركت وجود داشت. ابتدا این تحقیقات منجر به ایجاد تجهیزات رادیوتله متری ۸ كاناله برای ثبت بیوپتانسیل‌های گوناگون برای مطالعه سیستم تنفسی در حین خواب شد. برای ادامه تحقیقات از ۱۰ بره شامل ۶ بره با دوره كامل بارداری (۲+-۱۴۵ روز) و ۴ بره با دوره ناقص بارداری (۱۳۲ روز) استفاده شد. بره‌های با دوره بارداری ناقص به منظور آزمایش روش جدید پالس اكسی‌متری بی‌سیم در ثبت ‏SPO۲‎‏ با توجه به آپنه خود به خودی مشاهده شده در آنها مورد بررسی قرار گرفتند. تمام سیستم پالس اكسی‌متری بی‌سیم از ماژول پالس اكسی‌متر ‏OEM‏ كه میانگین زمان محاسبه ‏SPO۲‎‏ در آن ۴ ثانیه است، تشكیل شده است. بخش بی‌سیم توسط یك مبدل فركانس رادیویی (‏f‏) و یك گیرنده راه‌اندازی می‌شود كه بر روی ماژول پالس اكسی‌متر ‏OEM‏ تأثیر منفی نمی‌گذارد. به علاوه یك واحد پردازشگر اطلاعات و یك ژنراتور شكل موج خروجی آنالوگ نیز در این سیستم وجود دارد.

ماژول مبدل دارای طول موج ۱۰۵ نانومتر و پهنای باند ۳۷‏mm‏ با ضخامت ۲۰ میلی‌متر و وزن ۵۰ كیلوگرم است و شامل ماژول‌ پالس اكسی‌متر ‏OEM‏ و مبدل ‏rf‏ است. اتصال‌های خارجی برای باطری‌ و سنسورهای پالس اكسی‌متر در نظر گرفته شده است. توان دستگاه توسط یك باطری سبك قابل شارژ تأمین می‌شود كه دارای طول ۸۳ ‏mm، پهنای ۳۲‏mm، ضخامت ۵‏mm‏ و وزن ۳۰‏‎ kg‎‏ است. ‏LEDهای قرمز و مادون قرمز موجود در سنسور مستقیماً توسط ماژول پالس اكسی‌متر راه‌اندازی می‌شوند. این ماژول علاوه بر این تمام اندازه‌گیری‌ها و محاسبات لازم برای به دست آوردن ‏SPO۲‎، نرخ ضربان قلب و مقادیر پالس پلتیسموگراف را انجام می‌دهد. تمام این مقادیر از طریق یك ‏bps‏ سریال ۹۶۰۰ آ سینكرون انتقال داده می‌شوند. ‏SPO۲‎‏ و نرخ ضربان قلب به نسبت ۳:۱ و پلتیسموگراف با سرعت ۷۵ منتقل می‌شوند.

تمام اطلاعات به صورت بی‌سیم و با استفاده از مبدل شیفت فركانسی ‏FSK‏ انتقال داده می‌شود. اطلاعات سریال به منظور تنظیم فركانس انتقال و ایمنی در برابر نویز در میزان خاصی نگه داشته می‌شود. بخش گیرنده نیز به همین صورت ساخته شده است. گیرنده جهت دریافت سیگنال‌های ‏rf‏ تا فاصله ۵/۷ متر دورتر از مبدل طراحی شده است. در نهایت كلیه اطلاعات مربوط به ‏SPO۲‎، نرخ ضربان قلب و پلتیسموگراف بر روی نمایشگر نشان داده خواهد شد. این اطلاعات با كمك یك مبدل آنالوگ به دیجیتال ۱۲ بیتی ‏DAC‏ فراهم می‌شود و از یك فیلتر پایین گذر نیز عبور داده می‌شد. آزمایش پالس اكسی‌متر بی‌سیم طی دو مرحله صورت گرفته است. در آزمایش‌های اولیه، مقادیر ‏SPO۲‎‏ به صورت همزمان هم از طریق پالس اكسیمتر بی‌سیم (‏sattel‏)‌ و هم از طریق پالس اكسی‌متر بی‌سیم (‏sattel‏)و هم از طریق پالس اكسی‌متر استاندارد (‏satsta‏) كه امروزه به طور گسترده از آنها استفاده می‌شود، از سه بره گرفته شد. بلافاصله پس از این آزمایش هر بره تحت تزریق كتامین (‏mg/kg‏۱۰) و میدازولام (‏mg/kg‏۱/۰) قرار گرفت. بره‌ها سپس در جایی راحت خوابانده شدند. از دو سنسور انعطاف‌پذیر ایده‌آلی كه خمیر خاصی برای چسباندن آنها برروی دم بره به كار برده شده بود، برای ثبت ‏spo۲‎‏ استفاده شد. اندازه‌گیری ‏sattel‏ و ‏satsta‏ در حالت‌های مختلف اكسیژن‌رسانی شامل نورموكسی (۲۱/۰=‏Fio۲ ‎‏)، هایپوكسی متوسط (۱۵/۰=‏Fio۲‎‏) و هایپوكسی شدید (۲۱/۰=‏Fio۲‎‏) مورد مقایسه قرار گرفتند كه در این حالت‌ها میزان ‏spo۲‎‏ به دست آمده مقداری بین ۶۰ تا ۱۰۰% را به خود اختصاص داد. در نهایت به مدت ۱۰ دقیقه به صورت پیوسته ثبت ‏spo۲‎‏ صورت گرفت و در حالی كه ‏Fio۲‎‏ مقادیر مختلفی داشت، ‏spo۲‎‏ اندازه‌گیری شد. تحلیلگر ‏O۲‎‏ (تحلیلگر ‏FC-ibo۲‎‏) نیز به منظور مانیتور كردن ‏O۲‎‏ دم مورد استفاده قرار گرفت. از الكترودهای سوزنی زیر پوستی به منظور ثبت الكتروكاردیوگرام استفاده شد. اكسیژن اشباع شده در خون، شكل موج پالس‌ها و نرخ ضربان قلب نیز از طریق هر دو پالس اكسی‌متر ثبت شدند و در سیستم‌های قابل مقایسه ‏PC‏ ذخیره شدند.

مرحله دودم آزمایش به منظور بررسی اینكه آیا پالس اكسی‌متر بی‌سیم توانایی مانیتورینگ ‏spo۲‎‏ را در بره‌هایی كه آزادانه حركت می‌كنند دارد یا خیر صورت گرفت. پالس اكسی‌متر بی‌سیم به صورت جداگانه بر روی سه بره مورد آزمایش قرار گرفت. به علاوه ‏sattel‏ در چهار بره آزاد و در حال حركت در حین ثبت پلتیسموگراف با استفاده از تجهیزات رایج رادیوتله متری مانیتور شد. این تجهیزات دارای ۸ كانال است كه شامل ۴ كانال برای پلتیموگرام، الكتروكاردیوگرام، فلوی هوای دمی و الكتروكار انسفالوگرام است و ۴ كانال دیگر به منظور ثبت فعالیت‌های الكتریكی عضلات تنفسی طراحی شده‌‌اند. ۴ بره دو تا سه روز قبل از اینكه ثبت‌ها صورت گیرد تحت عمل جراحی قرار گرفتند.

در سری اول آزمایش‌ها، ‏sattel‏ و ‏satsat‏ در فواصل ۱ ثانیه‌ای در حالت ایستا مورد مقایسه قرار گرفتند. در مرحله بعد مقایسه‌ها در شرایط عدم وجود نویز حركتی در هر دو شكل موج ثبت شده از پالس اكسی‌مترها و در فواصل ۵ بیت در دقیقه بین نرخ ضربان قلب‌های ثبت شده توسط هر پالس اكسی‌متر و الكتروكاردیوگرام‌های سوزنی در فاصله ۳۰ ثانیه‌ای صورت گرفتند.‏

آنالیز رابطه بین ‏sattel‏ و ‏satsal‏ ابتدا با توجه به ثبت‌های ساده صورت گرفته انجام شدند. سپس تطابق بین دو پالس اكسی‌متر از طریق تحلیل نمودار ‏Bland-Altman‏ انجام شد. با توجه به ویژگی‌های كلی پالس اكسی‌متر كه منجر به از دست دادن دقت آنها در ثبت مقادیر ‏SPO۲‎‏ كمتر از ۸۰% می‌شود، این تحلیل‌ها در دو مرحله صورت گرفت كه مربوط به مقادیر بین ۸۰%‌تا ۱۰۰% و مقادیر بین ۶۰ تا ۷۹% است. در مرحله دوم آزمایش‌ها، درصد زمان صرف شده برای تغییر كردن شكل موج‌های پلتیسموگراف مورد محاسبه و مقایسه قرار گرفتند. در نهایت تعداد مقادیر اشتباه محاسبه شده ‏sattel‏ كه همزمان با تغییر كردن شكل موج پلتیموگراف اتفاق افتاده بود و تعداد مقادیر صحیح محاسبه شده ‏sattel‏ مورد مقایسه قرار گرفتند.‏

در نهایت پس ۲۱۳۱ بار مقایسه مقادیر ‏spo۲‎‏ در محدوده ۶۰ تا ۱۰۰% كه از سه بره ثبت شده بودند، مشخص شد كه مقادیر ‏spo۲‎‏ به دست آمده از پالس اكسی‌متر بی‌سیم تا حد بسیار زیادی با مقادیر به دست آمده از پاكس اكسی‌متر استاندارد مطابقت داشته است.

تحلیل تطابق بین مقادیر این دو پالس اكسی‌متر از طریق منحنی ‏Bland-Altman‏ صورت گرفته است كه درصد اختلاف بین ‏sattel‏ و ‏sattel‏ را ۴۸/۰-% نشان می‌دهد و ۹۵ درصد مقادیر با یكدیگر كاملاً مطابقت داشته‌اند. البته ‏spo۲‎‏ در محدوده ۸۰ تا ۱۰۰ درصد دارای اختلافی در حد ۳/۳درصد و در محدوده بین ۶۰ تا ۷۹درصد اختلافی در حد ۱/۵درصد داشته است كه شكل (۴) نمودار اختلاف و تطابق این مقادیر را نشان می‌دهد. برای مقایسه منحنی‌های پلتیموگراف حدود ۶/۲۶ ساعت ثبت بر روی سه بره از طریق پالس اكسی‌متر بی‌سیم انجام شد. و در مرحله بعد حدود ۲۲ ساعت ثبت بر روی ۴ بره توسط پالس اكسی‌متر بی‌سیم و تجهیزات استاندارد و رایج ثبت پلتیسموگراف انجام شد. حالت‌های فعال و حالت‌های استراحت در هر ۷ بره از روی اطلاعات الكتروانسفالوگرام بر روی منحنی‌ها مشخص شدند. شكل موج‌های پلتیموگراف در مقادیر ۸۶ درصد كاملاً طبیعی بودند. بنابراین امكان مقایسه و اعتبارسنجی این مقادیر به ویژه در هنگامی بره‌ها در حالت خوابیده قرار داشتند و یا زمانی كه خواب بودند، وجود نداشت. اندازه‌گیری ‏spo۲‎‏ معمولاً در حین غذا دادن یا هنگام حركت دادن دم امكان‌پذیر نیست. بنابراین در چنین مواقعی ‏spo۲‎های ثبت شده مقادیر قابل اطمینانی ندارند. چیزی در حدود ۱۷۷ آپنه در حین ۱۹ ساعت ثبت پلتیموگراف در بره‌های با دوره ناقص بارداری مشاهده شد و ۴ آپنه نیز در ۳ ساعت ثبتی كه بر روی بره‌های با دوره كامل بارداری انجام شده بود مشاهده شد. كاهش چشمگیر ‏spo۲‎‏ (بیش از ۴%) در ۶۷درصد موارد آپنه كاملاً مشخص است و كمترین مقدار ‏Spo۲‎‏ به دست آمده در حین آپنه برابر با ۵+۸۸ در هنگام خواب كامل و ۱۰+۸۲ در هنگام خواب سبك و ۷+۸۶درصد در هنگام خواب آرام است.

پس از مقایسه پالس اكسی‌متر استاندارد به این نتیجه رسیدند كه تفاوت بین مقادیر ثبت شده در این دو دستگاه كمتر از ۰/۵درصد است. به علاوه برای ‏spo۲‎‏ در محدوده‌های ۱۰۰%-۸۰ و ۷۹%-۶۰ تطابقی در حدود ۹۵% بین دو پالس اكسی‌متر است. این دستگاه برای نخستین بار برای بررسی آپنه در بره‌ها مورد استفاده قرار گرفت، اما در آینده بسیار نزدیك با ایجاد تغییرات اندك می‌توان از این تجهیزات در زمینه ثبت مقادیر ‏spo۲‎‏ و پلتیموگراف انسان نیز استفاده كرد. ‏