Un fotopletismograma ( PPG ) es un pletismograma obtenido ópticamente que se puede utilizar para detectar cambios en el volumen de sangre en el lecho de tejido microvascular. Un PPG a menudo se obtiene mediante el uso de un oxímetro de pulso que ilumina la piel y mide los cambios en la absorción de la luz. [1] Un oxímetro de pulso convencional monitorea la perfusión de sangre a la dermis y al tejido subcutáneo de la piel.
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Con cada ciclo cardíaco, el corazón bombea sangre a la periferia. Aunque este pulso de presión está algo amortiguado cuando llega a la piel, es suficiente para distender las arterias y arteriolas en el tejido subcutáneo. Si el oxímetro de pulso se conecta sin comprimir la piel, también se puede ver un pulso de presión desde el plexo venoso, como un pequeño pico secundario.
El cambio de volumen causado por el pulso de presión se detecta iluminando la piel con la luz de un diodo emisor de luz (LED) y luego midiendo la cantidad de luz transmitida o reflejada a un fotodiodo. [2] Cada ciclo cardíaco aparece como un pico, como se ve en la figura. Debido a que el flujo sanguíneo a la piel puede ser modulado por otros múltiples sistemas fisiológicos, el PPG también puede usarse para monitorear la respiración, la hipovolemia y otras condiciones circulatorias. [3] Además, la forma de la onda PPG difiere de un sujeto a otro y varía según la ubicación y la manera en que se conecta el oxímetro de pulso.
Sitios para medir PPG
Si bien los oxímetros de pulso son un dispositivo médico de uso común , el PPG derivado de ellos rara vez se muestra y, nominalmente, solo se procesa para determinar la frecuencia cardíaca. Los PPG se pueden obtener por absorción transmisiva (como en la punta del dedo) o por reflexión (como en la frente).
En entornos ambulatorios, los oxímetros de pulso se usan comúnmente en el dedo. Sin embargo, en casos de shock, hipotermia , etc., el flujo sanguíneo a la periferia puede reducirse, lo que da como resultado un PPG sin un pulso cardíaco perceptible. [4] En este caso, se puede obtener un PPG con un oxímetro de pulso en la cabeza, siendo los sitios más comunes el oído, el tabique nasal y la frente. El PPG también se puede configurar como fotopletismografía de múltiples sitios (MPPG), por ejemplo, realizando mediciones simultáneas de los lóbulos de la oreja derecha e izquierda, los dedos índice y el dedo gordo del pie, y ofreciendo más oportunidades para la evaluación de pacientes con sospecha de enfermedad arterial periférica, disfunción autonómica, disfunción endotelial y rigidez arterial. MPPG también ofrece un potencial significativo para la minería de datos, por ejemplo, utilizando el aprendizaje profundo, así como una gama de otras técnicas innovadoras de análisis de ondas de pulso. [5] [6] [7] [8]
Se ha demostrado que los artefactos de movimiento son un factor limitante que impide lecturas precisas durante el ejercicio y las condiciones de vida libre.
Usos
Monitorización de la frecuencia cardíaca y el ciclo cardíaco
Debido a que la piel está tan ricamente perfundida, es relativamente fácil detectar el componente pulsátil del ciclo cardíaco. El componente de CC de la señal es atribuible a la absorción masiva del tejido cutáneo, mientras que el componente de CA es directamente atribuible a la variación en el volumen de sangre en la piel causada por el pulso de presión del ciclo cardíaco.
La altura del componente AC del fotopletismograma es proporcional a la presión del pulso, la diferencia entre la presión sistólica y diastólica en las arterias. Como se ve en la figura que muestra las contracciones ventriculares prematuras (PVC), el pulso PPG para el ciclo cardíaco con PVC da como resultado una presión arterial de menor amplitud y una PPG. También se pueden detectar taquicardia ventricular y fibrilación ventricular . [9]
Monitoreo de la respiración
La respiración afecta el ciclo cardíaco al variar la presión intrapleural, la presión entre la pared torácica y los pulmones. Dado que el corazón reside en la cavidad torácica entre los pulmones, la presión parcial de inhalar y exhalar influye en gran medida en la presión sobre la vena cava y el llenado de la aurícula derecha.
Durante la inspiración, la presión intrapleural disminuye hasta 4 mm Hg, lo que distiende la aurícula derecha, lo que permite un llenado más rápido desde la vena cava, aumentando la precarga ventricular, pero disminuyendo el volumen sistólico. Por el contrario, durante la espiración, el corazón se comprime, lo que disminuye la eficiencia cardíaca y aumenta el volumen sistólico. Cuando aumenta la frecuencia y la profundidad de la respiración, aumenta el retorno venoso, lo que lleva a un aumento del gasto cardíaco. [11]
Monitoreo de la profundidad de la anestesia
Los anestesiólogos a menudo deben juzgar subjetivamente si un paciente está lo suficientemente anestesiado para la cirugía. Como se ve en la figura, si un paciente no está lo suficientemente anestesiado, la respuesta del sistema nervioso simpático a una incisión puede generar una respuesta inmediata en la amplitud del PPG. [10]
Monitorización de hipo e hipervolemia
Shamir, Eidelman y col. estudiaron la interacción entre la inspiración y la extracción del 10% del volumen de sangre de un paciente para almacenar sangre antes de la cirugía. [12] Descubrieron que la pérdida de sangre se podía detectar tanto en el fotopletismograma de un oxímetro de pulso como en un catéter arterial. Los pacientes mostraron una disminución en la amplitud del pulso cardíaco causada por una precarga cardíaca reducida durante la exhalación cuando se comprime el corazón.
Monitoreo de la presión arterial
Según se informa, la FDA otorgó autorización para un monitor de presión arterial sin manguito basado en fotopletismografía en agosto de 2019 [13].
Fotopletismografía remota
Imágenes convencionales
Mientras que la fotopletismografía comúnmente requiere alguna forma de contacto con la piel humana (por ejemplo, oreja, dedo), la fotopletismografía remota permite determinar procesos fisiológicos como el flujo sanguíneo sin contacto con la piel. Esto se logra mediante el uso de videos faciales para analizar cambios sutiles momentáneos en el color de la piel del sujeto que no son detectables por el ojo humano. [14] [15] Esta medición de los niveles de oxígeno en sangre basada en una cámara proporciona una alternativa sin contacto a la fotopletismografía convencional. Por ejemplo, puede usarse para monitorear la frecuencia cardíaca de los bebés recién nacidos, [16] o analizarse con redes neuronales profundas para cuantificar los niveles de estrés. [17]
Holografía digital
La fotopletismografía remota también se puede realizar mediante holografía digital , que es sensible a la fase de las ondas de luz y, por lo tanto, puede revelar un movimiento fuera del plano submicrométrico. En particular, las imágenes de campo amplio del movimiento pulsátil inducido por el flujo sanguíneo se pueden medir en el pulgar mediante holografía digital . Los resultados son comparables al pulso sanguíneo controlado por pletismorafia durante un experimento de oclusión-reperfusión. [18] Una de las principales ventajas de este sistema es que no se requiere contacto físico con el área de superficie del tejido estudiado. Las dos limitaciones principales de este enfoque son (i) la configuración interferométrica fuera del eje que reduce el ancho de banda espacial disponible de la matriz de sensores, y (ii) el uso de análisis de transformada de Fourier de corta duración (a través de transformada de Fourier discreta ) que filtra: fuera de las señales fisiológicas.
El análisis de componentes principales de hologramas digitales [19] reconstruidos a partir de interferogramas digitalizados adquiridos a velocidades superiores a ~ 1000 fotogramas por segundo revela ondas superficiales en la mano. Este método es una forma eficaz de realizar holografía digital a partir de interferogramas en el eje, lo que alivia tanto la reducción del ancho de banda espacial de la configuración fuera del eje como el filtrado de señales fisiológicas. Un mayor ancho de banda espacial es crucial para un campo de visión de imagen más grande.
Un refinamiento de la fotopletismografía holográfica, la imagen láser Doppler holográfica , permite el monitoreo no invasivo de la onda de pulso del flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos de la retina , la coroides , la conjuntiva y el iris . [20] En particular, la holografía con láser Doppler del fondo de ojo, la coroides, constituye la contribución predominante a la señal de láser Doppler de alta frecuencia. Sin embargo, es posible eludir su influencia restando la señal de línea de base promediada espacialmente y lograr una alta resolución temporal y una capacidad de generación de imágenes de campo completo del flujo sanguíneo pulsátil.
Ver también
- Monitor de pulso cardiaco
- Fotopletismógrafo del clítoris
- Hemodinámica
- Imágenes láser Doppler
- Pletismógrafo
- Fotopletismógrafo vaginal
- Pulsioximetría # Medidas derivadas
Referencias
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