Пульсоксиметр своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Белорусский инфекционист Никита Соловей объяснил в своем блоге, как правильно следить за сатурацией при ковиде, используя пульсоксиметр в домашних условиях. Это поможет выявить развивающуюся дыхательную недостаточность и своевременно обратиться за медицинской помощью.

1. Портативный пульсоксиметр (пульсоксиметр-прищепка) состоит из датчика и дисплея и работает на батарее. Для выполнения измерения датчик располагается на пальце пациента.

2. Принцип работы: датчики пульсоксиметров имеют светоизлучающие диоды, которые просвечивают ткани двумя типами красного света. Чувствительный элемент с противоположной стороны улавливает свет, проходящий через ткани, и по его характеристикам определяет, какой гемоглобин содержится в пульсирующей (артериальной) крови. На дисплей пульсоксиметра выводится значение сатурации SpO2 (процент насыщения гемоглобина кислородом) в процентах, значение частоты сердечных сокращений, а также пульсовая волна, определяющая собственно кровоток.

3. Важно соблюдать определенные принципы, чтобы получать корректные результаты измерения сатурации:

правильно расположить датчик на пальце (обычно выбирают указательный, средний или безымянный палец, датчик должен плотно прилегать к ногтевому ложу, но при этом сильно не сдавливать палец);
если на ногтевую пластину нанесен лак, оптимально его удалить (в противном случае могут быть ошибки измерения сатурации);
если Вы сомневаетесь в правильности показаний пульсоксиметра у заболевшего, вначале проведите измерение сатурации у здорового человека;
для корректного измерения сатурации пульсовая волна на дисплее пульсоксиметра должна четко прослеживаться, ее волны в идеале выглядят одинаково через один и тот же промежуток времени;
руки пациента, которому измеряется сатурация, не должны быть холодными (в противном случае их надо согреть);
во время измерения сатурации рука не должна двигаться.

4. В норме значение сатурации для взрослого человека должна быть выше 95%. Но даже здесь встречаются исключения. Например, пациенты с хронической обструктивной болезнью легких и некоторыми другими заболеваниями могут иметь изначально сниженные значения сатурации. Поэтому у них важно зафиксировать исходное значение сатурации в начале болезни и далее контролировать ее изменения в процессе лечения.

5. У пациента с COVID-19 оптимально оценивать сатурацию минимум три раза в сутки (каждые 8 часов). Однократно выявленное низкое значение сатурации ( о С, плохо снижающуюся жаропонижающими, имеющих выраженные проявления интоксикации (сильная слабость, разбитость, головные боли, головокружение, боли в мышцах и т.д.).

7. Если пациент с COVID-19 осмотрен на уровне поликлиники / приемного отделения стационара и отправлен лечиться домой, контроль сатурации и пульса должен продолжаться в домашних условиях. Так, в одном исследовании в Великобритании было показано, что если у пациента с коронавирусной инфекцией, отправленного домой, при оценке в состоянии покоя развивалась тахикардия выше 120 ударов в минуту или сатурация составляла менее 92%, он нуждался в повторном направлении в стационар (Gootenberg D. et al., BMJ Health Care Inform, 2021).

8. Фитнес-трекеры и "умные часы" даже известных производителей, несмотря на заложенную в них возможность оценки насыщения крови кислородом, в целом не предназначены для использования в медицинских целях. Не следует слишком доверять их показаниям у заболевшего COVID-19 пациента, так как возможны диагностические ошибки.

На сегодняшний день лекарства от коронавируса еще не существует, поэтому врачи стараются лечить симптомы заболевания. В случае осложнений уже принимаются более серьезные меры. Одно из возможных осложнений – это дыхательная недостаточность. Выявить риск развития такого состояния на ранних стадиях позволяют специальные приборы – пульсоксиметры.

Что такое пульсоксиметр и в чем его польза?

Легкие человека вместе с сердечно-сосудистой системой беспрерывно работают для насыщения артериальной крови кислородом. Когда коронавирус поражает органы дыхания, начинает нарушаться газообмен крови, баланс углекислого газа и кислорода в крови, ведь именно эту функцию выполняют легкие. Эти изменения можно выявить, наблюдая динамику степени насыщения крови кислородом - сатурации.

Для проверки уровня и динамики насыщения крови кислородом используется специальный прибор – пульсоксиметр.

Как работает пульсоксиметр?

Датчик со светодиодами накладывается на палец. При прохождении света через кровь и мягкие ткани происходит его частичное поглощение, что позволяет определить содержание кислорода в крови. Полученные данные выводятся на дисплей прибора в виде цифр.

Оценка показателей

При оценке показателей учитывается, что:

содержание кислорода в крови у здорового человека составляет 96-100%;

быстрое снижение показателя указывает на развитие легочных либо сердечно-сосудистых заболеваний;

показатель ниже 90% свидетельствует об острой дыхательной недостаточности;

уменьшение значения на 3-4% от обычного для человека уровня может указывать на наличие тяжелого заболевания;

в состоянии покоя сатурация обычно увеличивается, во время сна и при физических нагрузках – снижается.

Концентрация кислорода в крови – это индивидуальный показатель, поэтому у разных людей он может отличаться. Идеального значения не существует. Именно поэтому выводы можно сделать только после проведения серии измерений, в том числе во время отдыха или физических упражнений. Если показатели существенно отличаются, это считается признаком патологии.

Выбираем пульсоксиметр

С помощью портативного пульсоксиметра измерения легко провести самостоятельно, в удобное время и не выходя из дома. Главное – выбрать подходящую модель прибора:

– самый простой и бюджетный вариант, отображающий степень насыщения крови кислородом и частоту сердечных сокращений в графическом виде. Пульсоксиметр работает от батареек, его также удобно брать с собой в дорогу;

синхронизируется со смартфоном через Bluetooth и передает данные в приложение Beurer HealthManager. Результаты измерений сохраняются в памяти самого прибора, а также в приложении, поэтому в любой момент можно проверить динамику изменений;

имеет встроенную память на 24 часа, позволяет переносить данные на компьютер через USB-кабель для последующего анализа, питается от перезаряжаемой батареи. Преимущества этой модели – это большой цветной экран с 4 режимами и настройкой уровня яркости. Если настроить функцию оповещения, прибор сообщит пользователю, что показатели вышли за пределы нормы. Дополнительно отображается тонус пульса.

У пульсоксиметров есть ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерения концентрации кислорода в крови:

прибор помогает быстрее получить результаты, чем газовый анализ;

не требует прокола кожи и контрольного забора крови, как СО-оксиметры;

на получение результата уходит немного времени, что особенно важно при наличии проблем с дыханием.

Пульсоксиметр: как использовать

Еще один очевидный плюс пульсоксиметра – простота в использовании. Чтобы получить достоверные данные, достаточно соблюдать несколько несложных правил:

После включения прибора необходимо подождать несколько секунд, чтобы завершился процесс самотестирования.

Надежно зафиксировать датчик на пальце без лишнего давления.

Не использовать прибор, если на ноготь нанесен лак.

Своевременно заряжать батарею или менять элементы питания.

Дрожь, движение и яркий свет мешают измерению содержания кислорода в крови. Поэтому руку нужно расположить таким образом, чтобы она оставалась неподвижной во время процедуры, а сам прибор защищать от прямых солнечных лучей и не помещать рядом с лампой. Если показатели отличаются от нормы либо заметна негативная динамика, необходимо обязательно обратиться к врачу.

До появления в нашей жизни коронавируса о таком устройстве, как пульсоксиметр, знали единицы. Но теперь пульсоксиметр – такой же необходимый аппарат в домашней аптечке, как градусник или тонометр. Мы решили разобраться, какой пульсоксиметр лучше выбрать.

Пульсоксиметр – это небольшой прибор, с помощью которого можно измерить два показателя работы организма: пульс и уровень насыщения крови кислородом – сатурацию (SpO2). Достаточный уровень кислорода (который переносится с помощью гемоглобина) – залог правильной работы всех клеток, органов и систем организма. Если в организме нехватка кислорода, человек будет ощущать общую слабость, упадок сил, головокружение, у него будет болеть голова. Обычно пульсоксиметр врачи используют, чтобы определить, как работает дыхательная система человека (все ли в порядке с газообменом).

Одно из осложнений коронавируса – пневмония и снижение уровня кислорода в крови, поэтому так важно периодически мониторить этот показатель. Пульсоксиметры подходят как для больничного, так и для домашнего использования, причем измерение сатурации не составит труда даже у людей пожилого возраста – все просто и понятно.

Как выбрать пульсоксиметр

Особые навыки для измерения кислорода в крови не нужны. Другое дело – правильно выбранный аппарат. Ведь сегодня на рынке масса пульсоксиметров по разной цене.

Какой уровень сатурации считается нормальным?

У здорового человека уровень кислорода в крови – 95-99%. Но у людей, страдающих хроническими болезнями легких, сердечной недостаточностью, этот показатель может быть 92-94%, что в их ситуации нормально. Если при коронавирусе сатурация опустилась до 92%, это повод срочно вызвать скорую помощь. Но врачи говорят, что только лишь измерения уровня кислорода в крови недостаточно: необходимо оценивать клиническую картину в целом (температура тела, общее самочувствие, аускультация легких, индивидуальные особенности организма и т. д.).

Кроме измерения сатурации, пульсоксиметр измеряет еще и пульс. И если правильно использовать прибор, а у пациента нет проблем с периферическим кровообращением, то показателям пульсоксиметра можно доверять.

Когда пульсоксиметр может ошибаться?

Давать погрешность при измерении сатурации пульсоксиметр может в таких случаях:

Измерение на холоде, а не в теплом помещении. На холоде снижается кровообращение (пальцев рук – в том числе).
Грязные руки. Неправильные показатели сатурации возможны, если ваши руки очень грязные, в креме или на ногтях есть лак.
Грязный пульсоксиметр. Если на датчике света есть грязь, прибор может показать заниженные цифры сатурации. Поэтому перед измерением обязательно протирайте датчики.
Садятся батарейки у аппарата. Низкие цифры кислорода пульсоксиметр может выдавать, если у него садятся батарейки.
Курение. Поскольку никотин сужает периферические сосуды, кровообращение конечностей у курильщиков нарушено – это и дает погрешность при измерении сатурации.
Алкоголь. Если у пациента в крови есть алкоголь, пульсоксиметр тоже может показать неправильный результат, потому что кровообращение ухудшается.
Пожилой возраст пациента. У пожилых людей обычно есть хронические заболевания, ухудшающие периферическое кровообращение.
Физические нагрузки. Если проверять сатурацию сразу после физической активности, она может быть пониженной
Плотная маска на лице. Если человек в респираторе или в маске, плохо пропускающей воздух, прибор также может показать низкий уровень кислорода.
Рука поднята вверх. Чтобы не было погрешности при измерении, рука должна лежать на поверхности. Если пациент лежит – рука должна быть на груди.

Чтобы получить более точные показатели сатурации, врачи рекомендуют измерять кислород два раза: один, а затем второй, через несколько минут.

На рынке много китайских пульсоксиметров без сертификатов – такие варианты для профессионального использования не подходят. Их можно покупать только для домашнего измерения уровня кислорода. У хорошего аппарата должен быть русифицированный сертификат.

Топ-10 хороших пульсоксиметров

Мы составили список пульсоксиметров, которые можно покупать домой и которыми пользуются врачи. У большинства из этих аппаратов оптимальное соотношение цена/качество, ими удобно пользоваться. Пульсоксиметры из нашего топа завоевали положительные отзывы как врачей, так и пациентов.

Riester Ri-fox N

Компактный и удобный в использовании пульсоксиметр с большим ярким экраном (идеально подойдет для пожилого человека с плохим зрением или если недостаточное освещение). Riester Ri-fox N начинает работать, как только надеваешь его на палец. Как только – снимаешь – прибор отключается. Это отлично помогает экономить заряд батарейки (время беспрерывной работы на новых батарейках – около 35 часов). Немаловажный плюс – ударопрочный корпус пульсоксиметра, выдерживающий падение с 3-метровой высоты. Размер Riester Ri-fox N больше, чем у других аппаратов, цена его выше, он не подходит для детей. Пульсоксиметр имеет встроенный датчик измерения пульса, отличается точностью измерения сатурации.

Riester Ri-fox N

Портативный пульсоксиметр Ri-Fox N имеет компактный размер, низкое потребление энергии и удобен в работе. Пациенту достаточно вложить палец в фотоэлектрический датчик, чтобы провести диагностику и получить на дисплее параметр насыщения крови кислородом. Клинические испытания также показали, что прибор обладает высокой точностью и воспроизводимостью результатов.

ChoiceMMed MD300C21C

Этот пульсоксиметр хоть и компактный, но имеет большой дисплей и крупный шрифт (удобно для людей со слабым зрением). Включается аппарат кнопкой на корпусе. Удобно пользоваться ChoiceMMed MD300C21C при любом освещении, потому что у него 10 уровней яркости. Чтобы экономить заряд батареек, прибор оснащен автоотключением, если им не пользуешься. Пульсоксиметром легко пользоваться, у него оптимальное соотношение цена/качество. Единственный минус ChoiceMMed MD300C21C – это незначительная погрешность в измерениях.

ChoiceMMed MD300C21C

Пульсоксиметр с пальцевым датчиком отличается малым размером, низким энергопотреблением, удобством использования и портативностью. Пациенту для диагностики достаточно лишь поместить один из пальцев в фотоэлектрический датчик, и на экране дисплея будет непосредственно показано измеренное значение насыщения гемоглобина кислородом. Клинические эксперименты обнаруживают достаточно высокую точность измерений.

Армед YX200

Пульсоксиметр медицинский Armed YX200 – один из наиболее доступных и простых в эксплуатации пульсоксиметров. Устройство позволяет нажатием одной кнопки получить данные о концентрации кислорода в крови, частоте пульса (с возможностью формирования графика).

Конструкция большинства пульсоксиметров предусматривает снятие показаний с руки. Конструкция пульсометра, носимого на пальце неудобна для активного(подвижного) использования и мониторинга. Использование мочки уха для данной цели и внедрение функций беспроводной связи в полной мере решают описанные проблемы и повышают эргономичность и функциональность устройства.Также конструкция большинства пульсоксиметров предусматривает передачу результатов исследования с помощью проводного интерфейса. С развитием микроэлектроники стали популярны приборы без проводов со встроенным индикатором полученных результатов фотометрического исследования, причем они достаточно компактны. Однако, в наше время IT-технологий на первый план выходит возможность взаимодействия исследующих приборов со smart-устройствами повседневного использования, таких как смартфоны, умные браслеты, часы и многое другое. Следовательно, новой задачей становится внедрение технологий беспроводной передачи данных между устройствами.

Известно, что сигнал периферического пульса является одним наиболее информативных физиологических сигналов. При прохождении через слой вещества (в нашем случае кровь) светового потока с интенсивностью I₀ его интенсивность в результате поглощения в слое, отражения и рассеяния уменьшается до значения I. В зависимости от изменения значения I меняется и значение фототока, на котором основываются уже все остальные вычисления.

Конструкция пульсоксиметра предполагает вставить в компактную клипсу (рисунок 1) излучатель (далее — И) и приемник (далее — П) к мочке уха. Для И предполагается использовать сдвоенные светодиоды: светодиод с длиной волны примерно 660 нм и ИК-светодиод — 940 нм. В качестве П предполагается использовать широкополосный кремниевый фотодиод (350–1100 нм) из-за его наилучшего сочетания со сдвоенными светодиодами и низкого значения темнового тока (2–5 нА), при этом они сочетают в себе механическую прочность, компактность и долгий срок службы. Однако нужно помнить о необходимости усилителя для получения выходных сигналов требуемой амплитуды.

Рис. 1. Схема установки клипсы

Клипса содержащая И и П вставлена в корпус напоминающий слуховой аппарат или Bluetooth гарнитуру, который также содержит источник питания, генератор сигналов, устройство аналоговой обработки сигналов, АЦП, блок управления и модуль беспроводной связи. Световая энергия от излучателя будет проходить через мочку уха и попадая на фотодиод вызывать в нем внутренний фотоэффект т. е. фототок, который в дальнейшем обрабатывается анализирующей частью устройства и отображается на индикаторном устройстве.

На сегодняшний день существует много технологий беспроводной связи: WiFi, Bluetooth, WiMAX, ИК-связь и т. д. Все они работают на радиоволнах, следовательно, для передачи данных используются методы, работающие при помощи радиоканалов определенной частоты. Основные отличия между ними — только в широте и частоте волны.

Исходя из поставленных задач нам подойдут те технологии, которые наиболее распространены в смарт-устройствах (смартфоны, смарт-часы и т. д.). На данный период это Wi-Fi, а также Bluetooth. У каждого есть однозначные минусы, плюсы.

Многие пользователи знают, что эти технологии есть стандарты беспроводной связи, для передачи данных использующие конкретные радиочастоты. Их задачи похожи, а основная общая — это управление передачей данных от одного устройства к другому. Хороший пример, передача файла любого формата с мобильного телефона на компьютер. Её возможно осуществить, применяя Bluetooth, но также и Wi-Fi. По этой причине многие путаются с этими технологиями. Но отличия однозначно имеются и рассмотрены ниже.

Стандарт Wireless Fidelity с начала своего появления стал широко применяться для создания локальных сетей. Процесс подключения и настройки сети сильно упрощается без LAN кабелей. Данный стандарт пользуется диапазоном частот 2.4 ГГц — 5 МГц, который чаще всего разделяется на некоторое число каналов.

Что касается расстояния, где функционирует Wi-Fi, оно равняется:

1) примерно 300 м от узла беспроводной сети на открытой площади;

2) примерно 100 м в закрытых помещениях.

Bluetooth же работает в частотном диапазоне 2,4 ГГц — 2,4835 ГГц, и в сопоставлении с Wi-Fi, обладает радиусом действия короче, только примерно 10 м. Но новейшие версии Bluetooth может функционировать уже в радиусе 100 м, само собой при определенных условиях.

Как говорилось выше, данные устройства работают на различных стандартах. Wireless Fidelity работает на стандарте IEEE 802.11. Устройства Bluetooth же сейчас пользуются стандартом Bluetooth 4.2.

Существенным моментом является установка и подключение устройства. У Bluetooth нет потребности в этом. Его работа проста, не нуждается в настройке аппаратной конфигурации. Надо определить совместимое с Bluetooth устройство, куда передаются данные. Сложно найти ноутбуки, не имеющие встроенную поддержку Bluetooth. В персональный компьютер же можно установить подключаемый к USB-порту Bluetooth–адаптер.

Следующее значительное отличие: скорость, с которой транспортируются (передаются) данные. У Bluetooth скорость выше, чем у еще и восприимчивого к потере данных Wi-Fi. Сети Bluetooth дают возможность передавать данные со скоростью 1 Мбит/с.

Рассматривая сферы их применения, можно отметить, что основная задача Bluetooth: транспортировка данных и файлов с одного на другое устройство. Используя его можно просто получить доступ к Bluetooth-совместимому устройству с персонального компьютера. Что касается Wi-Fi, возможна не только передача данных, но и получение доступа к БД и ПО компьютера, подключенного к сети.

Wi-Fi используется, дольше чем Bluetooth. Современные компьютеры обладают установленноми изначально в них беспроводными картами. Bluetooth сравнительно новая технология. Но во многих устройствах, телефонах и ноутбуках, он тоже встроен. Благодаря высокой скорости и защиты Bluetooth сейчас исследуется и совершенствуется семимильными шагами.

А в итоге мы приходим к выводу. Wi-Fi достаточно распространен, имеет большой радиус передачи данных и больше возможностей, однако он значительно энергозатратен и обладает худшей скоростью в отличие от Bluetooth. Поэтому рассмотрим в общем более энергоэкономичный и скоростной вариант — Bluetooth.

В анализе любого оборудования и принципов его работы важной деталью является их индивидуальное и совокупное воздействие на организм человека.

Для датчика мы используем светодиоды определенных спектров и конечно в зависимости от этого воздействующих на организм. В нашем случае это красный видимый свет и ближний инфракрасный свет. Стоит отметить, что электромагнитное излучение красного спектра в диапазоне 660 нм (450 ТГц) относительно безвредно, а инфракрасное излучение, хотя и является безвредным (тепловым), в коротковолновом диапазоне (0,74 —2,5 мкм) которое может вызвать покраснение и ожог, конечно же, при чрезмерном использовании. Это заставляет ограничивать время ношения устройства и применять специальные методы защиты в программном обеспечении устройства и его конструкции.

Bluetooth устройства при приеме-передаче данных создают некоторое электромагнитное поле вокруг себя, а это конечно негативно отражается на здоровье человека, возле которого это поле действует. Но так как мощность Bluetooth устройств зачастую очень мала, следовательно, и их вредность не так велика. Например, излучение от стандартной Bluetooth-гарнитуры примерно в 10–20 раз меньше излучения, которое создает сам мобильный телефон.

При этом если не злоупотреблять Bluetooth устройством — то его вредность можно сделать совсем незначительной. Однако такое устройство создаёт электромагнитное поле вокруг себя всегда, когда она просто включено, или находится в режиме ожидания — на связи с другим устройством. А, следовательно, постоянно носить на ухе такое устройство явно не пойдёт на пользу.

Надо отметить так же, что в большинстве случаев вред от Bluetooth, как и от других приёмо-передающих радиоустройств, проявляется совсем не сразу, а может сказаться через пару лет, или даже десятилетий. По наблюдениям и исследованиям учёных постоянное использование Bluetooth может увеличить риск раковых заболеваний, головные боли, возникают некоторые проблемы с памятью, а значит и в целом с работой головного мозга. Постоянное использование к тому же может вызвать раздражительность и нервозность. И тем не менее ещё раз повторим, что всё это (и не только это) может возникнуть у тех, кто практически не выключает Bluetooth и не снимает Bluetooth устройства с головы. Но если применять такие устройства в меру — то страшных последствий не будет.

Это требует введение дополнительных мер безопасности при создании такого типа приборов и программного обеспечения к ним.

Таким образом мы делаем вывод. Фотометрический ИП пульсовой волны для мочки уха с кремниевым фотодиодом, в пару к которому входят сдвоенные светодиоды, состоящие из светодиода с длиной волны 660 нм (красный) и дополнительного светодиода для ИК подсветки 940 нм, обеспечивает высокую эффективность регистрирования биосигнала, а его расположение и фиксация на мочке уха обеспечат эргономичную структуру и удобность в применении. А технологии Bluetooth беспроводной связи позволит надежно и быстро связать пульсоксиметр с другими устройствами. При этом значительного вреда человеческому здоровью наноситься не будет, и даже минимальное воздействие возможно ликвидировать специальными мерами безопасности при изготовлении и ношении устройства.

Федотов А. А., Акулов С. А. Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. — М.: Радио и связь, 2013. — 250 с.
Михеев В. П., Просандеев А. В. Датчики и детекторы. Учебное пособие; 2007, — 172 c.
Чакчир Б. А., Алексеева Г. М. Фотометрические методы анализа: Методические указания. — СПб., Изд-во СПХФА, 2002. — 44 с.
Архипкин В. Я., Архипкин А. В. Bluetooth. Технические требования. Практическая реализация. Приложения. — М: Мобильные коммуникации, 2012. — 216 с.
Воробьев Е. А. Датчики-преобразователи информации: Учебное пособие. — СПб.: ГУАП, 2001. — 43 с.
Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Датчики (перспективные направления развития): учебное пособие. НГТУ, 2001. — 176 c.
Пролетарский А., Баскаков И., Чирков Д. Беспроводные сети Wi-Fi — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013. — 216 с.
Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия — СПб.: Питер, 2002. — 528 с.

Основные термины (генерируются автоматически): устройство, беспроводная связь, мочка уха, передача данных, AES, IEEE, ISM, LAN, персональный компьютер, электромагнитное поле.

Читайте также: