Veren happisaturaation estimointimenetelmät

Abstract

Veren happisaturaatio on yksi kudosten hapen saannin mittari. Se kertoo, kuinka suuri osuus veren hemoglobiinimolekyylien hapensitoutumiskohdista todella sitoo happimolekyylin. Happisaturaatio ilmoitetaan prosenttilukuna, joka on terveellä aikuisella normaalisti välillä 97–99 %. Happisaturaation laskua voivat aiheuttaa esimerkiksi sydämen toiminnan häiriöt, suuri leikkausoperaatio tai trauma. Pitkään kestävästä, liian alhaisesta happisaturaatiosta aiheutuu merkittävää haittaa muun muassa aivojen ja sydämen toiminnalle, ja pahimmassa tapauksessa se voi johtaa kuolemaan. Tämän vuoksi luotettava tieto happisaturaatiosta on kriittisen tärkeä.

Happisaturaation mittaus tapahtuu pulssioksimetrillä, jonka toiminta perustuu optiseen fotopletysmografiaan. Mittauspaikasta riippuen voidaan käyttää joko valon läpäisyyn perustuvaa transmissiopulssioksimetria tai valon heijastukseen perustuvaa reflektanssipulssioksimetria. Yleisimmin käytössä olevat pulssioksimetrit ovat valon läpäisyyn perustuvia sormipulssioksimetrejä. Niitä on hyväksytty myös kliiniseen käyttöön. Työn tarkoituksena on ollut perehtyä veren happisaturaation ei-invasiiviseen määritykseen optisen fotopletysmografian avulla. Työssä perehdytään happisaturaatioarvon taustalla olevaan laskentaa sekä laskennassa hyödynnettäviin algoritmeihin. Lisäksi tutkitaan muutamaa yleistä mittauspaikkaa sekä niiden etuja ja haasteita verrattuna sormipulssioksimetriin.

Vaikka sormipulssioksimetrejä käytetään yleisesti kliinisessä ympäristössä, myös niihin liittyy haasteita, joiden vuoksi ne eivät kaikissa tilanteissa tarjoa riittävän luotettavaa tietoa happisaturaatiosta. Merkittävimmät haasteet liittyvät mittauspaikan alttiuteen liikkeestä aiheutuville häiriöille sekä ääreisverenkierron häiriöille. Muita mahdollisia mittauspaikkoja tilanteisiin, joissa käden liike on voimakasta tai ääreisverenkierto heikentynyttä, ovat esimerkiksi korva ja otsa. Ne sijaitsevat lähellä aivoja, jolloin heikentynyt ääreisverenkierto ei vaikuta mittaustuloksiin. Lisäksi pään liikkeet ovat huomattavasti vähäisempiä verrattuna käden liikkeisiin, jolloin otsa- ja korvamittaukset ovat myös vähemmän alttiita liikkeen aiheuttamille häiriöille. Korvalehdestä happisaturaatiomittaus tapahtuu transmissiopulssioksimetriaa hyödyntäen, mutta otsasta ja korvakäytävästä mittaus tehdään reflektanssipulssioksimetrillä. Tällä hetkellä reflektanssipulssioksimetrillä ei kuitenkaan saavuteta riittävää mittaustarkkuutta. Sormenpää ei ole kovinkaan toimiva mittauspaikka myöskään happisaturaation pitkäaikaiseen seurantaan, sillä anturi voi vaikeuttaa käyttäjänsä päivittäistä tekemistä. Tähän tarkoitukseen potentiaalisia mittauspaikkoja ovat korvakäytävä ja ranne. Muutamissa urheilu- ja älykelloissa on jo happisaturaation mittausominaisuus. Kuten otsan ja korvakäytävän tapauksessa, myös ranteesta happisaturaatiomittaus perustuu reflektanssipulssioksimetriaan, minkä vuoksi ranteestakin saatavat happisaturaatioarvot voivat toisinaan olla hyvinkin epäluotettavia.