ДИФФУЗИОННЫЙ ПОДХОД В ТЕОРИИ ОКСИМЕТРИИ КРОВИ
Барабаненков Ю. Н.
Научно-исследовательский центр электронных диагностических систем "ЭЛДИС"; Институт радиотехники и электроники РАН, 101000 Москва
В основе теоретического
подхода к объяснению работы широко распространенных в медицинской
практике пульсовых оксиметров, предназначенных для неинвазивного
в режиме непрерывного мониторинга измерения насыщения артериальной
крови кислородом, лежит закон Ламберта-Бэра, а также различие
спектров поглощения света оксигемоглобином и дезоксигемоглобином.
Используя представление о пульсовой волне и закон Ламберта-Бэра,
обычно записываются на каждой длине волны света красного и инфракрасного
диапазонов два уравнения для интенсивности прошедшего света в
различные моменты времени, что позволяет исключить из логарифма
отношения этих интенсивностей вклад тканей, не содержащих кровь.
Однако закон Ламберта-Бэра описывает только экспоненциально ослабленное
нерассеянное излучение и не учитывает вклад диффузно рассеянного
света в интенсивность излучения, прошедшего через сильно рассеивающую
биологическую ткань. Поэтому теория оксиметрии крови не может
быть построена только на основе закона Ламберта-Бэра и различии
спектров поглощения оксигемоглобина и дезоксигемоглобина. В докладе
рассматривается подход к построению теории оксиметрии крови, исходя
из диффузионного приближения в теории переноса излучения в рассеивающей
среде. Основным является представление о геометрических параметрах
оптического информационного канала - области пространства
под поверхностью биологической ткани, где эффективно сосредоточены
"диффузионные пути" света, соединяющие точку падения
узкого пучка на ткань с точкой приема диффузно отраженного или
прошедшего светового излучения. С помощью диффузного подхода получены
простые аналитические выражения для вычисления оксигенации крови
в трех схемах ее измерения: 1) оксиметр с диффузно отраженным
световым пучком, предназначенный для измерения общей оксигенации
венозной и артериальной крови ("тканевый оксиметр");
2) пульсооксиметр с диффузно прошедшим световым пучком; 3) пульсооксиметр
с диффузно отраженным световым пучком. В то время как схема 2)
оксиметрии хорошо известна и широко применяется в медицинской
практике, схемы 1) и 3) являются оригинальными и могут иметь в
некоторых случаях преимущества в медицинской практике.