edo_tokyo (edo_tokyo) wrote,
edo_tokyo
edo_tokyo

Categories:

Пульсоксиметр – медицинский прибор на основе японских технологий



Во время пандемии пульсоксиметр оказался в центре внимания – он оперативно определяет уровень кислорода в крови, а это основной параметр для диагностики тяжести пневмонии при COVID-19. Используемая в пульсоксиметре технология разработана японским инженером Аояги Такуо.
Сатурация как значимый показатель состояния организма человека
Когда президент США Дональд Трамп заболел COVID-19, об этом быстро узнал весь мир. Группа врачей сообщила, что Трампу была проведена кислородная терапия, потому что уровень кислорода в крови дважды понижался. Упомянутый врачами показатель определяется с помощью медицинского прибора – пульсоксиметра. К сожалению, мало кто знает, что широко известные во всём мире пульсоксиметр и эндоскоп основаны на изобретённых в Японии медицинских технологиях.
Уровень насыщения крови кислородом (SpO2) измеряется с помощью двух видов световых волн разной длины. Анализируя прошедшие сквозь палец лучи света, пульсоксиметр определяет цвет гемоглобина в крови. Хорошо насыщенный кислородом гемоглобин ярко-красный, но при низком уровне кислорода он приобретает тёмно-красный цвет. Пульсоксиметр оцифровывает интенсивность красного цвета и подсчитывает уровень кислорода в крови.
Современный пульсоксиметр – это простой в эксплуатации аппарат в виде надеваемой на палец прищепки с сенсором. Он одновременно измеряет частоту сердечных сокращений и уровень кислорода в крови и отображает результаты на крошечном жидкокристаллическом табло. Полная сатурация составляет 100%, показатель от 99% до 96% считается в пределах нормы. Падение уровня кислорода в крови ниже 90% называется гипоксией и требует немедленного проведения кислородной терапии.
Стационарным пациентам обычно измеряют 4 жизненных показателя – кровяное давление, пульс, частота дыхания и температура тела, однако уровень кислорода в крови, измеряемый с помощью пульсоксиметра, фактически является пятым жизненным показателем. Иными словами, уровень сатурации напрямую связан с жизнью человека.
Открытие Аояги и его коммерческое примерение
В 1935 году немецкий врач Карл Матес (1905-1962) разработал методику измерения уровня кислорода в крови с помощью проходящих через ухо красных и зелёных лучей. Однако перед измерением ухо сдавливалось, а в процессе измерения нагревалось, пациент подвергался дополнительной нагрузке, поэтому аппарат не получил широкого применения.
В 1970-е годы японский инженер Аояги Такуо (1936-2020) открыл другой способ измерения уровня кислорода в крови. В 1958 году Аояги закончил обучение на технологическом факультете университета Ниигата и устроился на работу в Shimazu Corporation. В 1971 году Аояги перешёл в компанию Nihon Koden, занимающуюся производством и продажей медицинского оборудования. Перед ним была поставлена следующая задача: «Оптимальная форма мониторинга пациентов – это автоматизация процесса. Для этого необходимо разрабатывать неинвазивные приборы, обеспечивающие непрерывное снятие данных». Таким образом, Аояги предстояло разработать прибор, способный стабильно снимать показатели без забора крови с помощью шприца. В 1972 году в процессе модернизации прибора для измерения движущейся от сердца артериальной крови Аояги открыл способ измерения уровня кислорода в артериальной крови с помощью пульсации сердца. Это открытие легло в основу технологии современного пульсоксиметра.
Аояги Такуо в лаборатории Nihon Koden (1994)Аояги создал прототип аппарата, провёл ряд исследований и опубликовал своё изобретение на заседании научного сообщества в 1974 году, однако медицинские круги не проявили интереса к изобретению и на протяжении многих лет он пребывал в забытьи. В 1975 году компания Nihon Koden выпустила в продажу ушной оксиметр на базе технологии Аояги, однако ввиду ряда несовершенств, включая использование электролампы в качестве источника света и низкую эффективность улавливающего свет сенсора, прибор не пользовался спросом, и разработки были прекращены. В 1974 году доктор Накадзима Сусуму из Института прикладной электроэнергетики университета Хоккайдо (в настоящее время – главврач больницы Морияма), получивший прототип аппарата, опубликовал первую научную статью о пульсоксиметре. Впоследствии эта статья была переведена на английский язык.
В 1977 году Conica Minolta впервые в мире выпустила в продажу надевающийся на палец пульсоксиметр Oximet MET-1471. Функциональные характеристики разработанного компанией прибора получили высокую оценку в Соединённых Штатах. Применение пульсоксиметра выявило высокую частоту смертельных случаев в результате нехватки кислорода, продемонстрировало возможность влияния нехватки кислорода на жизнеспособность пациента, а также помогло мгновенно распознавать опасные симптомы с помощью изменений уровня кислорода в крови. Прибору прочили большое будущее в клинической медицине
В 1980-е годы в США и Японии возросло количество медицинских происшествий, когда находящийся под наркозом пациент умирал от нехватки кислорода во время операции. Это увеличило потребность в приборе, способном оперативно измерять уровень сатурации без забора крови. Аояги отмечал, что прибор должен соответствовать двум условиям – стабильность измерений и способность адаптироваться к резким изменениям показателей.
В 1980 году компания Biox выпустила пульсоксиметр на световых диодах, стабильность которого обеспечивалась за счёт соединения с компьютером. Анестезиолог Вильям Нью (1942-2017) выполнил оценку прибора в университете Стэнфорд и сыграл значимую роль в его распространении. Убедившись в эффективности пульсоксиметра, врач решил развивать его применение, основал компанию Nellcor, в 1982 году выпустил модель пульсоксиметра для операционных N-100 и стал продавать её в США и других странах мира.
Всемирное признание
Аояги публиковал научные статьи о своём изобретении только на японском языке. Это обычное явление для технологий, открытых, разработанных и доведённых до совершенства в Японии. Однако если информация не выходит за пределы Японии, даже самое уникальное изобретение не будет оценено по достоинству, его могут превзойти учёные из других стран, а идея может быть скопирована.
К счастью для Аояги, появился человек, проливший свет на его изобретение. Слухи о достижениях Аояги дошли до всемирно известного американского физиолога Джона Северингхауса (1922-). В 1987 году он приехал в Японию, встретился с Аояги и опубликовал на английском языке статью о его исследованиях. Так Аояги обрёл всемирную известность в качестве изобретателя пульсоксиметра.
Аояги (в центре) и Северингхаус (слева) (1987)
Аояги (в центре) и Северингхаус (слева) (1987)
В 1950-е годы частота смертельных случаев во время анестезии составляла один на 2000. Благодаря внедрению пульсоксиметра в наши дни этот показатель снизился до 1 на 100 000. В год в Японии делается около 2 миллионов анестезий, поэтому число смертельных случаев сократилось с 1000 до 20. Нельзя считать это исключительно заслугой пульсоксиметра, однако роль этого прибора достаточно велика.
Применение пульсоксиметра не только снизило смерность во время операций во всём мире, но и внесло значительный вклад в спасение людей в экстренной медицине. Сейчас пульсоксиметр есть в любой маленькой частной клинике, а диапазон применения расширился от диагностики пациентов с симптомами простуды и заболеваниями дыхательной системы до мониторинга состояния после медикаментозного лечения. Часы Applе Watch, вышедшие в сентябре 2020 года, оснащены приложением для изменения уровня кислорода в крови. Часы нааправляют зелёные, красные и инфракрасные светодиодные лучи на кровеносные сосуды запястья, считывают отражаемый свет с помощью светодиода, а затем определяют уровень сатурации по цвету крови с помощью современного алгоритма. Эта технология не настолько совершенна, чтобы применять её в медицине, однако вполне подходит для измерения колебаний уровня кислорода в крови во время занятий спортом. Пульсоксиметр стал неотъемлемым спутником нашего времени.
В 1997 году по приглашению Японского общества педиатрической анестизологии Японию посетил шведский учёный Стен Линдэлл, специалист по оксигенной биологии и член Нобелевского комитета по медицине. Прочитав лекцию, он сообщил: «Есть человек, которого я хотел бы порекомендовать в качестве кандидата на Нобелевскую премию. Это Аояги Такуо – изобретатель технологии, на основе которой разработан пульсоксиметр». Если бы пульсоксиметр действительно удостоился Нобелевской премии, её лауреатами могли стать автор открытия Аояги и доктор Нью, модернизировавший прибор для применения в клинической практике и распространивший его по всему миру.
20 июня 2015 года американский Институт электрической и электронной инженерии (IEEE) наградил Аояги медалью за инновации в сфере технологий здравоохранения. По мнению Института, «изобретение пульсоксиметра изменило современную хирургию», а Аояги стал первым японцем, удостоившимся данной премии.
Аояги на церемонии награждения в IEEE (2015)
Аояги на церемонии награждения в IEEE (2015)
Спасение жизней в эпоху пандемии
Аояги скончался 18 апреля 2020 года, когда эпидемия COVID-19 только начиналась в Японии. Он прекратил работать над усовершенствованием пульсоксиметра и обучение молодого поколения всего за полтора года до смерти.
Затянувшаяся пандемия способствовала повышению интереса к пульсоксиметру. Появилось множество пациентов со скрытой пневмонией, которая сначала протекает бессимптомно, а затем наступает резкое ухудшение, сопровождающееся дыхательной недостаточностью, поэтому измерение уровня кислорода в крови стало неотъемлемой частью диагностики и лечения. Когда в японских новостях рассказали, что пульсоксиметры вместе с термометрами выдают лёгким пациентам, размещаемым на изоляцию в гостиницах, чтобы те самостоятельно измеряли уровень кислорода в крови и сообщали показатели медработникам, пульсоксиметры быстро исчезли из продажи. Без прибора, способного мгновенно измерить такой значимый показатель тяжести заболевания, как уровень кислорода в крови, количество смертельных случаев могло быть намного больше.
Выдающееся открытие, сделанное Аояги Такуо почти полвека назад, продолжает приносить пользу людям во всём мире.

История создания пульсоксиметра


1935
Карл Матес разрабатывает ушной оксиметр

1971
Аояги Такуо поступает на работу в компанию Nihon Koden.

1972
Аояги открывает принцип работы пульсоксиметра

1974
Хирург из университета Хоккайдо Накадзима Сусуму публикует первую научную статью о практическом применении пульсоксиметра

1975
Nihon Koden выпускает ушной оксиметр

1977
Conica Minolta выпускает первый в мире пульсоксиметр, надеваемый на палец

1980
Biox выпускает модель пульсоксиметра на светодиодах, стабильность которой обеспечивается за счёт соединения с компьютером

1982
Nellcore выпускает пульсоксиметр для применения в клинической практике

1987
Джон Северингхаус описал открытие Аояги в научной статье на английском языке

1997
Стэн Линдэлл из Нобелевского комитета упоминает открытие Аояги в своей речи

2015
Аояги получает медаль за инновации в сфере технологий здравоохранения от американского Института электрической и электронной инженерии (IEEE)

2020
Аояги скончался в возрасте 84 лет.

2020
В часах Apple Watch 6 появляется приложение для измерения уровня кислорода в крови
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments