Bir Ölçüm Paraziti Nasıl Oksijen Monitörüne Dönüştü?

Salgında Evlerine Kapatılanlar: 17. Yüzyıldan Kalan Mektuplar ve Dilekçeler

İçeriği Görüntüle

1972’de Tokyo’da, tıbbi cihaz üreticisi Nihon Kohden’de çalışan elektrik mühendisi Takuo Aoyagi, kalbin dakikada ne kadar kan pompaladığını belirlemek için bir kulak oksimetresinden yararlanıyordu. Dolaşıma verilen bir boyanın kandaki yoğunluğunu, kulak memesinden geçen ışığı kaydederek izliyordu. Ancak her kalp atımı kulaktaki kan hacmini değiştiriyor, bu değişim de kayda düzenli bir dalgalanma olarak yansıyordu. Dalgalanma, boya eğrisinin özellikle düşüş bölümünü okumayı zorlaştırıyordu. Aoyagi iki ışık sinyalini dengeleyerek dalgalanmayı bastırdı. Kanın oksijen doygunluğu değiştiğinde ise kurduğu denge bozuldu. [1–3]
Kulaktan geçen ışığın geçmişi
Işıkla oksijen doygunluğunu ölçme fikri, Aoyagi’nin deneyinden onlarca yıl önce araştırılmaya başlamıştı. Oksijen bağlamış hemoglobin ile oksijen bağlamamış hemoglobin, kırmızı ve kızılötesi ışığı farklı biçimlerde soğurur. Glenn Millikan, bu özellikten yararlanarak kulaktan sürekli ölçüm yapabilen bir aygıtı 1942’de tanıttı. Yüksek irtifada uçan pilotların oksijen doygunluğunu izlemek, bu çalışmaların uygulama alanlarından biriydi. [2, 3]
Ölçümün güçlüğü, algılayıcıya ulaşan ışığın deri, diğer dokular ve toplardamar kanından da etkilenmesiydi. Earl Wood ve çalışma arkadaşları, 1940’ların sonunda kulak memesine basınç uygulayarak ölçüm bölgesindeki kanı geçici olarak uzaklaştırdı ve bu durumu bir karşılaştırma noktası olarak kullandı. Aoyagi’nin deneyinde ise karşılaştırmaya elveren değişim her kalp atımında kendiliğinden ortaya çıkıyordu. Nabızla birlikte ölçüm bölgesindeki atardamar kanı hacmi değişiyor, bu da dokudan geçen ışığa yansıyordu. [2, 3]
Bozulan denge neyi gösterdi?
Boya seyreltme yönteminde dolaşıma bir izleyici madde verilir ve bu maddenin kandaki yoğunluğunun zamanla nasıl değiştiği kaydedilir. Elde edilen eğri, kalp debisinin, yani kalbin dakikada pompaladığı kan hacminin hesaplanmasına yardım eder. Aoyagi’nin önündeki sorun, boya eğrisinin üzerine binen nabız dalgasını kayıttan ayırmaktı. [1–3]
Aoyagi, kırmızı ve kızılötesi kanallardaki nabız dalgalarını birbirini giderecek biçimde dengeledi. Ancak oksijen doygunluğu değiştiğinde, dalgalanmayı bastırmak için gereken oran da değişiyordu. Bu ilişki ölçümün yönünü tersine çevirdi. Aoyagi, iki kanaldaki nabız değişimlerini karşılaştırarak atardamar kanındaki hemoglobinin oksijen doygunluğunu hesaplayabileceğini gördü. Boya eğrisi için “parazit” sayılan dalgalanma, oksijen doygunluğu için ölçümün dayanağı oldu. [1–3]
İki ışık, iki oran, bir tahmin
Yaygın parmak tipi nabız oksimetrelerinde kırmızı ve kızılötesi ışık parmağın bir yanından gönderilir. Karşı taraftaki algılayıcı, dokudan geçen ışığı kaydeder. Cihaz her ışık kanalında nabızla değişen bileşeni, o kanalın görece sabit ışık düzeyine böler. Ardından kırmızı kanalda elde ettiği değeri kızılötesi kanaldaki değere böler. Bu işlem “oranların oranı” olarak bilinir. [2, 3, 7]
Modern cihazlar bu oranı, referans atardamar kanı ölçümleriyle oluşturulmuş bir kalibrasyon eğrisi üzerinden oksijen doygunluğu tahminine dönüştürür. Ekrandaki SpO₂, atardamar kanındaki hemoglobinin oksijenle doygunluğuna ilişkin optik bir tahmindir. Oksijenin atardamar kanındaki kısmi basıncı olan PaO₂ ise ayrı bir ölçümdür. [7]
Aoyagi’nin prototipinde bugünkü parmak klipsinin yerinde bir kulak probu vardı. Kendi geriye dönük anlatımına göre küçük bir tungsten lamba kullanmış, kulaktan geçen ışığı iki optik kola ayırarak 630 ve 900 nanometredeki sinyalleri kaydetmişti. Kırmızı kanal, hemoglobinin oksijenlenmesine bağlı değişimi belirginleştirmek için seçilmişti. Kızılötesi kanalın seçiminde ise deneyde kullanılan boyanın ölçüme etkisini azaltma amacı vardı. Boya ölçümü için kurulan düzeneğin bazı parçaları böylece yeni oksimetrede yeniden kullanıldı. [3]
Japonya’da iki geliştirme hattı
Tarihçeler Aoyagi’nin laboratuvar gözlemini 1972’ye tarihlendirir. Nihon Kohden, Mart 1974’te patent başvurusunda bulundu. Aoyagi, M. Kishi, K. Yamaguchi ve S. Watanabe’nin kulak oksimetresine ilişkin bildirisi aynı yıl Osaka’daki Japon tıbbi elektronik ve biyomühendislik toplantısının kayıtlarında yer aldı. Cerrah Susumu Nakajima ve çalışma arkadaşlarının kulak probuyla yürüttüğü erken klinik değerlendirme ise Ağustos 1975’te Japonca yayımlandı. [1–4]
Aynı dönemde Minolta’da Akio Yamanishi ve çalışma arkadaşları, parmak ucundan geçen ışıkla nabız dalgasını kaydediyordu. Ekip, her kalp atımında ışık sinyalinin değişmesinden yararlanarak oksijen doygunluğunu hesaplamaya yöneldi. Minolta, Nisan 1974’te Japonya’da patent başvurusunda bulundu ve 1977’de parmak probu kullanan OXIMET MET-1471 modelini piyasaya çıkardı. Japonya’daki iki ekip, kulakta boya seyreltme ölçümü ve parmakta optik nabız kaydı gibi farklı araştırma sorunlarından yola çıkarak benzer bir ölçüm ilkesine ulaştı. [3, 5]
Ameliyathanede duyulan sayı
ABD’de William New ve Jack Lloyd’un katkılarıyla geliştirilen Nellcor N-100, 1983’te piyasaya çıktı. Kolay takılan sensörü ve okunaklı ekranı, ölçümün ameliyat boyunca izlenmesini kolaylaştırdı. Nabız sesinin perdesi oksijen doygunluğuyla birlikte değişiyordu. Böylece anestezi ekibi, dikkati hastaya ya da başka bir ekrana yöneldiğinde de değişimi duyabiliyordu. Aynı yıl Anesthesiology dergisinde yayımlanan bir klinik değerlendirme, nabız oksimetresinin anestezi pratiğine girişini belgeleyen erken çalışmalardandı. [1, 3, 6]
Kan örneğinden yapılan ölçüm, örneğin alındığı ana ilişkin bilgi verir. Nabız oksimetresi, bu anların arasında oksijen doygunluğunun nasıl değiştiğini izleme olanağı sağladı. Bu özellik, yöntemin ameliyathanelerin yanı sıra yoğun bakımda da yer edinmesine katkıda bulundu. Klinik kullanımın standartlara yansıması ise zaman aldı. Amerikan Anesteziyologlar Derneğinin 1986’da kabul ettiği ilk temel izlem standartları, nabız oksimetresini açıkça zorunlu kılmıyordu. Hasta güvenliği araştırmacısı Jeffrey B. Cooper, o dönemde birçok anestezi hekiminin cihazla deneyiminin sınırlı olduğunu aktarıyor. [3, 7]
Ekrandaki sayı ne kadar güvenilir?
Nabız oksimetresinin doğruluğu, cihazın atardamar nabzına bağlı sinyali ayırt edebilmesine dayanır. Hareket kaydı bozabilir. Ölçüm bölgesindeki kanlanma zayıfladığında nabız dalgasını seçmek güçleşebilir. ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), cilt pigmentasyonunun da ölçüm doğruluğunu etkileyebildiğine ve koyu pigmentasyonlu ciltte bazı cihazların daha az doğru sonuç verebildiğine dikkat çekiyor. [7, 8]
Aoyagi’nin deneyinde her kalp atımı, boya eğrisini okumayı güçleştiriyordu. Bugünkü nabız oksimetresi ise ölçüm yapabilmek için o dalgalanmaya ihtiyaç duyuyor. Ekrandaki oksijen doygunluğu tahmini, her atımda kırmızı ve kızılötesi ışığın dokudan geçişinde meydana gelen küçük değişimlerden hesaplanıyor. [2, 3, 7]
Kaynaklar
Severinghaus JW, Honda Y. History of blood gas analysis. VII. Pulse oximetry. Journal of Clinical Monitoring. 1987, 3(2), 135–138.
Severinghaus JW. Takuo Aoyagi: discovery of pulse oximetry. Anesthesia & Analgesia. 2007, 105(6 Suppl), S1–S4.
Miyasaka K ve ark. Tribute to Dr. Takuo Aoyagi, inventor of pulse oximetry. Journal of Anesthesia. 2021, 35, 671–709.
New pulsed-type earpiece oximeter (İngilizce dizin başlığı). Kokyu To Junkan. 1975, 23(8), 709–713.
Konica Minolta. History of Konica Minolta Pulse Oximeter Development and Social Contributions Under COVID-19 Pandemic. Kurumsal teknik tarihçe.
Yelderman M, New W Jr. Evaluation of pulse oximetry. Anesthesiology. 1983, 59(4), 349–352.
Jubran A. Pulse oximetry. Critical Care. 2015, 19, 272.
U.S. Food and Drug Administration. Pulse Oximeters. Kurumsal bilgi sayfası.