बोटावरची क्लिप जेव्हा त्वचेच्या रंगाने फसते

पल्स ऑक्सिमीटर — रुग्णाच्या बोटावरची क्लिप — धमनीतील रक्त किती ऑक्सिजन वाहून नेते याचा अंदाज घेतो. तो बोटातून लाल आणि अवरक्त प्रकाश पाठवतो, हृदयाच्या ठोक्यांबरोबर प्रत्येक प्रकाश कसा स्पंदित होतो ते मोजतो, आणि एक गुणोत्तर काढतो. सुमारे दहा स्वयंसेवकांवर अनुभवाधारित पद्धतीने केलेले अंशांकन (calibration) त्या गुणोत्तराचे ऑक्सिजन संपृक्ततेत रूपांतर करते.

एक ज्ञात पूर्वग्रह

ही उपकरणे गडद त्वचेच्या रुग्णांमध्ये ऑक्सिजनची पातळी प्रत्यक्षापेक्षा जास्त दाखवतात. परिणामी गुप्त हायपोक्सिमिया (occult hypoxaemia) अधिक होतो: प्रत्यक्ष ऑक्सिजन पातळी उपचार आवश्यक इतकी कमी असते, पण मॉनिटर दिलासादायक आकडा दाखवतो आणि उपचार दिले जात नाहीत.

अमेरिकेचा अंशांकनाचा नियम (FDA, 2013) किमान दोन गडद रंगद्रव्य असलेले सहभागी, किंवा गटाच्या 15 %, असण्याची अट घालतो. त्याचा पुनर्विचार सुरू आहे — FDA च्या सल्लागार मंडळाने 2024 मध्ये त्याची तपासणी केली.

एक सुचवलेले स्पष्टीकरण वर्णपटीय रंगछटा (spectral colouring) या नावाने ओळखले जाते. ऑक्सिमीटर LED वापरतात, ज्यांचा प्रकाश — लेसरच्या उलट — रंगांच्या बऱ्यापैकी विस्तृत पट्ट्यात पसरलेला असतो. त्वचेतील मेलॅनिन त्या पट्ट्यातील काही रंग इतरांपेक्षा जास्त शोषते. त्यामुळे संवेदकाला प्रत्यक्षात मिळणारा रंग त्वचेच्या छटेनुसार सरकतो, तर अंशांकन स्थिर रंग गृहीत धरते. याला अलीकडचा प्रायोगिक आधार आहे: LED ऐवजी अरुंद-पट्टा लेसर डायोड वापरल्यावर पूर्वग्रह नाहीसा झाला, प्रयोगशाळेत आणि 18 सहभागींच्या वैद्यकीय अभ्यासातही. इतर यंत्रणाही सुचवल्या गेल्या आहेत, आणि पूर्वग्रह अनेक कारणांच्या संयोगाने असू शकतो.

चाचणी

टफ्ट्स विद्यापीठातील जाइल्स ब्लेनी (Giles Blaney) आणि सहकाऱ्यांनी कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन फ्रान्सिस्को येथे गोळा केलेला सार्वजनिक OpenOximetry डेटाबेस वापरला: निरोगी स्वयंसेवक, ज्यांची ऑक्सिजन पातळी ते श्वासावाटे घेत असलेला वायू नियंत्रित करून टप्प्याटप्प्याने (सुमारे 100 % वरून 70 % पर्यंत) कमी केली जाते. प्रत्येक टप्प्यावर संदर्भ म्हणून धमनीतील रक्त काढले जाते, आणि त्याच वेळी ऑक्सिमीटरचा कच्चा संकेत आणि त्वचेचा परावर्तन वर्णपट नोंदवला जातो.

त्या डेटामधून 98 स्वयंसेवक आणि 2,991 रक्तनमुने वापरण्याजोगे होते. प्रत्येक व्यक्तीसाठी चमूने त्वचेच्या वर्णपटावरून तिच्यातील मेलॅनिनचे प्रमाण काढले. मग न्याय्य तुलनेसाठी त्यांनी तीन अंशांकनांची तुलना केली, प्रत्येकात केवळ दोन मुक्त प्राचल:

1. पारंपरिक सरळरेषा अंशांकन;
2. भौतिकशास्त्रातून काढलेले सूत्र (सुधारित बिअर–लॅम्बर्ट नियम), जे मेलॅनिनकडे दुर्लक्ष करते;
3. तेच सूत्र, मेलॅनिन आणि LED च्या रंगपट्ट्याच्या रुंदीसाठी दुरुस्त केलेले — याआधी कागदावर सुचवलेले, पण प्रत्यक्ष डेटावर कधीच न तपासलेले.

परिणाम

• एकूण अचूकता तिन्हींसाठी सारखीच: सुमारे 2.42 % वर्गमाध्य-मूल त्रुटी, सर्व FDA च्या 3 % मर्यादेत.
• त्वचेच्या छटेवरील अवलंबित्व — मेलॅनिनबरोबर त्रुटी किती वाढते:
  • पारंपरिक अंशांकन: मेलॅनिनच्या प्रति एककाला संपृक्ततेचे +2.8 गुण;
  • भौतिकशास्त्राचे सूत्र: +1.2;
  • मेलॅनिन-दुरुस्त सूत्र: +0.1 — जवळजवळ शून्य.

हा क्रम वर्णपटीय रंगछटा सिद्धांताने भाकीत केलेल्या दिशेने जातो.

हे काय सिद्ध करत नाही

लेखक स्पष्ट आहेत: यांपैकी कोणताही उतार सांख्यिकीयदृष्ट्या महत्त्वपूर्ण नाही — अनिश्चिततेच्या सर्व श्रेणींमध्ये शून्य समाविष्ट आहे. त्यांनी पूर्वग्रह मोजला किंवा दूर केला असा दावा ते करत नाहीत. सुमारे दहापट अधिक रुग्ण लागतील; हा पूर्वग्रह प्रस्थापित करणाऱ्या वैद्यकीय अभ्यासांमध्ये 1,565 आणि 8,392 रुग्ण होते.

या दुरुस्तीसाठी प्रत्येक रुग्णाच्या त्वचेच्या छटेचे मोजमाप, आणि LED च्या रंगपट्ट्याची माहितीही लागते. आणि या अंशांकनाच्या पद्धती आहेत: आधीच वापरात असलेल्या ऑक्सिमीटरवर त्या थेट लागू करता येत नाहीत.

प्रत्यक्ष डेटावरची पहिली चाचणी

मेलॅनिनचा विचार करणाऱ्या अंशांकनाची प्रत्यक्ष डेटावरची ही पहिली चाचणी आहे. भविष्यातील अंशांकन अभ्यासांसाठी लेखकांचा व्यावहारिक सल्ला: किमान भौतिकशास्त्रावर आधारित सूत्र स्वीकारावे, जे कोणत्याही अतिरिक्त मोजमापाशिवाय सरळ रेषेची जागा घेते. त्यांचा कोड सार्वजनिक आहे.