Báo Cáo Môn Học Kỹ Thuật Đo Lường Y Sinh Đề Tài Tìm Hiểu Về Đo Nhịp Tim Và Đo Độ Bão Hòa Oxy Trong Máu Spo2 Dùng Module Max30102.Pdf

Nồng độ oxy trong máu động mạch dưới 80 % chức năng của các cơ quan chăng hạn như não và tim bị đình trệ, bệnh nhân cần được cấp cứu kịp thời.. Máy đo oxy xung dựa vào đặc điểm hấp thụ á

111Equation Chapter 1 Section TRUONG DAI HOC BACH

KHOA HA NOI

ĐIỆN TỬ - KT ĐIỆN TỬ Y SINH

BAO CAO MON HOC

KY THUAT DO LUONG Y SINH

Đề tài: Tìm hiểu về đo nhịp tìm và đo độ bão hòa oxy trong

mau SpO2 dung module max30102

Giảng viên: TS Nguyễn Việt Dũng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quê Anh -

Lê Thị Bảo Thoa -

Nguyễn Đông Anh - Lớp: LTK7

Chuyên nghành đào tạo: Kỹ Thuật Y Sinh

Hà Nội, tháng 11 năm 2022

MỤC LỤC MUC LUC

DANH MUC HINH ANH

DANH MUC BANG BIEU

CHƯƠNG l: GIỚI THIEU

L1 Giới thiệu độ bão hòa oxy_ trong máu và nhịp từn 1.1.1 Đô bão hòa oxy trong máu

1.1.2 Nhịp tim

1.2 Module Max30102 — do nhip tim va spo2

1.2.1 Giới thiệu Max30102

1.2.2 Cau tao Max30102

1.2.3 Nguyên lý hoat đông của Max30102

L.2.3.1 Nguyên lý vật lý được sử dụng đề đo SpO2 1.2.3.2 Dinh ludt BEER vé hap thy anh sang

1.2.3.3 Độ hấp thụ khác nhau ở các bước sóng khácnhau

1.2.3.4 Nguyên lý đo spo2

1.2.3.5 Máy do spo2 đo lường máu có nhịp mạch

1.2.3.6 Hướng giải quyết

CHƯƠNG 2: KÉT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Module cam bién max 30102

Hinh 1.2 So sanh max30102 va max30100

Hinh 1.3 So dé mach dién

Hinh 1.4 So dé mach dién

Hinh 1.5 Phong phap do SpO2 va nhip tim

Hinh 1.6 Tý lệ Hb có oxy trên tổng số Hb

Hinh 1.7 Neuyén ly vat ly dé do SpO2

Hinh I.§ Đặt ngón tay vào cảm biến

Hinh 1.9 Dinh luat BEER

Hình 1.10 Phé anh sang

Hinh 1.11 Neuyén ly do spo2

Hinh I.12 Kích thước ngón tay

Hinh 1.13 Co nhip mach

Hinh 1.14 Khéng c6 nhip mach

Hinh 1.15 Tin hiéu thu duoc

Hinh 1.16 Tin hiéu nhip mach

Hinh 1.17 Tổng số tín hiệu có nhịp mạch

DANH MỤC BẢNG BIẾU Bảng 1.2 Đồ thị chỉ sự hấp thụ của oxy Hb tại các bước sóng khác nhau là khác nhau

CHUONG I1: GIỚI THIỆU 1,1, Giới thiệu độ bão hòa oxy trong máu và nhịp tim

1.1.1 Độ bão hòa oxy trong mâu

Độ bão hòa oxy là tý số hemoglobin bão hòa oxy so với tông số hemoglobin (cả không bão hòa và bão hòa) trong máu Cơ thể con người điều chỉnh sự cân bằng oxy trong máu rất chính xác và cụ thê Mức độ bão hòa oxy trong máu động mạch bình thường ở người là từ 95 đến 100 % Nếu mức độ đưới 90 % thì coi là thấp, bệnh nhân

bị hạ oxy máu Nồng độ oxy trong máu động mạch dưới 80 % chức năng của các cơ quan (chăng hạn như não và tim) bị đình trệ, bệnh nhân cần được cấp cứu kịp thời Néng độ oxy thấp liên tục có thê dẫn đến ngừng hô hấp hoặc ngừng tim Liệu pháp oxy được sử dụng để hỗ trợ nâng cao nồng độ oxy trong máu Quá trình oxygen hoa (khác với oxy hóa) xảy ra khi các phân tử oxy O; đi vào các mô của cơ thế Ví dụ, máu nhân oxy ở phôi (phân tử oxy đi từ không khí khuếch tán vào máu)

Trong y học, độ bão hòa oxy là phần trăm hemoglobin trong máu liên kết với oxy Khi áp suất riêng phần oxy thấp, hầu hết hemoglobin bị khử oxy Vào khoảng 90% (giá trị thay đối tùy theo bệnh cảnh lâm sàng) độ bão hòa oxy tăng theo đường cong phan ly oxy-hemoglobin và đạt tới 100% ở áp suất oxy riêng phần> II kPa Máy

đo oxy xung dựa vào đặc điểm hấp thụ ánh sáng của hemoglobin bão hòa đề cho kết quả độ bão hòa oxy

Một phân tử Hemoglobin (Hb) có thê kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn đủ

4 phân tử oxy được gọi là bão hòa oxy Độ bão hòa oxy trong máu còn được gọi là chỉ

số SpO2, biểu thị cho tý lệ Hemoglobin có oxy trên tông lượng Hemoglobin trong máu Nếu tất cả các phân tử Hemoglobin trong máu đều gắn với oxy thì độ bão hòa

liên tục trên cùng một bệnh nhân ôn định cho thấy kết quả không khác nhau, điều này chứng tỏ thông số SpO2 có mức độ đáng tin cậy cao

1.1.2 Nhịp tim

Nhịp tim chuẩn có thê khác nhau ở mỗi người, tùy thuộc vào độ tuổi, thé trạng, giới tính, Đối với người từ 18 tuôi trở lên, nhịp tim bình thường trong lúc nghỉ ngơi dao động trong khoảng từ 60 đến 100 nhịp mỗi phút Thông thường, người có thể trạng càng khỏe mạnh, thì nhịp tim càng thấp Đối với những vận động viên chuyên nghiệp, khi ở chế độ nghỉ ngơi, nhịp tim trung bình của họ chỉ khoảng 40 nhịp một phút Ví dụ như vận động viên đua xe đạp Lance Armstrong - huyễn thoại của làng thể thao thế giới, tìm của anh chỉ đập khoảng 32 nhịp mỗi phút

Theo nghiên cứu của Cơ quan y tế quốc gia tại Vương quốc Anh, đưới đây là bảng tiêu chuân nhịp tim lý tưởng theo từng độ tuôi:

1.1.3 Cách sử dụng máy đo SpO2 cầm tap

Máy đo SpO2 cầm tay giúp phát hiện ra tình trạng giảm oxy trong máu, dùng có người có bệnh lý cấp tính và mãn tính Đặc biệt, đối với các bệnh lý gây giảm oxy trong máu như hen phế quản, bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính, viêm phôi, hội chứng ngưng thở khi ngủ và nhiễm virus SARS — CoV 2 Đối với những người nhiễm virus SARS - CoV 2, chỉ số SpO2 giúp đánh giá mức độ nặng của tình trạng suy hô hấp và theo dõi đáp ứng điều trị với oxy, qua đó điều chỉnh lượng oxy cũng như phương pháp

hỗ trợ oxy cho phù hợp với tỉnh trạng của người bệnh

Việc đo SpO2 bang máy đo SpO2 kẹp ngón khá đơn giản nhưng cũng cần lưu ý cách sử dụng đề tránh xảy ra sai số trong quá trình thực hiện Biết được cách đo SpO2 đúng và theo dõi chặt chẽ chỉ số nồng độ oxy trong máu sẽ giúp xử trí kịp thời các biên cô và tăng cơ hội sông sót cho bệnh nhân

Hiện nay có rất nhiều loại máy đề đo nồng độ oxy trong máu Những thiết bị mới

ra đời còn được tích hợp công nghệ hiện đại, hiến thị nhiều thông tin hơn nhưng nhìn

chung một máy đo SpO2 cầm tay sẽ luôn hiền thị 2 thông số cơ bản đó là: chỉ số SpO2

- độ bão hoà oxy trong máu ngoại vi thê hiện dưới đạng phần trăm và nhịp mạch (PR) với đơn vị nhịp/ phút

Cách đo SpO2 sẽ tiến hành theo các bước sau:

Bước |: Kiém tra tong quat tinh trạng máy: pin còn hay không, khi bấm nút bật máy có phát ra ánh sáng hồng ngoại không, màn hình có sáng và hiển thị

số không Nếu máy hết pin thì phải thay pin mới hoặc sạc pin, tuỳ vào cầu tạo của từng loại máy

Bước 2: Mở kẹp máy đo ra, sau đó đặt một ngón tay vào khe kẹp sao cho đầu của ngón tay chạm đến được điểm tận cùng của máy (có thế kẹp và dai tai hoặc ngón chân)

Bước 3: Khởi động máy bằng cách bấm nút nguồn Khi máy đo cần ngồi im, hạn chế cử động bàn tay Sau vài giây, trên màn hình của sẽ hiển thị kết quả

đo

Bước 4: Sau khi đo xong chỉ cần rút ngón tay ra khỏi máy và máy sẽ tự động tắt sau một thời gian ngắn (khoảng vài giây đến I phút) hoặc có thê lưu chỉ

số đã đo vào may dé theo dõi, tùy theo chỉ định của bác sĩ

Lưu ý: Trước khi dùng thiết bị đo SpO2 nên xoa ấm bàn tay, cân đề cô định bàn tay lên trên mặt bàn Khi do cô gắng không cử động trong vòng 1 phút đề kết quả được chính xác hon

1.1.4 Hướng dẫn đọc thông số trên máp đo SpO2 cam tay

1.1.4.1 Chỉ số nhịp mạch

Hiền thị dưới dạng số tại chỗ ghi chữ PR (pulse rate) hoặc vị trí có hình trái tim

Đơn vị đo: nhịp/ phút

Pham vi do: tir 0 - 254 nhip/ phút

Giá trị bình thường: từ 60 — 90 nhịp/ phút (đối với bệnh nhân là người lớn,

khi nghi ngot)

1.1.4.2 Chỉ số SpO2

¢ Hién thị dưới dạng số phần trăm tại chỗ ghi chữ SpO2

« - Đơn vị đo: phần trăm (3%)

» - Phạm vi đo: từ 0— 100%

« - Giá trị bình thường: 98% - 100%

« - Sai số của thường dao động trong khoảng + 2%

1.1.4.3 Dấu hiệu thường gặp khi chỉ số SpO2 giảm

Nếu chỉ số SpO2 giảm, bệnh nhân có thê có các triệu chứng như sau:

‹ - Vã mô hôi

e¢ - Khó thở, thở nhanh, thở co kéo cơ hô hấp phụ hoặc thở khò khè

« - Da thay đôi màu sắc

« - Nhịp tim có thể chậm hoặc nhanh hơn bình thường

« - Suy giảm trí nhớ, lú lẫn

» - Vật vã, kích thích, bút rứt

Vã mồ hôi, khó thở là triệu chứng có thê gặp khi chỉ số SpO2 giảm

1.1.4.4 Yếu tố làm ảnh hưởng tới độ chính xác của máy do SpO2

Không phải máy đo SpO2 cầm tay lúc nào cũng phản ánh chính xác tình trạng bão hoa oxy trong máu ngoại biên Đo chỉ số SpO2 còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

« - Bệnh nhân cử động nhiều, liên tục

‹ _ Bệnh nhân bị hạ thân nhiệt, huyết áp thấp

« - Đo ở nơi có ánh sáng chiều trực tiếp

« _ Bệnh nhân bôi mỹ phâm, sơn móng tay, dùng móng giả hoặc móng tay quá dai ( bộ phận cảm biến trong khe kẹp không che kín được đầu ngón tay)

« - Bệnh nhân có bệnh lý gây bất thường về nồng độ hemoglobin trong máu (thiếu máu, bệnh lý huyết học)

« - Sử dụng thuốc gây co thắt mạch máu nghiêm trọng

« _ Bệnh nhân bị sốc (sốc giảm thê tích ) gây ra tình trạng giảm tưới máu mô

® - Ngộ độc Carbon Monoxide (CO) hoặc ngộ độc các chất methemoglobin Bảng 1.1 Bảng tiêu chuẩn nhịp tim

Nhịp tim của chúng ta vào từng thời điểm thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu

tố khác nhau, chang hạn như: Hoạt động thể chất của cơ thê trước lúc đó, tình hình sức khỏe và bệnh lý, nhiệt độ môi trường, tư thế đứng, ngồi, hay nằm) Ngoài ra, trạng thái tỉnh thần và cảm xúc cũng ảnh hưởng ít nhiều (ví dụ như cảm xúc giận đữ, vui mừng,

sợ hãi, lo lắng ) Bên cạnh đó, một số loại thuốc cũng có khả năng ảnh hưởng đến

nhịp tim Tuy nhiên, khi đề cập đến nhịp tim chuân, hay nhịp tim bình thường, nghĩa là

nhịp tim được đo lúc cơ thê đang nghỉ ngơi hoàn toàn

1.2 Module Max30102 — do nhịp tim và spo2

1.2.1 Giới thiệu Max30102

Max30102 là cảm biến nhịp tim và đo nồng độ oxy trong máu có thiết kế tiện dụng để dàng đeo vào ngón tay, cô tay, được sử dụng đề đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng đụng liên quan đến y sinh, cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay với thiết kế và chất liệu mắt đo chuyên biệt

từ chính hãng Maxim cho độ chính xác và độ bền cao, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C với bộ thư viện sẵn có trên Arduino rat dễ sử dụng

Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu Max30102 là một mô-đun đo nhịp tim và oxy trong máy tích hợp Nó bao gồm đèn LED bên trong, bộ tách sóng quang, các bộ phận

10

quang học và các thiết bị điện tử có tiếng ồn thấp với khả năng loại bỏ ánh sáng xung quanh

Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu Max30102 hoạt động trên một nguồn cung cấp điện I.8V và một nguồn cấp điện 5.0V riêng biệt cho các đèn LED bên trong Giao tiếp thông qua giao diện tương thích I2C tiêu chuẩn và có thê được tắt thông qua phần mềm với chế độ chờ bằng không Nó cho phép các thanh ray nguồn vẫn được cấp nguồn ở mọi thời điểm

Hình 1.2 So sánh max30 102 và max30100 1.2.2 Cấu tạo Max30102

Hình 1.4 Sơ đồ mạch điện

> Thành phần linh kiện chính trong Max30102

Đầu đo cảm biến:

Diot phát quang màu đỏ (660nm)

IR LED (880nm)

Diot cam quang

12

- _ Bộ chuyến đổi tín hiệu Analog to Digital

- _ Giao thức giao tiếp I2C

- _ Điều khiến led

- _ Bộ khuếch đại thuật toán

1.2.3 Nguyên [ý hoạt động của Niax30102

Gồm 2 thành phần là một Diot phát quang, Diot hồng ngoạivà một Diot cảm quang.Khi áp chặt mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy( thường là áp vào tai, đầu ngón tay đê đễ kẹp) đầu phát sẽ phát ra ánh sáng đi vào trong da Dòng ánh sáng

đó sẽ bị khuếch tán ra xung quanh, và một phần đi tới Diot cảm quang gần đầu phát Giá trị thu nhận phản hồi của LED hồng ngoại và LED RED so sánh với nhau cho kết quả Spo2 trong máu Do bị ép vào nên lượng máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, cụ thé khi không có áp lực do tim đập, máu sẽ dồn ra xung quanh, lượng ánh sáng từ đầu phát

sẽ về đầu thu nhiều hơn so với khi tim đập, máu chảy qua nơi có cảm biến áp vào.Sự thay đôi là rất nhỏ, nên phần cảm nhận ánh sángthường có mạch IC đề khuếch đại tín hiệu thay đôi nảy, đưa về các mạch lọc, đếm hoặc các mạch ADC để tính toán ra nhịp tim.Tín hiệu đầu ra là tín hiệu analog, dao động theo các mạch đập của tim

Hình 1.5 Phuong phap do SpO2 va nhip tim 1.2.3.1 Nguyên lý vật lý được sử dụng đề đo SpO2

13

mm) map

Hình I.8 Đặt ngón tay vào cảm biến Ngón tay sẽ được đặt giữa nguồn sáng và cảm biến, ánh sáng phátra sẽ xuyên qua ngón tay đi đến cảm biến.Một phần ánh sáng sẽ được ngón tay hấp thụ, phần còn lai khénghap thụ sẽ đi đến cảm biến Hb hấp thụ ánh sáng Do đó, tìm được tông lượng ánh sáng bihấp thụ sẽ suy ra được nồng độ Hb có trong mạch máu

1.2.3.2 Định luật BEER về hấp thu anh sang

Định luật: Tông lượng ánh sáng bị hấp thụ sẽ tỉ lệ với nồng độ chất hấp thụánh sáng đó

low absorption hiqh absorption

Hình 1.9 Định luật BEER

Ví dụ: mạch máu trong cả hai ngón tay đều có cùng đường kính

Nhưng một mạch máu có nồng độ Hb thấp và một mach máu cónông độ Hb cao Vậy càng nhiều Hb thì càng nhiều anh sang bihap thu

1.2.3.3 Độ hấp thụ khác nhau ở các bước sóng khácnhau

Oxy Hb hap thy anh sang IR (infrared) nhiéu hon anh sang d6, vadeoxy Hb hap thu ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng IR

Ánh sáng đỏ (bước sóng 650nm) và ánh sáng IR (bước sóng950nm)

15

Tổng lượng ánh sáng hấp thụ phụ thuộc vào nhiều đặc tính vànhững đặc tính này được máy đo cho ra nồng độ SpO2

Tổng lượng sáng hấp thụ phụ thuộc vào các đặc tính sau:

- _ Nông độ của chất hấp thụ ánh sáng

- _ Chiều đải của vật mà ánh sáng xuyên qua

- _ Độ hấp thụ ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại gần của OxyHb va deoxy Hb la khác nhau

1.2.3.4 Nguyên lý đo spo2

May đo SpO2 sử dụng 2 ánh sáng có bước sóng 650 nm va 950 nmđề phân tích Hb

Bảng 1.5 deoxy Hb hấp thụ ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng hồng ngoạigần Bang 1.6

17