ĐO NHỊP MẠCH VÀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU

Nguyên lý hoạt động của máy đo nồng độ SpO2 Các thí nghiệm đo thực tế Giải đáp các thắc mắc về SpO2. Nguyên lý máy đo SpO2 dựa vào nguyên tắc đo quang phổ và sự thay đổi thể tích bằng quang học. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả đo • Các sensor hoạt động không ổn định, cường độ phát quang ánh sáng đỏ, hồng ngoại không ổn định khiến tín hiệu thu được không chính xác. • Sai số thiết bị đo linh kiện, các giác cắm lỏng lẻo. • Nhiễu do điện lưới trong phòng thí nghiệm Máy đo oxy nhịp mạch hiện hoạt động dựa trên việc đo tín hiệu thay đổi thể tích thở bằng quang học (photoplethysmogra, hay được viết tắt là PPG). Tín hiệu này xuất phát từ việc thay đổi lượng máu động mạch theo chu kỳ co bóp và giãn nghỉ của tim. Như vậy, thiết bị oxy nhịp mạch phụ thuộc lớn vào việc có không có mạch đập của người được đo, dẫn đến nếu không có nhịp mạch thì phương pháp này không hữu dụng và phải dùng phương pháp đo xâm lấn trực tiếp dùng mẫu máu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH

ĐO NHỊP MẠCH VÀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU

GVHD: Lê Cao Đăng

MỤC LỤC

I. Cơ sở lý thuyết

1. Tổng quan

1.1 Máu: là một tổ chức di động được tạo thành từ thành phần hữu hình là

các tế bào ( hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) và huyết tương.

• Hồng cầu: chiếm khoảng 96%, hồng cầu chứa hemoglobin và có

nhiệm vụ chính là vận chuyển oxy

Trong tất cả các trạng thái bệnh đều có nguyên nhân từ việc thiếu oxy.Oxy cũng là nguồn năng lượng lớn nhất trong cơ thể Chỉ 10% nănglượng cung cấp từ thức ăn và nước, 90% còn lại là từ khí oxy Oxy giúp

cơ thể giải độc trong máu và làm mạnh thêm hệ thống miễn dịch Oxy rấtcần thiết cho não bộ, giúp tăng cường trí nhớ, tăng cường sự tập trung

 Các loại hemoglobin

Hemoglobin chia làm 2 loại

• Hemoglobin kết hợp với oxy: HbO2

• Hemoglobin không kết hợp với oxy: Rhb ( carboxyhemoglobinCOHb, hemoglobin Hb và methemoglobin MetHb)

1.2 SpO 2

a) Định nghĩa

SpO2 là độ bão hòa oxy trong máu động mạch đo bằng phương phápquang học thông qua nhịp đập của động mạch Sự bão hòa oxy trongđộng mạch (SaO2) là tỉ lệ của oxyhemoglobin (HbO2) trên tổng sốhemoglobin (Hb và HbO2) trong động mạch Khi sử dụng phương pháp

đo (pulse oximetry) nhịp mạch qua sự hấp thụ ánh sáng của oxy trongmạch máu thì tỉ lệ này được xác định theo công thức:

Máy đo nồng độ phần trăm oxy bão hòa trong động mạch (SpO2) và nhịpmạch sử dụng các nguyên tắc đo quang phổ (spectrophotometry) và đo sựthay đổi thể tích bằng quang học (photoplethysmography viết tắt PPG).Các bác sỹ gây mê dựa vào máy đo nồng độ ôxy này để biết trước sự rốiloạn chức năng lọc máu, sự đặt nội khí quản vv

b) Sensor sử dụng

Máy sử dụng hai nguồn LED có bước sóng ánh sáng đỏ (λ=660nm) ánhsáng hồng ngoại gần (λ=940nm) chiếu qua mô và thu nhận cường độ ánhsáng truyền qua để dò tìm tín hiệu thay đổi do các xung động của huyết

1.3 Định luật Lambert Beer

Độ hấp thụ cường độ của tia sáng đi qua mô theo định luật Lambert Beer

Trong đó:

IR là cường độ tia sáng sau khi đi qua mô

IT là cường độ tia tới trước khi đến mô

α Hệ số hấp thụ

c nồng độ phân tử hấp thụ (Hb và HbO2 )

d độ dày tế bào

α.c.d cũng chính là mật độ quang học của mô (OD)

• Công thức tính R trong bài bài thí nghiệm được lấy từ luận văn tốtnghiệp của anh Nguyễn Quang Vinh k08 – giáo viên hưỡng dẫn ThS

Lê Cao Đăng

1.4 Nguyên lý hoạt động của sensor trong bài thí nghiệm

Sử dụng đầu dò truyền qua

Hệ thống gồm 2 leds với đỉnh phát xạ tại 660nm trong vùng ánh sáng đỏ

và 940nm trong vùng hồng ngoại Các led luân phiên nhau khi đó ánhsáng khi đi qua mô bởi photodiode cũng tương ứng với led đang sáng.Cường độ ánh sáng ló ra bị suy giảm nhiều hay ít là tùy thuộc vào nhịpmạch đập Hệ số hấp thụ của HbO2 và Rhb khác nhau đối với mỗi ánhsáng Sự khác nhau về sự hấp thụ ánh sáng bởi máu tại 2 ánh sáng đỏ và

hồng ngoại được dùng để xác định nồng độ oxy trong máu.

1.4 Tại sao phải đo Spo2?

Spo2 là một trong năm dấu hiệu của sự sống bao gồm: nhiệt độ, nhịpmạch,huyết áp, nhịp thở và Spo2

Việc đo spo2 nhằm xác định lượng oxy trong máu động mạch có đủ haykhông Các cơ quan như phổi, hệ tuần hoàn có hoạt động bình thườngkhông Các bệnh nhân trong tình trạng hôn mê hoặc đang phẫu thuậtkhông thể cho chúng ta biết lượng oxy trong động mạch có đủ không vàtình trạng bệnh nhân có bình thường không

Tầm quan trọng của việc xác định nồng độ oxy trong máu đối với việctheo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân, cũng như phục hồi nên ngày naychúng ta cần phải theo dõi spO2

2 Thiết bị thực hiện bài thí nghiệm

• Máy đo SpO2 và nhịp mạch hiệu BCI model 3303

• Sensor đo SpO2 dùng nhiều lần (loại kẹp ngón tay)

• Máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30 hãng BIOPAC (màu trắng)

Các giắc cắm tách bước song đỏ (ký hiệu RED) và giắc cắm tách bướcsóng hồng ngoại (ký hiệu IR)

3 Các bước thực hiện :

 Máy đo SpO2 và nhịp mạch hiệu BCI model 3303 :

- B1 Gắn đầu dò vào máy đo SpO2

- B2 Nhấn công tắc máy sang vị trí “ON”

- B3 Đút ngón tay trỏ của bàn tay trái vào đầu dò cho đến khi tới chỗchặn ngón tay

- B4 Ghi lại kết quả nhịp mạch và nồng độ SpO2

 Máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30

- B1 Cắm sensor RED và IR lần lượt vào CH1 Và CH2

- B2 Chuyển công tắc qua “ON”

- B3 Đặt ngón tay trỏ vào RED Và ngón giữa vào IR

- B4 Đo và giải hệ để tìm ra giá trị A B để tính spo2

- B5 Tiến hành đo lại và kiểm tra kết quả

II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

1 KẾT QUẢ ĐO KHI SỬ DỤNG MÁY SpO2 ( BCI model 3303) :

 Người được đo: HỒ ĐÌNH T

Nồng độ SpO2 hầu như thay đổi không nhiều qua các lần đo.

- Khi giơ tay qua đầu:

Nồng độ SpO2 có thay đổi nhưng không đáng kể do mỏi cơ cần oxy

Nhịp mạch có tăng vì các yếu tố: trọng lực, oxy máu cung cấp cho cơ co

- Trong khi nâng tạ:

Nồng độ SpO2 và nhịp mạch thay đổi không đáng kể vì vận động liên tục

và ổn định

Nhịp mạch tăng hơn lúc bình thường để cung cấp oxy cho cơ co khi timđập nhanh và mạnh đẩy một lượng lớn máu vào động mạch đồng thời tạomột áp lực lớn tác dụng lên thành mạch làm nhịp mạch tăng Ngược lại,khi tim đập chậm và yếu đẩy một lượng máu ít hơn vào động mạch, đồngthời tạo một áp lực yếu hơn tác động vào thành mạch làm nhịp mạchgiảm

Hệ thống thần kinh trung ương sẽ gửi các xung động qua trung tâm timmạch ở hành não để yêu cầu sự phối hợp nhanh chóng của cả tim và cácmạch máu để thay đổi huyết áp, tăng cường tưới máu tới các mô để đápứng nhu cầu oxy của cơ thể Khi vận động, luyện tập tần số mạch tăng lên(do tim phải co bóp nhiều hơn để đáp ứng nhu cầu tiêu hao năng lượngcủa cơ thể)

- Sau khi nâng tạ:

Nồng độ SpO2 và nhịp mạch thay đổi không nhiều vì cơ đang được nghĩNhịp mạch giảm vì kết thúc vận động trở lại bình thường

- Lúc ngưng thở:

Nồng độ SpO2 giảm, nhịp mạch tăng

SpO2 giảm do khi ngưng thở không có sự thu nhận O2 nên HpO2 giảm

và Hp tăng Theo như công thức tính thì SpO2 giảm

Nhịp mạch giảm vì cơ thể muốn giữ nông độ SpO2 ổn định trong máu

- Khi nhúng tay vào nước đá :

Nồng độ SpO2 không thay đổi nhiều dù cần oxy duy trì thân nhiệt

Nhịp mạch giảm do nhiệt giảm và mạch co lại

Hệ giao cảm:

Hệ giao cảm chi phối cho tim, co trung tâm nằm ở sừng bên chất xám tủysống đoạn cổ cuối đến đoạn ngực trên Norwrron tiền hạch và hậu hạchtiếp hợp nhau tại hạch sao và hạch cổ dưới Giao cảm phải phân phối chủyếu vào nút xoang, cơ nhĩ và giao cảm trái phân phối chủ yếu vào nút nhĩthất, bó his và cơ thất Như vậy, kích thích thần kinh giao cảm trực tiếpchi phối tim sẽ làm

• Tăng nhẹ tần số tim

• Tăng nhẹ tốc độ dẫn truyền xung động

• Tăng nhẹ trương lực cơ tim

• Tăng nhẹ lực co bóp cơ tim

Hệ phó giao cảm:

Hệ phó giao cảm chi phối cho tim, có trung tâm tại nhân lưng phần vậnđộng của dây X ở hành não Các dây ly tâm của nơron tiền hạch đi xuốngqua cổ sát động mạch cảnh chung, qua trung thất tiếp hợp nơron hậu hạchtạo thành hạch phó giao cảm nằm trên ngoại tâm mạc hay trong thành cơtim Dây X phải phân phối chủ yếu vào nút xoang và cơ nhĩ, dây X tráiphân phối chủ yếu vào nút nhĩ thất, các dây phó giao cảm không phânphối cho bó his Như vậy, kích thích phó giao cảm sẽ làm:

• Giảm tần số tim

• Giảm tốc độ dẫn truyền từ nhĩ xuống thất

• Giảm trương lực cơ tim

• Giảm lực co cơ tim

*Nhận xét: sau bảng tóm tắt các phản xạ thần kinh điều hòa chức năng

và tuần hoàn- phần giao cảm và phó giao cảm của nhóm ECG thì em cónhận xét là khi các kích thích tăng hoạt tính giao cảm thì nhịp mạch sẽtăng dẫn đến tăng SPO2

2 KẾT QUẢ ĐO KHI SỬ DỤNG MÁY MP-30:

 Người được đo: NÔNG VĂN T

Ta giải hệ và thiết lập lại thông số a b

=>

 Người được đo: LÊ CÔNG T

Ta giải hệ và thiết lập lại thông số a b

=>

Màu đỏ bước sóng màu đỏ bị máu có chứa hemoglobin không gắn oxyhấp thụ mạnh nên tín hiệu thu được thấp hơn nhiều so với hồng ngoại.III. Trả lời câu hỏi

CÂU HỎI: Trình bày từng nguyên lý đo của nồng độ SpO2 và đo nhịpmạch Qua đó cho biết những nguyên nhân nào có thể ảnh hưởng đến kếtquả đo

TRẢ LỜI: Nguyên lý máy đo SpO2 dựa vào nguyên tắc đo quang phổ và

sự thay đổi thể tích bằng quang học Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kếtquả đo

• Các sensor hoạt động không ổn định, cường độ phát quangánh sáng đỏ, hồng ngoại không ổn định khiến tín hiệu thu đượckhông chính xác

• Sai số thiết bị đo linh kiện, các giác cắm lỏng lẻo

• Nhiễu do điện lưới trong phòng thí nghiệm

Máy đo oxy nhịp mạch hiện hoạt động dựa trên việc đo tín hiệu thay đổithể tích thở bằng quang học (photoplethysmogra, hay được viết tắt làPPG) Tín hiệu này xuất phát từ việc thay đổi lượng máu động mạch theochu kỳ co bóp và giãn nghỉ của tim Như vậy, thiết bị oxy nhịp mạch phụthuộc lớn vào việc có/ không có mạch đập của người được đo, dẫn đếnnếu không có nhịp mạch thì phương pháp này không hữu dụng và phảidùng phương pháp đo xâm lấn trực tiếp dùng mẫu máu.

Theo như nguyên lý đã đề cập ở trên, thông số đầu tiên mà máy đo oxynhịp mạch có thể đo là nhịp mạch của tim, sau đó dựa trên tín hiệu PPG

để tính toán ra được con số ước lượng của %SaO2

Máu có chứa nhiều oxy sẽ có màu đỏ và máu không có oxy sẽ có màuxanh đậm đặc trưng Điều đó dẫn đến phổ hấp thụ khác nhau của hai loạimáu này Theo đồ thị, phổ ánh sáng từ 600-700nm ( có ánh sáng đỏ) sẽđược hấp thụ mạnh hơn bởi hemoglobin không có oxy Ngược lại, vùngphổ từ 900-1000nm( vùng hồng ngoại gần) sẽ được hấp thụ mạnh hơn bởihemoglobin có oxy

-Nguyên nhân có thể ảnh hưởng tới kết quả đo:

+Giá trị SpO2 < 80%: máy đo oxy nhịp mạch có thể đánh giá sai mứcoxy bão hòa, đặc biệt ở những ai có nước da sậm màu

+ Độ tưới máu thấp do hạ huyết áp, lạnh hay vấn đề về tim có thể làm chothiết bị không đọc được tín hiệu và không cho ra kết quả nào

+Tình trạng thiếu máu cho thấy kết quả SpO2 bình thường nhưng máuđến tế bào thì không đủ

+Nhiễm độc khí CO: CO có thể kết hợp với Hb tạo nên lượng oxy bãohòa ảo trên kết quả đọc SpO2 nên SpO2 có thể bình thường nhưng bệnhnhân đang thiếu oxy nghiêm trọng

+Một số tình trạng kháng virus có thể làm ảnh hưởng đến liên kết giữa

CÂU HỎI: Tìm trên mạng các thông số kỹ thuật (specifications) của thiết

bị sử dụng trong bài thí nghiệm này

TRẢ LỜI: Thông số kỹ thuật của máy đo SpO2 model bic 3303

Máy có thể báo động khi: pin yếu, probe (máy thử), báo hiệu khi khôngnhận được tín hiệu

Loại pin: Ni-MH

Thời lượng của pin: 24h

Trọng lượng: 0,54 kg

Hiển thị: SPO2, nhịp mạch

Độ chính xác (năng lượng cần): 70-100 ± 2% ; 50-69± 3%

Hiển thị: led

Thời gian máy phản ứng lại: 7-8 s

CÂU HỎI: Hãy vẽ cách nối dây trong: sensor SpO2, sensor có giắc cắmRED và sensor có giắc cắm IR Trình bày cách hoạt động của sensorSpO2 của máy BCI 3303

TRẢ LỜI:

Cách hoạt động của sensor SpO2: sử dụng đầu dò truyền qua

Hệ thống gồm 2 led với đỉnh phát xạ tại 660nm trong vùng ánh sáng đỏ

và 940nm trong vùng hồng ngoại Các led được phát luân phiên nhau khi

đó ánh sáng thu được khi đi qua mô bởi photodiode cũng tương ứng vớiled đang phát Hệ số hấp thụ của HbO2 (hemoglobin kết hợp với oxy) vàRhb (hemoglobin không kết hợp với oxy) khác nhau đối với mỗi ánhsáng Sự khác nhau về sự hấp thụ ánh sáng bởi máu tại 2 ánh sáng đỏ vàhồng ngoại được dùng để xác định nồng độ oxy trong máu

CÂU HỎI: Lý giải sự khác nhau giữa 2 loại máy: máy chuyên dụng đoSpO2 và máy MP-30 Hãy đưa ra các nguyên nhân gây sai số Tìm giá trị

A và B ở phương pháp đo bằng MP- 30 Kiểm tra lại các thông số nàyqua các thông số cài đặt ở Pro Lab của BIOPAC

TRẢ LỜI: Sự khác nhau giữa hai loại máy máy đo chuyên dụng SpO2 vàmáy đo tín hiệu sinh tồn

• Thông số kỹ thuật khác nhau, mỗi loại máy có các bộ xử lý có sai sốkhác nhau

• Do sai số của sensor sử dụng là khác nhau

• Vị trí đặt cảm biến ở các ngón tay khác nhau

• Ngoài ra, còn phụ thuộc vào trạng thái, tâm sinh lý của người được

đo, hoàn cảnh tác động của môi trường lúc đó

Phần xung của tín hiệu PPG được gọi là phần AC, còn những tín hiệukhông có xung phát sinh từ sự hấp thu của máu tĩnh mạch, da, xương,…gọi là phần DC Phần tín hiệu DC được coi là phần tín hiệu không mongmuốn vì nó sẽ làm việc tính toán cường độ bị sai lệch dẫn đến việc ướclượng %SaO2 không chính xác Cần phải cân bằng tín hiệu dùng tín hiệu

AC chia cho tín hiệu DC như phương trình:

(3)Nhờ đó, thành phần hấp thụ không thay đổi theo thời gian của máu tĩnhmạch và các mô xung quanh không ảnh hưởng đến kết quả đo Việc cânbằng tín hiệu này được thực hiện cho cả tín hiệu của hai bước sóng đỏ và

hồng ngoại Tỷ số đã được cân bằng sau đó sẽ được dùng để tính toánthông số %SaO2 bằng việc tương quan dựa vào thực tế

Việc tìm ra giá trị của %SaO2 bằng cách tương quan với tỷ số nói trên đòihỏi việc cân chỉnh trên thực tế Việc cân chỉnh có thể dùng máy đo oxy

CO hoặc các máy giả lập để tìm ra được giá trị %SaO2 tương ứng với tỷ

số đang tính toán được

Có thể thấy phương trình trên là phương trình bậc 2, và đường đặc tuyến

có thể xấp xỉ bằng đường thẳng bậc nhất với hai hệ số a và b để biểu diễn

%SpO2=a+b*R

Như vậy, để tìm được 2 hệ số a, b nói trên cần có 2 cặp kết quả của(%SpO2 ; R) Khi tìm ra được 2 cặp thông số trên sẽ tìm ra được phươngtrình đường cong R, từ đó có thể tìm ra các giá trị SpO2 một cách trựctiếp thông qua công thức nêu trên

IV. Tổng kết

1. Ưu - nhược điểm của đo Spo2 bằng máy BCI model 3303 và máythu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30

a) Ưu điểm

Không xâm lấn gây đau

• Sử dụng ánh sáng nằm trong vùng khả kiến và hồng ngoại nênkhông gây nguy hai cho bệnh nhân do không có bứa xạ

• Phương pháp đo đơn giản, nhanh chóng, có kết quả ngay

• Theo dõi nồng độ spo2 liên tục

bởi nguồn điện

• Sự tương thích máy phần mềm ( có những máy tính có thể bị xungđột phần mềm nên xử lý số liệu sẽ không chính xác)

• Những bạn ngón tay nhỏ rất khó đo

2. Bài học rút ra

• Phải nắm chắc kiến thức về lý thuyết spO2 cũng như phần điện tử

và xử lí số liệu Biopac để hiểu rõ bản chất một cách triệt để

• Biết kiểm tra, vận dụng phương thức tiếp cận để giải quyết vấn đềkhi sử dụng máy móc

• Phải có thái độ nghiên cứu và học tập tốt

V. Tài liệu tham khảo