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.
NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG - - KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y HỌC VÀ THÍ NGHIỆM BÀI 8: ĐO NHỊP MẠCH VÀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU GVHD: Lê Cao Đăng 1 NHÓM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y MỤC LỤC 3 NHÓM 2B I HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Cơ sở lý thuyết Tổng quan 1.1 Máu: tổ chức di động tạo thành từ thành phần hữu hình tế bào ( hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) huyết tương • Hồng cầu: chiếm khoảng 96%, hồng cầu chứa hemoglobin có nhiệm vụ vận chuyển oxy Trong tất trạng thái bệnh có nguyên nhân từ việc thiếu oxy Oxy nguồn lượng lớn thể Chỉ 10% lượng cung cấp từ thức ăn nước, 90% lại từ khí oxy Oxy giúp thể giải độc máu làm mạnh thêm hệ thống miễn dịch Oxy cần thiết cho não bộ, giúp tăng cường trí nhớ, tăng cường tập trung Các loại hemoglobin Hemoglobin chia làm loại • • Hemoglobin kết hợp với oxy: HbO2 Hemoglobin không kết hợp với oxy: Rhb ( carboxyhemoglobin COHb, hemoglobin Hb methemoglobin MetHb) 1.2 SpO2 a) Định nghĩa SpO2 độ bão hòa oxy máu động mạch đo phương pháp quang học thông qua nhịp đập động mạch Sự bão hòa oxy động mạch (SaO2) tỉ lệ oxyhemoglobin (HbO2) tổng số hemoglobin (Hb HbO2) động mạch Khi sử dụng phương pháp đo (pulse oximetry) nhịp mạch qua hấp thụ ánh sáng oxy mạch máu tỉ lệ xác định theo công thức: 4 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Máy đo nồng độ phần trăm oxy bão hòa động mạch (SpO2) nhịp mạch sử dụng nguyên tắc đo quang phổ (spectrophotometry) đo thay đổi thể tích quang học (photoplethysmography viết tắt PPG) Các bác sỹ gây mê dựa vào máy đo nồng độ ôxy để biết trước rối loạn chức lọc máu, đặt nội khí quản vv b) Sensor sử dụng Máy sử dụng hai nguồn LED có bước sóng ánh sáng đỏ (λ=660nm) ánh sáng hồng ngoại gần (λ=940nm) chiếu qua mô thu nhận cường độ ánh sáng truyền qua để dò tìm tín hiệu thay đổi xung động huyết áp động mạch gây Thực tế máy đo với sensor kẹp tay gồm led đỏ, led hồng ngoại cảm biến quang học với biểu thức tính tốn sau: Sử dụng hai bước sóng để loại trừ nhiễu điều kiện giải phẩu sinh lý đối tượng đo ACred; DCred; ACinf; DCinf thành phần tín hiệu xoay chiều chiều thu sensor 1.3 Định luật Lambert Beer Độ hấp thụ cường độ tia sáng qua mô theo định luật Lambert Beer 5 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Trong đó: IR cường độ tia sáng sau qua mô IT cường độ tia tới trước đến mô α Hệ số hấp thụ c nồng độ phân tử hấp thụ (Hb HbO2 ) d độ dày tế bào α.c.d mật độ quang học mơ (OD) • Cơng thức tính R bài thí nghiệm lấy từ luận văn tốt nghiệp anh Nguyễn Quang Vinh k08 – giáo viên hưỡng dẫn ThS Lê Cao Đăng 1.4 Nguyên lý hoạt động sensor thí nghiệm Sử dụng đầu dò truyền qua Hệ thống gồm leds với đỉnh phát xạ 660nm vùng ánh sáng đỏ 940nm vùng hồng ngoại Các led luân phiên ánh sáng qua mô photodiode tương ứng với led sáng Cường độ ánh sáng ló bị suy giảm nhiều hay tùy thuộc vào nhịp mạch đập Hệ số hấp thụ HbO Rhb khác ánh sáng Sự khác hấp thụ ánh sáng máu ánh sáng đỏ 6 NHÓM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y hồng ngoại dùng để xác định nồng độ oxy máu 1.4 Tại phải đo Spo2? Spo2 năm dấu hiệu sống bao gồm: nhiệt độ, nhịp mạch,huyết áp, nhịp thở Spo2 Việc đo spo2 nhằm xác định lượng oxy máu động mạch có đủ hay khơng Các quan phổi, hệ tuần hồn có hoạt động bình thường khơng Các bệnh nhân tình trạng mê hoặc phẫu thuật khơng thể cho biết lượng oxy động mạch có đủ khơng tình trạng bệnh nhân có bình thường không Tầm quan trọng việc xác định nồng độ oxy máu việc theo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân, phục hồi nên ngày cần phải theo dõi spO2 Thiết bị thực thí nghiệm • Máy đo SpO2 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) giắc cắm tách bước sóng hồng ngoại (ký hiệu IR) 7 NHĨM 2B BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y HỌC Các bước thực : Máy đo SpO2 nhịp mạch hiệu BCI model 3303 : B1 Gắn đầu dò vào máy đo SpO2 B2 Nhấn cơng tắc máy sang vị trí “ON” B3 Đút ngón tay trỏ bàn tay trái vào đầu dò tới chỗ chặn ngón tay - - B4 Ghi lại kết nhịp mạch nồng độ SpO2 Máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30 B1 B2 B3 B4 B5 - Cắm sensor RED IR vào CH1 Và CH2 Chuyển cơng tắc qua “ON” Đặt ngón tay trỏ vào RED Và ngón vào IR Đo giải hệ để tìm giá trị A B để tính spo2 Tiến hành đo lại kiểm tra kết KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: II KẾT QUẢ ĐO KHI SỬ DỤNG MÁY SpO2 (BCI model 3303) : Lúc bình thường : • • Người đo: HỒ ĐÌNH T SpO2 97% 96% 97% 97% 96% Nhịp mạch 72 72 73 75 75 Lúc giơ ngón tay qua đầu : NHĨM 2B • • • • HỌC SpO2 96% 96% 96% 97% 96% Nhịp mạch 77 79 78 80 78 Trong nâng tạ : SpO2 95% 96% 98% 95% 98% Nhịp mạch 91 90 96 96 94 Sau nâng tạ : SpO2 96% 94% 91% 96% 96% Nhịp mạch 74 76 75 75 76 Lúc ngưng thở ra: SpO2 98% 95% 93% 87% 87% Nhịp mạch 64 68 66 67 71 Lúc ngưng hít vào: SpO2 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y 98% 98% 98% 97% 97% NHÓM 2B HỌC Nhịp mạch • 69 72 75 75 74 Khi nhúng tay vào nước đá : SpO2 96% 97% 96% 96% 97% Nhịp mạch 77 77 76 75 75 97% 75 96% 76 97% 74 Người đo: LÊ CƠNG T • Lúc bình thường : spO2 Nhịp mạch • • 97% 74 97% 77 96% 76 96% 75 97% 76 96% 76 97% 82 98% 80 98% 83 97% 85 98% 97% 98% 97% Trong nâng tạ : SpO2 Nhịp mạch • 97% 77 Lúc giơ ngón tay qua đầu : SpO2 Nhịp mạch 97% 81 Sau nâng tạ : SpO2 10 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y 98% 10 NHÓM 2B - HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Trong nâng tạ: Nồng độ SpO2 nhịp mạch thay đổi khơng đáng kể vận động liên tục ổn định Nhịp mạch tăng lúc bình thường để cung cấp oxy cho co tim đập nhanh mạnh đẩy lượng lớn máu vào động mạch đồng thời tạo áp lực lớn tác dụng lên thành mạch làm nhịp mạch tăng Ngược lại, tim đập chậm yếu đẩy lượng máu vào động mạch, đồng thời tạo áp lực yếu tác động vào thành mạch làm nhịp mạch giảm Hệ thống thần kinh trung ương gửi xung động qua trung tâm tim mạch hành não để yêu cầu phối hợp nhanh chóng tim mạch máu để thay đổi huyết áp, tăng cường tưới máu tới mô để đáp ứng nhu cầu oxy thể Khi vận động, luyện tập tần số mạch tăng lên (do tim phải co bóp nhiều để đáp ứng nhu cầu tiêu hao lượng thể) - Sau nâng tạ: Nồng độ SpO2 nhịp mạch thay đổi không nhiều nghĩ Nhịp mạch giảm kết thúc vận động trở lại bình thường - Lúc ngưng thở: Nồng độ SpO2 giảm, nhịp mạch tăng SpO2 giảm ngưng thở khơng có thu nhận O2 nên HpO2 giảm Hp tăng Theo công thức tính SpO2 giảm Nhịp mạch giảm thể muốn giữ nông độ SpO2 ổn định máu - Khi nhúng tay vào nước đá : Nồng độ SpO2 khơng thay đổi nhiều dù cần oxy trì thân nhiệt Nhịp mạch giảm nhiệt giảm mạch co lại 12 12 NHĨM 2B 13 HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y 13 NHÓM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Hệ giao cảm: Hệ giao cảm chi phối cho tim, co trung tâm nằm sừng bên chất xám tủy sống đoạn cổ cuối đến đoạn ngực Norwrron tiền hạch hậu hạch tiếp hợp hạch hạch cổ Giao cảm phải phân phối chủ yếu vào nút xoang, nhĩ giao cảm trái phân phối chủ yếu vào nút nhĩ thất, bó his thất Như vậy, kích thích thần kinh giao cảm trực tiếp chi phối tim làm • • • • Tăng nhẹ tần số tim Tăng nhẹ tốc độ dẫn truyền xung động Tăng nhẹ trương lực tim Tăng nhẹ lực co bóp tim Hệ phó giao cảm: Hệ phó giao cảm chi phối cho tim, có trung tâm nhân lưng phần vận động dây X hành não Các dây ly tâm nơron tiền hạch xuống qua cổ sát động mạch cảnh chung, qua trung thất tiếp hợp nơron hậu hạch tạo thành hạch phó giao cảm nằm ngoại tâm mạc hay thành tim Dây X phải phân phối chủ yếu vào nút xoang nhĩ, dây X trái phân phối chủ yếu vào nút nhĩ thất, dây phó giao cảm khơng phân phối cho bó his Như vậy, kích thích phó giao cảm làm: • • • • Giảm tần số tim Giảm tốc độ dẫn truyền từ nhĩ xuống thất Giảm trương lực tim Giảm lực co tim *Nhận xét: sau bảng tóm tắt phản xạ thần kinh điều hòa chức tuần hồn- phần giao cảm phó giao cảm nhóm ECG em có nhận xét kích thích tăng hoạt tính giao cảm nhịp mạch tăng dẫn đến tăng SPO2 14 14 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y KẾT QUẢ ĐO KHI SỬ DỤNG MÁY MP-30: 15 Người đo: NÔNG VĂN T 15 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Ta giải hệ thiết lập lại thông số a b => 16 16 NHÓM 2B 17 HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Người đo: LÊ CƠNG T 17 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Ta giải hệ thiết lập lại thông số a b => 18 18 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Màu đỏ bước sóng màu đỏ bị máu có chứa hemoglobin khơng gắn oxy hấp thụ mạnh nên tín hiệu thu thấp nhiều so với hồng ngoại III Trả lời câu hỏi CÂU HỎI: Trình bày nguyên lý đo nồng độ SpO2 đo nhịp mạch Qua cho biết nguyên nhân ảnh hưởng đến kết đo TRẢ LỜI: Nguyên lý máy đo SpO2 dựa vào nguyên tắc đo quang phổ thay đổi thể tích quang học Các yếu tố ảnh hưởng đến kết đo • Các sensor hoạt động không ổn định, cường độ phát quang ánh sáng đỏ, hồng ngoại khơng ổn định khiến tín hiệu thu khơng xác • Sai số thiết bị đo linh kiện, giác cắm lỏng lẻo • Nhiễu điện lưới phòng thí nghiệm 19 19 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Máy đo oxy nhịp mạch hoạt động dựa việc đo tín hiệu thay đổi thể tích thở quang học (photoplethysmogra, hay viết tắt PPG) Tín hiệu xuất phát từ việc thay đổi lượng máu động mạch theo chu kỳ co bóp giãn nghỉ tim Như vậy, thiết bị oxy nhịp mạch phụ thuộc lớn vào việc có/ khơng có mạch đập người đo, dẫn đến khơng có nhịp mạch phương pháp không hữu dụng phải dùng phương pháp đo xâm lấn trực tiếp dùng mẫu máu Theo nguyên lý đề cập trên, thông số mà máy đo oxy nhịp mạch đo nhịp mạch tim, sau dựa tín hiệu PPG để tính tốn số ước lượng %SaO2 Máu có chứa nhiều oxy có màu đỏ máu khơng có oxy có màu xanh đậm đặc trưng Điều dẫn đến phổ hấp thụ khác hai loại máu Theo đồ thị, phổ ánh sáng từ 600-700nm ( có ánh sáng đỏ) hấp thụ mạnh hemoglobin khơng có oxy Ngược lại, vùng phổ từ 900-1000nm( vùng hồng ngoại gần) hấp thụ mạnh hemoglobin có oxy -Nguyên nhân ảnh hưởng tới kết đo: +Giá trị SpO2 < 80%: máy đo oxy nhịp mạch đánh giá sai mức oxy bão hòa, đặc biệt có nước da sậm màu + Độ tưới máu thấp hạ huyết áp, lạnh hay vấn đề tim làm cho thiết bị khơng đọc tín hiệu khơng cho kết +Tình trạng thiếu máu cho thấy kết SpO2 bình thường máu đến tế bào khơng đủ +Nhiễm độc khí CO: CO kết hợp với Hb tạo nên lượng oxy bão hòa ảo kết đọc SpO2 nên SpO2 bình thường bệnh nhân thiếu oxy nghiêm trọng 20 20 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y +Một số tình trạng kháng virus làm ảnh hưởng đến liên kết Hb O + Cử động, run rẩy hoặc loạn nhịp tim làm tín hiệu SpO2 khơng đáng tin cậy +Sơn móng tay, bụi bặm làm kết bị thấp bất thường lượng tín hiệu bị hấp thụ lớp CÂU HỎI: Tìm mạng thơng số kỹ thuật (specifications) thiết bị sử dụng thí nghiệm TRẢ LỜI: Thông số kỹ thuật máy đo SpO2 model bic 3303 Máy báo động khi: pin yếu, probe (máy thử), báo hiệu khơng nhận tín hiệu Loại pin: Ni-MH Thời lượng pin: 24h Trọng lượng: 0,54 kg Hiển thị: SPO2, nhịp mạch Độ 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 cắm RED sensor có giắc cắm IR Trình bày cách hoạt động sensor SpO2 máy BCI 3303 TRẢ LỜI: 21 21 NHÓM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Cách hoạt động sensor SpO2: sử dụng đầu dò truyền qua Hệ thống gồm led với đỉnh phát xạ 660nm vùng ánh sáng đỏ 940nm vùng hồng ngoại Các led phát luân phiên ánh sáng thu qua mô photodiode tương ứng với led phát Hệ số hấp thụ HbO2 (hemoglobin kết hợp với oxy) Rhb (hemoglobin không kết hợp với oxy) khác ánh sáng Sự khác hấp thụ ánh sáng máu ánh sáng đỏ hồng ngoại dùng để xác định nồng độ oxy máu CÂU HỎI: Lý giải khác loại máy: máy chuyên dụng đo SpO2 máy MP-30 Hãy đưa nguyên nhân gây sai số Tìm giá trị A B phương pháp đo MP- 30 Kiểm tra lại thông số qua thông số cài đặt Pro Lab BIOPAC TRẢ LỜI: Sự khác hai loại máy máy đo chuyên dụng SpO2 máy đo tín hiệu sinh tồn 22 22 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y • Thơng số kỹ thuật khác nhau, loại máy có xử lý có sai số khác • Do sai số sensor sử dụng khác • Vị trí đặt cảm biến ngón tay khác • Ngồi ra, phụ thuộc vào trạng thái, tâm sinh lý người đo, hoàn cảnh tác động mơi trường lúc Phần xung tín hiệu PPG gọi phần AC, tín hiệu khơng có xung phát sinh từ hấp thu máu tĩnh mạch, da, xương,… gọi phần DC Phần tín hiệu DC coi phần tín hiệu khơng mong muốn làm việc tính toán cường độ bị sai lệch dẫn đến việc ước lượng %SaO2 khơng xác Cần phải cân tín hiệu dùng tín hiệu AC chia cho tín hiệu DC phương trình: (3) Nhờ đó, thành phần hấp thụ không thay đổi theo thời gian máu tĩnh mạch mô xung quanh không ảnh hưởng đến kết đo Việc cân tín hiệu thực cho tín hiệu hai bước sóng đỏ 23 23 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y hồng ngoại Tỷ số cân sau dùng để tính tốn thơng số %SaO2 việc tương quan dựa vào thực tế Việc tìm giá trị %SaO2 cách tương quan với tỷ số nói đòi hỏi việc cân chỉnh thực tế Việc cân chỉnh dùng máy đo oxy CO hoặc máy giả lập để tìm giá trị %SaO2 tương ứng với tỷ số tính tốn 24 24 NHĨM 2B HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Có thể thấy phương trình phương trình bậc 2, đường đặc tuyến xấp xỉ đường thẳng bậc với hai hệ số a b để biểu diễn %SpO2=a+b*R Như vậy, để tìm hệ số a, b nói cần có cặp kết (%SpO2 ; R) Khi tìm cặp thơng số tìm phương trình đường cong R, từ tìm giá trị SpO2 cách trực tiếp thông qua công thức nêu IV Tổng kết Ưu - nhược điểm đo Spo2 máy BCI model 3303 máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30 Ưu điểm Khơng xâm lấn gây đau a) • • • Sử dụng ánh sáng nằm vùng khả kiến hồng ngoại nên không gây nguy hai cho bệnh nhân khơng có bứa xạ Phương pháp đo đơn giản, nhanh chóng, có kết Theo dõi nồng độ spo2 liên tục b) Nhược điểm • • 25 Do người có đặc trương sinh lý khác nên cần phải tính giá trị A B cho người có kết xác Mỗi thời điểm khác có giá trị A B khác kết xác Môi trường ảnh hưởng đến kết đo: tiếng ồn, thời tiết, nhiễu 25 NHĨM 2B • nguồn điện Sự tương thích máy phần mềm ( có máy tính bị xung đột phần mềm nên xử lý số liệu khơng xác) Những bạn ngón tay nhỏ khó đo Bài học rút • Phải nắm chắc kiến thức lý thuyết spO2 phần điện tử xử lí số liệu Biopac để hiểu rõ chất cách triệt để Biết kiểm tra, vận dụng phương thức tiếp cận để giải vấn đề sử dụng máy móc Phải có thái độ nghiên cứu học tập tốt • • • V 26 HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y Tài liệu tham khảo 26