CHƯƠNG 3 : TÌM HIỂU LINH KIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI
3.1. Các linh kiện cơ bản có thể sử dụng trong thiết bị
3.1.3 Cảm biến nhịp tim, oxy MAX30100
Hình 3.1-4: Cảm biến nhịp tim MAX30100
Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 được sử dụng để đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng dụng liên quan đến y sinh, cảm biến nhịp tim và oxy trong máu 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 rất dễ sử dụng.
Đặc điểm chính:
Tích hợp IC MAX30100 của Maxim, đây chính là bộ cảm biến quang học gồm hai LED, được tối ưu và giảm nhiễu.
Sử dụng nguyên lý đo sự hấp thụ quang học của máu.
Tốc độ lấy mẫu và trạng thái LED có thể lập trình được phục vụ cho mục đích tiết kiệm năng lượng. Giao tiếp thông qua kết nối I2C.
Siêu tiết kiệm năng lượng, giúp tăng tuổi thọ pin cho các ứng dụng đeo tay.
39
Thông số kỹ thuật
IC chính: MAX30100.
Đo được nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu.
Điện áp sử dụng: 1.8~5.5VDC.
Nhỏ gọn, siêu tiết kiệm năng lượng, thích hợp cho các thiết bị đo nhỏ gọn, dễ dàng đeo tay.
Giao tiếp: I2C, mức tín hiệu TTL.
Kích thước: 1.9 cm x 1.4 cm x 0.3 cm
Hình 3.1-5: Sơ đồ chân Max30100
Bảng 2: Thứ tự sơ đồ chân Max30100
Thứ tự chân Ký hiệu Loại Mô tả
1 VIN Power Nguồn cấp 1.8V - 5.5V (khuyên dùng 5V)
2 SCL Input I2C SCL
3 SDA I/O I2C SDA
4 INT Output Chân INT của MAX30100
40
Thứ tự chân Ký hiệu Loại Mô tả
6 RD Chân R_DRV của MAX30100
7 GND Power Điện áp đất 0V
Nguyên lý chung hoạt động:
Máy SpO2 dùng một đèn chiếu có 2 bước sóng (=660nm-Led đỏ) và (=940nm cận tia hồng ngoại: near-IR) và một cảm biến (sensor) để thu tín hiệu phản hồi. Oxy đi vào phổi và sau đó được truyền vào máu. Máu mang oxy đến các cơ quan khác nhau trong cơ thể chúng ta. Cách chính oxy được vận chuyển trong máu của chúng ta là nhờ Hemoglobin. Để đo nồng độ oxy trong mạch máu sẽ cần một thiết bị giống cái kẹp nhỏ được đặt trên ngón tay, dái tai hoặc ngón chân. Chùm ánh sáng nhỏ đi qua máu ở ngón tay để đo lượng oxy. Bằng cách đo những thay đổi về sự hấp thụ ánh sáng trong máu đã được oxy hóa hoặc khử.
41
Hình 3.1-7:Tín hiệu hấp thụ từ đầu dị ngón tay đo oxy xung
Hình 3.1-7 cho thấy dạng sóng hấp thụ được đo bằng cảm biến ánh sáng trong đầu dị ngón tay đo oxy xung. Thường sử dụng chùm tia đỏ ( = 660 nm) và chùm tia hồng ngoại (= 940 nm). Các dạng sóng đặc và dạng chấm là kết quả của các đặc tính hấp thụ của mỗi chùm tia.
Hầu hết các nhà sản xuất máy đo oxy xung lấy ra% SpO2, các giá trị từ tỷ lệ cường độ quang học (r) của cường độ truyền qua của tia đỏ (Ird) và tia hồng ngoại (Iir) được đo bằng các cảm biến trong đầu dò.
r = 𝐼𝑟
𝐼𝑟𝑙
Trong hầu hết các trường hợp, một phương trình thực nghiệm hoặc một bảng tra cứu giữa r và %SpO2, các giá trị được thiết lập để trong quá trình sử dụng, giá trị %SpO2, có thể được xác định từ Ird và Iir đo được. Mối tương quan giữa r và %SpO2, được xác minh thống kê bằng cách đọc đồng thời tỷ số r của máy đo oxy xung và lấy mẫu máu động mạch từ bệnh nhân và phân tích mẫu máu bằng máy đo oxy đồng bộ. Máy đo oxy xung được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng các thuật toán tương tự và áp dụng các cảm biến trên trán của bệnh nhân, đo oxy não liên tục và không xâm lấn theo dõi độ bão hòa oxy trong máu ở vùng não nằm dưới trán để phát hiện tình trạng giảm cung cấp oxy cho não trong quá trình phẫu thuật hoặc chấn thương.
Dạng sóng do tín hiệu xung động mạch (1 = 660 nm) Dạng sóng do tín hiệu xung động mạch (2 = 940 nm) LED đỏ và Hồng ngoại Cảm biến
42
Ngồi ra, độ bão hịa oxy và tốc độ xung, sử dụng cùng một nguyên tắc hấp thụ ánh sáng và bằng cách thêm các đặc tính của các chất khác vào quang phổ hấp thụ có thể xác định nhiều thông số bằng cách sử dụng nhiều bước sóng ánh sáng. để thu thập dữ liệu thành phần máu. Các thông số cấu thành này bao gồm tổng lượng hemoglobin, carboxyhemoglobin, methemoglobin và hàm lượng oxy.