Tài liệu Thiết kế và thi công mô hình máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Chúng em gồm: - Sinh viên: Bùi Việt Anh Sinh viên: Ngô Đinh Nhật Hoàng Lớp 08DT4 Lớp 08DT4 Đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và thi công mô hình máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu. Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình đã có trước đây. Nếu vi phạm điều trên chúng em xin chịu mọi hình thức kỷ luật từ thầy co và hội đồng bảo vệ. Đà Nẵng, tháng 6 năm 2013 Người đồng thực hiện Người thực hiện BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Nhiệm vụ - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết - Xây dựng sơ đồ khối - Lựa chọn linh kiện - Thiết kế mạch xử lý tín hiệu - Mô phỏng mạch - Thiết kế mạch xử lý trung tâm - Layout và thi công mạch - Đo đạc, kiểm tra mạch - Xây dựng thuật toán đo SpO2 - Xây dựng thuật toán đo nhịp tim - Lập trình điều khiển cảm biến - Lập trình tính toán SpO2 và nhịp tim - Đánh giá kết quả - Viết báo cáo Ngô Đinh Nhật Hoàng           Bùi Việt Anh            DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt ADC AC DAC DC HbO2 Hb IR LCD SpO2 SaO2 Tiếng Anh Analog to Digital Conveter Alternating Current Digital to Analog Converter Direct Current Oxyhemoglobin Deoxyhemoglobin Infrared Liquid Crystal Display Saturation Pulse Oxygen Saturation Arterial Oxygen Tiếng Việt Chuyển đổi tương tự sang số Xoay chiều Chuyển đổi số sang tương tự Một chiều Hồng ngoại Màn hình tinh thể lỏng Độ bão hòa oxy xung Độ bão hòa oxy động mạch DANH MỤC CÁC BẢNG Bản g 3.1 Tran g 28 3.2 Tên bảng Bảng thông số cơ bản của 2N3904 Bảng thông số cơ bản của 2N3906 3.3 Các thông số của OPA333 30 4.1 Một số kết quả đo thử nghiệm 49 4.2 Một số kết quả so sánh với máy đo của 50 bệnh viện 28 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình .1 .2 Tên hình 1 Sự lưu thông máu trong cơ thể 1 Minh họa việc tính độ hấp thụ ánh sáng bằng định luật Lambert Beer Trang 4 6 1 Đặc tính quang phổ hấp thụ của Hb và HbO2 7 .3 1 Tín hiệu nhận được khi truyền ánh sáng qua đầu ngón tay 8 .4 1 Thành phần tín hiệu xung nhịp a.c thu được khi ánh sáng .5 truyền qua máu động mạch ở đầu ngón tay. 11 12 .6 1 Mối quan hệ giữa SPO2 và Ratio (R) 1 Máy đo SpO2 .7 2 Nguyên lý đầu dò xuyên qua 14 .1 2 Nguyên lý đầu dò phản xạ 2 Sensor nhét ngón tay 16 2 Sensor dành cho trẻ em và trẻ sơ sinh 2 Đặc tuyến thực tế của mạch lọc thông thấp 18 2 Mạch lọc thông thấp bậc 1 2 Mạch lọc thông thấp hồi tiếp âm nhiều vòng 20 2 Mạch lọc thông thấp hồi tiếp dương một vòng 2 Đặc tuyến thực tế của mạch lọc thông cao 21 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 13 17 19 20 21 2 Mạch lọc thông cao bậc 1 .10 2 Mạch lọc thông cao hồi tiếp dương một vòng 22 .11 2 Mạch lọc thông cao hồi tiếp âm nhiều vòng .12 2 Mạch lọc thông cao hồi tiếp âm nhiều vòng 23 .13 2 Mạch lọc triệt tần hình T .14 3 Sơ đồ khối mạch đo SpO2 24 .9 22 23 25 27 .2 3 Sơ đồ chân của PIC18F4680 3 Sơ đồ chân của 2N3904 và 2N3906 .3 3 Sơ đồ chân MCP4822 29 .1 .4 28 .5 .6 .7 .8 3 Sơ đồ chân của OPA333 30 3 Sơ đồ mạch khối chuyển dòng thành áp 3 Mạch lọc thông cao 31 3 Mạch lọc thông thấp 3 Mạch lọc triệt dải 33 32 34 3 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển cảm biến .10 3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý tín hiệu 35 .11 3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý tính toán và điều khiển cảm biến. .12 3 Sơ đồ quy trình xử lý 37 .13 3 Sơ đồ thuật toán khối tự động điều chỉnh cường độ Led .14 3 Giản đồ xung điều khiển bật tắt 2 Led. 39 .15 3 Sơ đồ thuật toán đo SPO2 .16 3 Dạng sóng thể hiện chu kì đập của tim 41 .17 4 Dạng sóng mô phỏng ngõ ra tầng chuyển đổi dòng thành áp .1 4 Dạng sóng ngõ ra tầng chuyển dòng thành áp 44 .9 36 38 40 42 45 4 Dạng sóng mô phỏng ngõ ra mạch lọc thông cao 4 Dạng sóng ngõ ra mạch lọc thông cao 45 46 .5 4 Dạng sóng mô phỏng ngõ ra mạch lọc thông thấp 4 Dạng sóng ngõ ra mạch lọc thông thấp .6 4 Dạng sóng mô phỏng ngõ ra đưa vào vi điều khiển 47 .7 4 Dạng sóng ngõ ra đưa vào vi điều khiển 48 .2 .3 .4 .8 46 47 Mục lục MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU.........6 1.1 Giới thiệu chương...........................................................................................6 1.2 Quá trình vận chuyển Oxy trong cơ thể..........................................................6 1.3 Nồng độ bão hòa Oxy trong máu....................................................................7 1.4 Nguyên lý đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu..............................................8 1.4.1 Định luật Lambert-Beer về sự hấp thụ ánh sáng.............................................8 1.4.2 Quan hệ giữa hệ số hấp thụ của HbO2 và Hb với bước sóng áng sáng...........9 1.4.3 Nguyên lý của phép đo độ bão hòa Oxy.......................................................10 1.4.4 Đường cong hiệu chỉnh của các thiết bị đo độ bão hòa Oxy dạng xung.......13 1.5 Máy đo SpO2................................................................................................14 1.5.1 Máy đo Oxy trước đây..................................................................................14 1.5.2 Máy đo Oxy dựa vào mạch đập....................................................................15 1.6 Kết luận chương...........................................................................................15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO SPO2....................16 2.1 Giới thiệu chương.........................................................................................16 2.2 Đầu dò cảm biến...........................................................................................16 2.2.1 Đầu dò xuyên qua.........................................................................................16 2.2.2 Đầu dò phản xạ.............................................................................................18 2.2.3 Các loại Sensor đo........................................................................................19 2.3 Các bộ lọc sử dụng trong đề tài....................................................................21 2.3.1 Bộ lọc thông thấp..........................................................................................21 2.3.2 Bộ lọc thông cao...........................................................................................23 Trang 1 Mục lục 2.3.3 Bộ lọc triệt tần..............................................................................................26 2.4 Kết luận chương...........................................................................................27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐO................................................................28 3.1 Giới thiệu chương.........................................................................................28 3.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động...............................................................28 3.2.1 Sơ đồ khối.....................................................................................................28 3.2.2 Nguyên lý hoạt động.....................................................................................29 3.2.3 Lựa chọn linh kiện cho các khối...................................................................29 3.3 Lựa chọn linh kiện và tính toán thiết kế........................................................34 3.3.1 Khối xử lý tín hiệu........................................................................................34 3.3.2 Khối điều khiển cảm biến.............................................................................37 3.4 Sơ đồ nguyên lý............................................................................................40 3.5 Xây dựng thuật toán.....................................................................................42 3.5.1 Sơ đồ quy trình xử lý....................................................................................42 3.5.2 Thuật toán tự động điều chỉnh cường độ LED:.............................................42 3.5.3 Thuật toán đo độ bão hòa Oxy trong máu:....................................................43 3.5.4 Thuật toán đo nhịp tim:................................................................................45 3.6 Kết luận chương:..........................................................................................46 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.....................................................................47 4.1 Giới thiệu chương.........................................................................................47 4.2 Đánh giá về mặt kỹ thuật..............................................................................47 4.2.1 Tầng chuyển đổi dòng thành áp....................................................................47 4.2.2 Mạch lọc thông cao......................................................................................48 4.2.3 Mạch lọc thông thấp.....................................................................................49 Trang 2 Mục lục 4.2.4 Ngõ ra đưa vào vi điều khiển:.......................................................................50 4.3 Đánh giá kết quả đo......................................................................................51 4.3.1 Một số kết quả đo thử nghiệm......................................................................51 4.3.2 Kết quả so sánh với thiết bị đang được sử dụng tại bệnh viện......................53 4.4 Kết luận chương...........................................................................................54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.................................................55 DANH MỤC THAM KHẢO..................................................................................57 PHỤ LỤC A............................................................................................................59 PHỤ LỤC B............................................................................................................62 Trang 3 Mở đầu MỞ ĐẦU Dấu hiệu sinh tồn của sự sống bao gồm 4 dấu hiệu: mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp thở. Trong các ca cấp cứu khần cấp người ta luôn luôn phải đo 4 thông số này để theo dõi bệnh nhân. Ngày nay, khi khoa học phát triển người ta đưa thêm vào dấu hiệu sinh tồn thứ 5 đó là nồng độ bão hòa Oxy trong máu. Trong những trường hợp đặc biệt như khi bệnh nhân bị ngộ độc khí thở thì máy đo nồng độ Oxy trong máu cực kỳ quan trọng. Máy theo dõi bệnh nhân nếu lượng Oxy trong người thấp hơn tiêu chuẩn cho phép thì phải cho bệnh nhân thở bằng máy thở. Qua dẫn chứng trên chúng ta có thể thấy được tầm quan trọng của máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu. Đồ án này nhằm nghiên cứu về phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu và nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học, từ đó chế tạo mô hình máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu và nhịp tim. Nội dung của đồ án được chia làm 4 chương: - Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo SpO2. - Chương 3: Thiết kế mô hình đo. - Chương 4: Đánh giá kết quả. Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án là tìm hiểu cơ sở lý thuyết từ đó vận dụng kiến thức chuyên ngành để thiết kế phần cứng, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp để kiểm chứng tính đúng đắn của phần thiết kế và các lưu đồ thuật toán vừa xây dựng... Đồ án đã hoàn thành được mô hình máy đo nồng độ Oxy trong máu và nhịp tim, tuy nhiên độ chính xác và thời gian xử lý cần phải được cải thiện. Trang 4 Mở đầu Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Vân Thanh và thầy Phạm Xuân Trung đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo chúng em trong quá trình làm đồ án. Đồng thời chúng em xin cảm ơn bệnh viện C Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện cho chúng em có thể kiểm tra sản phẩm và hoàn thành đề tài. Trang 5 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU 1.1 Giới thiệu chương Cơ thể con người cần Oxy để sống. Tất cả các cơ quan trong cơ thể đều cần Oxy để chuyển hóa chất trong đó não và tim là 2 cơ quan rất nhạy cảm với việc thiếu Oxy. Nội dung chương 1 sẽ nghiên cứu về quá trình vận chuyển Oxy trong cơ thể, nồng độ bão hòa Oxy trong máu, nguyên lý đo SpO2 và phương pháp đo Oxy trong máu bằng phương pháp hấp thụ quang học để có cái nhìn tổng quan về SpO2. 1.2 Quá trình vận chuyển Oxy trong cơ thể Oxy được vận chuyển đi trong cơ thể nhờ gắn với một loại protein có chứa sắt tên là hemoglobin (Hb) có trong hồng cầu. Sau nhịp thở vào, Oxy sẽ gắn với Hb trong máu khi chúng đi qua các mao mạch phổi. Tim sẽ bơm máu đi khắp cơ thể để cung cấp Oxy cho các mô. Hình 1.1 Sự lưu thông máu trong cơ thể Trang 6 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu Có 5 yếu tố quan trọng để đảm bảo cung cấp đủ Oxy cho các mô: - Oxy phải được đưa vào phổi khi bệnh nhân hít vào hoặc bơm vào nhờ máy thở. - Oxy phải đi qua các khoang nhỏ trong phổi (phế nang ) để vào máu. Quá trình này gọi là trao đổi khí. - Máu phải có lượng Hb vừa đủ để đảm bảo vận chuyển đủ Oxy cho các mô. - Tim phải bơm đủ máu để vận chuyển Oxy đáp ứng đủ với nhu cấu của mô. - Thể tích máu trong vòng tuần hoàn phải đủ để đảm bảo máu có Oxy phân phối cho tất cả các mô. 1.3 Nồng độ bão hòa Oxy trong máu Các tế bào hồng cầu có chứa Hb. Một phân tử Hb có thể gắn với 4 phân tử Oxy và khi đã gắn đủ 4 phân tử Oxy thì gọi là “bão hòa Oxy”[5]. Nếu tất cả các phân tử Hb trong máu đều gắn với Oxy, lúc đó ta sẽ nói độ bão hòa Oxy là 100%. Hầu hết các phân tử Hb sẽ gắn với Oxy khi chúng đi qua phổi. Một người khỏe mạnh bình thường khi thở ở không khí ở mực nước biển sẽ có độ bão hòa Oxy động mạch là 95%-100%. Độ bão hoà Oxy [18]: SpO2 = 100 (%) C (Hb O 2) C (Hb O 2)+C( Hb) C ( HbO 2) C ( HbO 2)+C ( Hb) x (1.1) C (Hb) = nồng độ của hemoglobin không bị Oxy hóa. C (HbO2) = nồng độ của hemoglobin Oxy hoá. Các thông số này chịu ảnh hưởng của độ cao cũng như vị trí địa lý. Máu trong tĩnh mạch trở về từ các mô có chứa ít Oxy hơn và độ bão hòa thường khoảng 75 %. Máu động mạch màu đỏ tươi trong khi máu tĩnh mạch đỏ sẫm. Sự khác biệt về màu sắc này là do sự khác nhau về độ bão hòa của Hb. Nếu bệnh nhân có bão hòa Oxy tốt, lưỡi và môi sẽ có màu hồng, khi bão hòa thấp, môi sẽ có màu xanh Trang 7 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu tím. Trên lâm sàng, nhiều khi rất khó để nhận biết dấu hiệu xanh tím này nhất là ở những bệnh nhân da đen. Có thể dấu hiệu này không được phát hiện cho đến khi bão hòa Oxy xuống dưới 90 %. Thậm chí việc nhận biết bệnh nhân bị tím sẽ khó khăn hơn khi ở trong điều kiện ánh sáng yếu tại phòng mổ. Xanh tím chỉ xuất hiện khi lượng Hb khử (không gắn Oxy) lớn hơn 5 g/dL. Vì thế, một bệnh nhân thiếu máu nặng sẽ không có biểu hiện xanh tím ngay cả khi bị thiếu Oxy nặng do lượng Hb trong vong tuần hoàn quá thấp. Trong suốt quá trình gây mê, bão hòa Oxy nên được giữ ở mức 95-100 %. Nếu bão hòa Oxy nhỏ hơn hoặc bằng 94 %, bệnh nhân đó đang bị thiếu Oxy và cần phải được xử trí ngay. Bão hòa Oxy thấp hơn 90 % là một cấp cứu trên lâm sàng. 1.4 Nguyên lý đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu Nguyên lý của phép đo độ bão hòa Oxy trong máu không can thiệp là sử dụng hai nguồn ánh sáng đó là ánh sáng đỏ ứng với bước sóng là 660nm và ánh sáng hồng ngoại với bước sóng là 940nm và quá trình hấp thụ hai nguồn ánh sáng này của Oxyhemoglobin và hemoglobin trên cơ sở áp dụng định luật Lambert Beer. 1.4.1 Định luật Lambert-Beer về sự hấp thụ ánh sáng I Iin 1 Động mạch Hình 1.2 Minh họa việc tnh độ hấấp thụ ánh sáng bằằng định luật Lambert Beer[3] Trang 8 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu Nếu giả thiết ban đầu ánh sáng truyền qua mạch máu chỉ bị ảnh hưởng bởi nồng của Oxyhemoglobin HbO2 và Hemoglobin Hb và hệ số hấp thụ của hai loại hemoglobin này tại hai bước sóng đó là khác nhau, sau đó cường độ ánh sáng sẽ giảm theo hàm logarithm với độ dài bước sóng; nếu gọi độ dài của động mạch là l, cường độ ánh sáng ban đầu đi qua động mạch là Iin thì ta có:[3] −( α 01 Co+α r 1 Cr) l Tại bước sóng 1 : I1 = Iin1 10 (1.2) −( α 02 Co+α r 2 Cr) l Tại bước sóng 2 : I2 = Iin2 10 (1.3) Trong đó: C0 là nồng độ của Oxyhemoglobin HbO2 Cr là nồng độ của hemoglobin không kết hợp với Oxy Hb on là hệ số hấp thụ của HbO2 ứng với bước sóng n rn là hệ số hấp thụ của Hemoglobin ứng với bước sóng n. 1.4.2 Quan hệ giữa hệ số hấp thụ của HbO2 và Hb với bước sóng áng sáng Như đã đề cập ở mục trên, sự hấp thụ ánh sáng của Oxyhemoglobin (HbO2) và hemoglobin (Hb) phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới. Bằng thực nghiệm người ta đã xây dựng được biểu đồ liên hệ giữa hệ số hấp thụ của HbO2 và Hb với bước sóng ánh sáng như Hình 1.3. Trang 9 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu Hình 1.3 Đặc tính quang phổ hấp thụ của Hb và HbO2 [12] 1.4.3 Nguyên lý của phép đo độ bão hòa Oxy Gần đây, sự phát triển về phép đo Oxy trong máu dạng xung đã được biết đến như là một kỹ thuật đo không can thiệp rất hữu ích đối với quá trình đo độ bão hòa Oxy trong máu SaO2 hoặc SpO2. Với phép đo Oxy trong máu dạng xung, chỉ có một phần tín hiệu có liên quan trực tiếp tới lượng máu trong động mạch ở trong cơ thể người được sử dụng để tính toán độ bão hòa Oxy. Khi ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại được phát ra từ các Diode đi qua đầu ngón tay thì tín hiệu nhận được có dạng như Hình 1.4. Trong đó, phần tín hiệu xung nhịp thay đổi theo thời gian với nhịp đập của tim (biên độ của tín hiệu nhịp đập này xấp xỉ 1% so với mức một chiều DC). Sự suy hao ánh sáng bởi các thành ở đầu ngón tay có thể chia thành ba phần độc lập với nhau đó là: động mạch, tĩnh mạch và các mô, xương (cũng được thể hiện trong Hình 1.4). Trang 10 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu Hình 1.4 Tín hiệu nhận được khi truyền ánh sáng qua đầu ngón tay [3] Trong đó: A: Là tín hiệu xung nhịp AC thu được khi ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại truyền qua máu động mạch, tín hiệu này thay đổi theo thời gian với nhịp đập của tim. V: Là thành phần tín hiệu một chiều DC khi ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại truyền qua tĩnh mạch. T: Là thành phần tín hiệu một chiều d.c khi ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại truyền qua mô và xương ở đầu ngón tay. Từ định nghĩa của nồng độ bão hòa Oxy trong máu SpO2 và nội dung định luật hấp thụ ánh sáng Lambert Beer, chúng ta thấy rằng có thể dùng phương pháp đo độ hấp thụ để tính được SpO2. Căn cứ trên biểu đồ phụ thuộc của hệ số hấp thụ HbO2 và Hb vào các bước sóng sánh sáng, ta thấy chúng khác nhau tại dải ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại. Như vậy, về nguyên tắc có thể tính được lượng HbO2 và Hb trong máu thông qua việc đo độ hấp thụ của máu tại vùng ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại. Nếu gắn trực tiếp đầu đo tín hiệu SpO2 lên một số bộ phận của cơ thể người như ngón tay, vành tai thì ngoài việc tính toán được tham số SpO2, sự thay đổi của lượng máu trong hệ động mạch theo hoạt động của chu kỳ tim làm thay đổi độ hấp Trang 11 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu thụ đo được. Do vậy, có thể đưa ra được dạng sóng của tín hiệu SpO2 trên cơ sở nhịp đập của tim (thành phần tín hiệu xung nhịp AC trong Hình 1.4). R Nếu ta lấy log10 ( I1 / I in1 ) log10 ( I 2 / I in 2 ) (1.4) Trong đó R là tỉ số giữa sự thay đổi độ hấp thụ theo thời gian đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại, từ phương trình (1.2) và (1.3) ta có: log10 (I1/ Iin1 )= - (01Co + r1Cr)l (1.5) log10 (I2/ Iin2 )= - (02Co + r2Cr)l (1.6) lấy phương trình (1.5) chia cho phương trình (1.6) ta được: log 10 ( I 1 / I in 1 ) α 01 c 0 +α r 1 c r log 10 ( I 2 / I in 2 ) α 02 c 0 +α r 2 c r = α 01 c 0 +α r 1 c r  R= α 02 c 0 +α r 2 c r  (02Co + r2Cr)R = 01Co + r1Cr  (02R - 01)Co = (r1 - r2)Cr  Co α r 1 −α r 2 R Cr α 02 R−α 01 = (1.7) Từ công thức (1.1): SpO2 (%) = 100 HbO 2 HbO 2+Hb C0 tương đương với: SpO2 (%) = 100 C 0 + Cr (1.8) Chia cả tử số và mẫu số của vế phải phương trình (1.8) chia cho Cr ta có: Trang 12 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu C0 Cr C0 +1 Cr SpO2 (%) = 100 (1.9) thay phương trình (1.7) vào (1.9) và biến đổi ta thu được: Rα r 2 −α r 1 SpO2 (%) = 100 (α r2 −α 02 )R−(α r 1 −α 01 ) (1.10) Từ Hình 1.4 mô tả về tín hiệu thu được khi truyền ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại qua đầu ngón tay kết hợp với định luật Lambert Beer, người ta đưa ra được công thức tính tỉ số R. [3] log 10 (( I dc+ac )/ I dc )) λ 1 R= log 10 (( I dc+ac )/ I dc )) λ 2 (1.11) Trong đó: Idc là cường độ ánh sáng đi qua các thành phần như: Tĩnh mạch, mô và xương. Idc+ac là cường độ ánh sáng đi qua các thành phần như: Tĩnh mạch, mô xương và cả động mạch. Hình 1.5(a) và Hình 1.5(b) miêu tả tín hiệu xung nhịp đồng bộ với nhịp tim được thu nhận khi ánh sáng đỏ hoặc ánh sáng hồng ngoại chiếu qua đầu ngón tay (hay đây là tín hiệu xung nhịp được hiển thị trên màn hình khi đo độ bão hòa Oxy bằng thiết bị đo Pulse oximeter). Chú ý rằng thành phần DC (đường ranh rới) đã được loại bỏ khỏi các tín hiệu này. Rõ ràng từ hai tín hiệu này ta thấy rằng có sự thay đổi khá rộng về hình dạng của tín hiệu, trong Hình 1.5(b) ta thấy có một đỉnh Trang 13 Chương 1: Giới thiệu về nồng độ bão hòa Oxy trong máu phụ ứng với mỗi nhịp tim. Hiện tượng này khá phổ biến: đỉnh phụ đó là dichrotic notch (dicrotic notch là sự đánh dấu sự kết thúc của chu kỳ tâm thu và sự bắt đầu của chu kỳ tâm trương ).[3] Hình 1.5 Thành phần tín hiệu xung nhịp a.c thu được khi ánh sáng truyền qua máu động mạch ở đầu ngón tay. 1.4.4 Đường cong hiệu chỉnh của các thiết bị đo độ bão hòa Oxy dạng xung Những thiết bị đo nồng độ Oxy trong máu đầu tiên được chế tạo trong những năm đầu thập kỷ 80, sử dụng phương trình (1.8) để tính toán giá trị SpO2 trong máu. Tuy nhiên, theo luật Beer−Lambert phương trình này là cơ bản, không được đưa vào tính toán trong quá trình tán xạ ánh sáng bởi các tế bào hồng cầu. Ảnh hưởng của tán xạ chỉ được bù đắp một phần khi sự tán xạ là bước sóng độc lập. Do vậy phương trình (1.8) là phương trình đơn giản. Hình 1.6 chỉ ra hai mối quan hệ, một là quá trình sử dụng luật Lambert Beer, hai là dựa vào số liệu thực nghiệm, giữa tỉ số R và độ bão hòa Oxy trong máu của bệnh nhân. Do vậy, các phép đo dựa vào luật Lamber Beer có xu hướng đưa ra những đánh giá sai về giá trị thực của độ bão hòa Oxy trong máu (đặc biệt đối với giá trị SpO2 dưới 85%). Bằng thực nghiệm, người ta đã xây dựng được đường cong hiệu chỉnh thể hiện mối quan hệ giữa tỉ số R và độ bão hòa Oxy trong máu của bệnh nhân thông qua việc sử dụng bảng tra cứu được lấy từ quá trình nghiên cứu hiệu chỉnh số liệu khi đo độ bão hòa Oxy trong máu theo phương pháp không xâm chiếm với số lượng lớn các tình nguyện viên khỏe mạnh. Đường cong hiệu chỉnh này được dùng làm bảng tra trong các thiết bị đo độ bão hòa Oxy SpO2. Trang 14