Bộmôn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCMBài thí nghiệm đo nồng độ bão hòa ôxy trong máu 14BÀI THÍ NGHIỆM SỐ8:BÀI ĐO NHỊP MẠCH VÀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA ÔXY TRONG MÁU1. Nguyên lýhoạt động :Định nghĩa: sự bão hòa oxy trong động mạch (SaO2) là tỉ lệ của oxyhemoglobin (HbO2) trên tổng sốhemoglobin (Hb và HbO2) trong động mạch. Khi sửdụng phương pháp đo (pulse oximetry) nhịp mạch qua sự hấp thụánh sáng của ôxy trong mạch máu thì tỉlệnày được xác định theo công thức:SpO2 =HbO2HbO2+Hb%(1)Máy đo nồng độphần trăm ôxy bão hòa trong động mạch (SpO2) và nhịp mạch sửdụng các nguyên tắc đo quang phổ(spectrophotometry) và đo sựthay đổi thểtích bằng quang học (photoplethysmography viết tắt PPG). Các bác sỹ gây mê dựa vào máy đo nồng độôxy này đểbiết trước sựrối loạn chức năng lọc máu, sự đặt nội khí quản vv…Máy sửdụng hai nguồn LED có bước sóng ánh sáng đỏ (λ=660nm) ánh sáng hồng ngoại gần (λ=940nm) chiếu qua mô và thu nhận cường độ ánh sáng truyền qua đểdò tìm tín hiệu thay đổi do các xung động của huyết áp động mạch gây ra. Máu có độbão hòa ôxy cao sẽcó màu đỏtươi, còn máu có độ bão hòa ôxy kém sẽcó màu đỏđậm. Máy sẽtính toán độ bão hòa ôxy từsựkhác nhau của màu máu bằng cách đo tỉlệhấp thu ánh sáng đỏvà ánh sáng hồng ngoại (xem hình minh họa bên dưới). Các yếu tốkhác như(máu tĩnh mạch, độdày của da, xương, móng tay, da) luôn giữcốđịnh nên không tác động đến chỉsố bão hòa ôxy trong máu.Hình 1: Phổ hấp thụ ánh sáng của Hb và HbO2 Bộmôn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCMBài thí nghiệm đo nồng độ bão hòa ôxy trong máu 24Thực tếmáy đo với 1 sensor kẹp tay gồm 1 led đỏ, 1 led hồng ngoại và một cảm biến quang học với biểu thức tính toán nhưsau:SpO2 =A+BODredODinf% (2)red: ánh sáng đỏinf: ánh sáng hồng ngoại.A,B là các thông sốxác định bằng thực nghiệmĐộhấp thụcường độcủa tia sáng đi qua mô theo định luật LambertBeer:IRIT=e−α.c.dTrong đó:IR là cường độtia sáng sau khi đi qua mô và IT là cường độtia tới trước khi đến mô, α là hệsốhấp thụ, c nồng độphân tửhấp thụ (Hb và HbO2) và d là độdày của tếbào. α.c.d cũng chính là mật độquang học của mô : OD=lnIRIT% = α.c.dSửdụng hai bước sóng để loại trừnhiễu và các điều kiện giải phẩu và sinh lýcủa từng đối tượng đo trong đó ODred =ln(ACredDCred) và ODinf =ln(ACinfDCinf)cònACred;DCred;ACinf;DCinf là thành phần tín hiệu xoay chiều và một chiều thu được của sensor nhưhình sau đây:Hình 2: Hoạt động của sensor đo độ bão hòa ooxxy trong máu2. Chuẩn bị:• Đọc trước phần lýthuyết trong sách “Bioinstrumentation : cua John Webster” phần 3.2 trước khi vào phòng thí nghiệm.• Và phần đo nồng độ ôxy trong máu của J.G. Webster sách Medical instrumentation: Application and Design phần 8.83. Thiết bị:• Máy đo SpO2 và nhịp mạch hiệu BCI model 3301 hoặc model 3303 Bộmôn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCMBài thí nghiệm đo nồng độ bão hòa ôxy trong máu 34• Sensor đo SpO2 dùng nhiều lần (loại kẹp ngón tay)• Máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP30 hãng BIOPAC (màu trắng)• Các giắc cắm (connector) tách bước sóng đỏ(kýhiệu RED) và giắc cắm táchbước sóng hồng ngoại (kýhiệu IR)• Bút mực màu xanh4. Các bước thực hiện :4.1 Gắn đầu dò vào máy đo SpO2.4.2 Nhấn công tắc máy sang vịtrí “ON”4.3 Đút ngón tay trỏcủa bàn tay trái vào đầu dò cho đến khi tới chỗchặn ngón tay. Đừng đểmóng tay dài làm ảnh hưởng đến việc gắn ngón tay đúng vào vịtrí. Đặc biệt không nên dùng đầu dò này cho ngón tay cái. Cách gắn đúng được chỉdẫn như hình sau:Hình 3 : Cách gắn đúng ngón tay vào máy4.4 Ghi lại kết quảnhịp mạch và nồng độSpO2 .4.5 Giơcao ngón tay quá đầu, thực hiện các bước từ4.3 đến 4.4. 4.6 Thực hiện các bước từ4.2 đến 4.5 thêm 4 lần nữa. 4.7 Dùng tay phải cầm quảtạ. Thực hiện các động tác thểdục nâng lên và hạtạxuống nhiều lần. Quan sát và ghi lại nồng độoxy và nhịp mạch trước, trong và sau khi tập thểdục. Giải thích kết quả.4.8 Thởra càng mạnh càng tốt. Sau đó ngưng thởvào càng lâu càng tốt. Quan sát và ghi lại nồng độoxy. Giải thích kết quả.4.9 Nhúng bàn tay còn lại vào nước đá lạnh, quan sát và ghi lại nồng độoxy và nhịp mạch. Giải thích kết quả.4.10 Tắt máy đo SpO2. Rút đầu dò ra. Thu gọn và đểmáy lên kệ. Cắm lần lượt 2 cảm biến SpO2 có sẳn giắc cắm (có chữ RED) vào ngõ vào số1 và giắc cắm (có chữ IR) gắn vào ngõ vào số 2 của máy MP30. Nối MP30 với máy tính qua cổng USB. Bật máy MP30 và chạy file SpO2_5000.gtl đã có sẳn trên Desktop. Đút ngón tay trỏcủa bàn tay trái vào đầu dò RED và ngón giữa vào đầu dò IR. 4.11 Bấm phím “Start” đểthu tín hiệu trên 6 kênh. Tín hiệu trên các kênh ( RED pulse) và (IR pulse) là các tín hiệu nhịp mạch đo bằng phương pháp PPG. Còn ởkênh cuối ( nồng độSpO2) là giá trịnồng độ bão hòa oxy trong máu. Hãy thực hiện nhiều lần đến khi đạt được tín hiệu rõ và ít nhiễu thì lưu lại ởfile có tên xxx_dd_mm.acq trong đó xxx: tên sinh viên đang được đo, dd: ngày và mm: tháng. Tắt và thoát khỏi chương trình BSL Lab PRO.4.12 Dùng bút mực tô cảm biến quang ởsensor thu ánh sáng đỏ. Thực hiện lại mục 4.11.Lưu file kết quảvới tên xxx_dd_mm_filter.acq. 4.13 Tính toán: load file xxx_dd_mm.acq. Hãy tính toán nhịp mạch trên tín hiệu ởkênh RED pulse và ởkênh IR pulse. Giải thích sựkhác nhau của 2 tín hiệu. Ghi lại sựthay đổi giá trịnồng độ bão hòa oxy ởkênh SpO2. Khe phaùt aùnh saùngKhe doø aùnh saùngVaïchtrung taâm Bộmôn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCMBài thí nghiệm đo nồng độ bão hòa ôxy trong máu 444.14 Thực hiện tương tự đối với dữliệu ởfile xxx_dd_mm_filter.acq5. Kết quả:5.1 Hãy so sánh các kết quả ởcác trường hợp đo bằng máy đo SpO2. Giải thích sựkhác nhau và giống nhau của các sốliệu.5.2 Trình bày từng nguyên lý đo của nồng độSpO2 và đo nhịp mạch. Qua đó cho biết những nguyên nhân nào có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.5.3 Tìm trên mạng các thông sốkỹthuật (specifications) của thiết bịsửdụng trong bài thí nghiệm này.5.4 Hãy vẽ cách nối dây trong: sensor SpO2, sensor có giắc cắm RED và sensor có giắc cắm IR. Trình bày cách hoạt động của sensor SpO2 của máy BCI 3301 hoặc BCI 3303.5.5 Lýgiải sựkhác nhau giữa 2 loại máy: máy chuyên dụng đo SpO2 và máy MP30.Hãy đưa ra các nguyên nhân gây sai số. Tìm giá trịA và B ởphương pháp đo bằng MP30. Kiểm tra lại các thông sốnày qua các thông số cài đặt ởPro Lab của BIOPAC.
Trang 1Bộ môn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCM
BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 8:
BÀI ĐO NHỊP MẠCH VÀ NỒNG ĐỘ BÃO HÒA ÔXY TRONG MÁU
1 Nguyên lý hoạt động :
Định nghĩa: sự bão hòa oxy trong động mạch (SaO 2) là tỉ lệ của oxyhemoglobin
(HbO 2 ) trên tổng số hemoglobin (Hb và HbO 2) trong động mạch Khi sử dụng phương pháp đo (pulse oximetry) nhịp mạch qua sự hấp thụ ánh sáng của ôxy trong mạch máu thì tỉ lệ này được xác định theo công thức:
SpO2= HbO2
HbO2+ Hb
!
"
%
&
Máy đo nồng độ phần trăm ôxy bão hòa trong động mạch (SpO2) và nhịp mạch sử dụng các nguyên tắc đo quang phổ (spectrophotometry) và đo sự thay 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 rối loạn chức năng lọc máu, sự đặt nội khí quản vv…
Máy sử dụng hai nguồn LED có bước sóng ánh sáng đỏ (λ=660nm) ánh sáng hồng ngoại gần (λ=940nm) chiếu qua mô và thu nhận cường độ ánh sáng truyền qua để dò tìm tín hiệu thay đổi do các xung động của huyết áp động mạch gây ra Máu có độ bão hòa ôxy cao sẽ có màu đỏ tươi, còn máu có độ bão hòa ôxy kém sẽ có màu đỏ đậm Máy sẽ tính toán độ bão hòa ôxy từ sự khác nhau của màu máu bằng cách đo tỉ
lệ hấp thu ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại (xem hình minh họa bên dưới) Các yếu tố khác như (máu tĩnh mạch, độ dày của da, xương, móng tay, da) luôn giữ cố định nên không tác động đến chỉ số bão hòa ôxy trong máu
Hình 1:Phổ hấp thụ ánh sáng của Hb và HbO 2
Trang 2Bộ môn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCM
Thực tế máy đo với 1 sensor kẹp tay gồm 1 led đỏ, 1 led hồng ngoại và một cảm biến quang học với biểu thức tính toán như sau:
SpO2 = A + B OD red
ODinf
!
"
%
& (2)
red: ánh sáng đỏ
inf: ánh sáng hồng ngoại
A,B là các thông số xác định bằng thực nghiệm
Độ hấp thụ cường độ của tia sáng đi qua mô theo định luật Lambert-Beer: I R
I T = e
−α.c.d Trong đó:
IR là cường độ tia sáng sau khi đi qua mô và IT là cường độ tia tới trước khi đến mô,
α là hệ số hấp thụ, c nồng độ phân tử hấp thụ (Hb và HbO2) và d là độ dày của tế
bào α.c.d cũng chính là mật độ quang học của mô : OD = ln I R
I T
!
"
# $
%
& = -α.c.d
Sử dụng hai bước sóng để loại trừ nhiễu và các điều kiện giải phẩu và sinh lý của
từng đối tượng đo trong đó OD red = ln(AC red
DC red ) và ODinf = ln(
ACinf
DCinf)
còn AC red ; DC red ; ACinf; DCinf là thành phần tín hiệu xoay chiều và một chiều thu được của sensor như hình sau đây:
Hình 2:Hoạt động của sensor đo độ bão hòa ooxxy trong máu
2 Chuẩn bị :
• Đọc trước phần lý thuyết trong sách “Bioinstrumentation : cua John Webster”
phần 3.2 trước khi vào phòng thí nghiệm
• Và phần đo nồng độ ôxy trong máu của J.G Webster sách Medical
instrumentation: Application and Design phần 8.8
3 Thiết bị :
• Máy đo SpO2 và nhịp mạch hiệu BCI model 3301 hoặc model 3303
Trang 3Bộ mơn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCM
• Sensor đo SpO2 dùng nhiều lần (loại kẹp ngĩn tay)
• Máy thu nhận tín hiệu sinh tồn MP-30 hãng BIOPAC (màu trắng)
• Các giắc cắm (connector) tách bước sĩng đỏ (ký hiệu RED) và giắc cắm tách
bước sĩng hồng ngoại (ký hiệu IR)
• Bút mực màu xanh
4 Các bước thực hiện :
4.1 Gắn đầu dị vào máy đo SpO2
4.2 Nhấn cơng tắc máy sang vị trí “ON”
4.3 Đút ngĩn tay trỏ của bàn tay trái vào đầu dị cho đến khi tới chỗ chặn ngĩn tay Đừng
để mĩng tay dài làm ảnh hưởng đến việc gắn ngĩn tay đúng vào vị trí Đặc biệt khơng nên dùng đầu dị này cho ngĩn tay cái Cách gắn đúng được chỉ dẫn như hình sau:
Hình 3 :Cách gắn đúng ngĩn tay vào máy
4.4 Ghi lại kết quả nhịp mạch và nồng độ SpO2
4.5 Giơ cao ngĩn tay quá đầu, thực hiện các bước từ 4.3 đến 4.4
4.6 Thực hiện các bước từ 4.2 đến 4.5 thêm 4 lần nữa
4.7 Dùng tay phải cầm quả tạ Thực hiện các động tác thể dục nâng lên và hạ tạ xuống nhiều lần Quan sát và ghi lại nồng độ oxy và nhịp mạch trước, trong và sau khi tập thể
dục Giải thích kết quả
4.8 Thở ra càng mạnh càng tốt Sau đĩ ngưng thở vào càng lâu càng tốt Quan sát và ghi
lại nồng độ oxy Giải thích kết quả
4.9 Nhúng bàn tay cịn lại vào nước đá lạnh, quan sát và ghi lại nồng độ oxy và nhịp
mạch Giải thích kết quả
4.10 Tắt máy đo SpO2 Rút đầu dị ra Thu gọn và để máy lên kệ Cắm lần lượt 2 cảm biến SpO2 cĩ sẳn giắc cắm (cĩ chữ RED) vào ngõ vào số 1 và giắc cắm (cĩ chữ IR) gắn vào ngõ vào số 2 của máy MP-30 Nối MP-30 với máy tính qua cổng USB Bật máy MP-30 và chạy file SpO2_5000.gtl đã cĩ sẳn trên Desktop Đút ngĩn tay trỏ của bàn tay
trái vào đầu dị RED và ngĩn giữa vào đầu dị IR
4.11 Bấm phím “Start” để thu tín hiệu trên 6 kênh Tín hiệu trên các kênh ( RED pulse) và (IR pulse) là các tín hiệu nhịp mạch đo bằng phương pháp PPG Cịn ở kênh cuối ( nồng độ SpO2) là giá trị nồng độ bão hịa oxy trong máu Hãy thực hiện nhiều lần đến
khi đạt được tín hiệu rõ và ít nhiễu thì lưu lại ở file cĩ tên xxx_dd_mm.acq trong đĩ
xxx: tên sinh viên đang được đo, dd: ngày và mm: tháng Tắt và thốt khỏi chương trình
BSL Lab PRO
4.12 Dùng bút mực tơ cảm biến quang ở sensor thu ánh sáng đỏ Thực hiện lại mục 4.11
Lưu file kết quả với tên xxx_dd_mm_filter.acq
4.13 Tính tốn: load file xxx_dd_mm.acq Hãy tính tốn nhịp mạch trên tín hiệu ở kênh RED pulse và ở kênh IR pulse Giải thích sự khác nhau của 2 tín hiệu Ghi lại sự thay đổi giá trị nồng độ bão hịa oxy ở kênh SpO2
Khe phát ánh sáng
Khe dò ánh sáng Vạch
trung tâm
Trang 4Bộ môn : VLKTYS Trường ĐHBK Tp.HCM
4.14 Thực hiện tương tự đối với dữ liệu ở file xxx_dd_mm_filter.acq
5 Kết quả :
5.1 Hãy so sánh các kết quả ở các trường hợp đo bằng máy đo SpO2 Giải thích sự khác nhau và giống nhau của các số liệu
5.2 Trình bày từng nguyên lý đo của nồng độ SpO2 và đo nhịp mạch Qua đó cho biết những nguyên nhân nào có thể ảnh hưởng đến kết quả đo
5.3 Tìm trên mạng các thông số kỹ thuật (specifications) của thiết bị sử dụng trong bài thí nghiệm này
5.4 Hãy vẽ cách nối dây trong: sensor SpO2, sensor có giắc cắm RED và sensor có giắc cắm IR Trình bày cách hoạt động của sensor SpO2 của máy BCI 3301 hoặc BCI 3303
5.5 Lý giải sự khác nhau giữa 2 loại máy: máy chuyên dụng đo SpO2 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 này qua các thông số cài đặt ở Pro Lab của BIOPAC
