Chúng ta đều biết đến khí Oxy và sự quan trọng như thế nào của nó đối với sự sống trên Trái đất. Từ một phần tư cuối thế kỷ trước, các nhà khoa học đã dựa vào quy luật của quang phổ kế và so màu để chế tạo nên thiết bị có khả năng đánh giá khí oxy trong máu của con người một cách không xâm lấn. Kết quả đo được là độ bão hòa Oxy trong máu: SpO2. Bài viết này sẽ trình bày một số nguyên tắc vật lý để có thể đánh giá nồng độ SpO2 trong cơ thể.
1. Đầu dò truyền qua:
-
Nguyên lý:
Máy đo oxy xung với đầu dò truyền ánh sáng xuyên qua để đo nồng độ Oxy bão hòa trong máu. Đầu dò được mô tả như hình vẽ. Hệ thống đầu dò bao gồm hai LED, bước sóng bức xạ 660nm ở phổ bước sóng ánh sáng đỏ và bước sóng thứ 2 là 940nm ở vùng hồng ngoại. Các LED hoạt động luân phiên nhau, cho nên ánh sáng của từng LED lần lượt truyền qua tế bào, và ánh sáng sẽ được thu nhận bởi photodiode. Cường độ ánh sáng đến từ tế bào bị suy hao phụ thuộc vào lượng máu trong mô. Sự thay đổi nhịp bói xung động mạch cũng cho phép xác định được tần số của tim. Hệ số suy hao hấp thụ của Oxyhemoglobin khác so với máu không ngậm oxy ở bước sóng khác nhau.
Kết cấu đo SpO2 là rọi ánh sáng (đỏ và hồng ngoại) qua mô mềm và có tế bào quang điện tách ra sự thay đổi tín hiệu gây ra bởi xung áp lực động mạch . Tỉ số của tín hiệu hai màu nhận được xác định nồng độ oxy bảo hòa trong máu. Khi máu nhận được oxy bảo hòa thì sẽ rất đỏ, trong lúc máu không nhận được oxy sẽ có màu đỏ bầm. Những điều kiện không thay đổi như dòng mạch máu cố định , bề dầy của lớp da, móng tay bệnh nhân,… sẽ không gây nên sự thay đổi và các ảnh hưởng này sẽ không tác động đến thông số SpO2 đọc được :
Thông số SpO2 cho bởi công thức:
%SpO2 = HbO2/ (Hb + HbO2) X 100%
Trong đó HbO2 là oxyhemoglobin (nhạy đỏ sáng) và Hb là hemoglobin (nhạy xám xanh)
Chú ý rằng mọi tác động ảnh hưởng đến cường độ của ánh sáng chẳng hạn như độ dầy hay màu của ngón tay sẽ tác động lên trị số max và min tương ứng, nhưng tỉ số của chúng vẫn không thay đổi.
Pulse Oxymeter sử dụng hai ánh sáng có bước sóng khác nhau (về màu) và có khả năng xác định thành phần của máu. Với kỹ thuật này 2 bước sóng ánh sáng ( 650 nm và 805 nm được sử dụng. Thông tin nhận được từ tế bào nhận có độ bảo hòa mạch và độ hấp thụ.
Việc sử dụng cùng lúc 2 bước sóng ánh sáng vì lý do sau :
- Sự truyền của ánh sáng 660 nm phụ thuộc trên lượng oxygen trong máu và độ dầy của mô mạch máu.
- Trong lúc đó, sự truyền của ánh sáng 940 nm lại độc lập với nồng độ oxygen nhưng lại phụ thuộc vào độ dầy của mô mạch:
SaO2 = A – B (Y660 / Y940)
Trong đó Y là độ hấp thụ ánh sáng.
Tuy nhiên, nếu quá ít ánh sáng sáng nhận được, máy sẽ thông báo lỗi “không nhận được sensor hay nhịp “.
-
Vị trí sensor:
Đối với loại đầu dò truyền qua, khi mà photodiode phải dò ánh sáng truyền xuyên qua tế bào, do vậy detector được đặt trên cùng một đường thẳng với LED cho nên một lượng ánh sáng lớn nhất truyền qua đến được detector photodiode được đặt gần bề mặt da sao cho không gây ảnh hưởng lực lên tế bào. Do vậy nên đặt vị trí LED và photodiode đối diện nhau và thường đặt ở tay, tai và khoảng cách giữa chúng thường là 12mm.
2. Đầu dò phản xạ:
Là loại đầu dò được dùng để đo nồng độ oxy bão hòa trong máu dựa trên cường độ của ánh sáng phản xạ. Ý tưởng này là thu các tia phản xạ đến từ bề mặt da và được đo bằng quang phổ kế, phương pháp này có những thuận lợi như đo bất kỳ vị trí nào trên bề mặt da. Cho dù đây là một ưu điểm chính nhưng có nhiều khó khăn trong việc chuẩn hóa và độ chính xác bị hạn chế.
-
Nguyên lý:
Các tia phản xạ trở lại từ da phụ thuộc không chỉ trên phổ hấp thụ của máu mà còn do bởi cấu trúc và sắc tố màu của da. Nồng độ oxy bão hòa được đo bằng cách phân tích tín hiệu ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại thông qua nhịp đập. Những ánh sáng này được thu bởi photodiode sau khi tán xạ trở lại từ tế bào mặt da. Ánh sáng từ LED đi vào tế bào bị tán xạ do sự chuyển động của hồng cầu và tế bào không dịch chuyển và một phần ánh sáng tán xạ này đến photodiode được máy đo tính toán và đo được giá trị oxy bão hòa trong máu động mạch.
-
Vị trí đầu dò:
Đối với loại đầu dò này, LED và photodiode được đặt trên cùng bề mặt. Hình minh họa và thông thường nó được đặt ở vùng trán hoặc cằm. Ngoài ra loại đầu dò này có thể được dùng để đo nồng độ oxy bão hòa có thể đặt bất kỳ nơi nào.
-
Khoảng cách giữa Led và Photodiode:
Vấn đề chính mà chúng ta quan tâm ở loại đầu dò này đó là khoảng cách của Led và Photodiode. Khoảng cách giữa chúng được đặt sao cho thành phần lớn nhất và nhỏ nhất trong từng nhịp đập đến được photodiode. Có hai cách nâng cao chất lượng thu được.
Một là dùng dòng lái Led lớn làm cho khả năng xuyên thấu của ánh sáng tới mạnh hơn, làm tăng cường độ ánh sáng. Khi dùng ánh sáng tới với cường độ cao có thể chiếu lớn hơn mạch máu và thành phần phản xạ chứa đựng nhiều thành phần AC. Trong thực tế dòng lái Led bị hạn chế do kỹ thuật chế tạo. Cách khác đặt photodiode gần Led. Nếu photodiode đặt quá gần Led làm cho photodiode bị bão hòa vì thành phần DC có được do tán xạ của ánh sáng tới. Cường độ ánh sáng tới photodiode giảm đi mà khoảng cách giữa photodiode và Led tăng.
3. Chọn đầu dò:
Loại đầu dò thông dụng dùng trên thị trường là loại truyền qua. Có hai loại đầu dò đó là loại dùng nhiều lần và loại dùng một lần.
- Loại dùng nhiều lần được làm bằng vật liệu chắc chắn hơn, được che chắn không cho ánh sáng xâm nhập vào. Tuy nhiên vì dùng nhiều lần nên cần phải vệ sinh trước khi chuyển sang cho bệnh nhân khác.
- Loại dùng một lần : loại này được chỉ định dùng một lần tuy nhiên nếu dùng cẩn thận có thể sử dụng nhiều hơn một lần và đầu dò này được che chắn tốt cho nên có thể sử dụng trong những khu vực từ trường cao. Ngoài ra loại đầu dò này có giá thành rẻ nên nó được dùng cho thiết kế này.
4. Các Sensor đo:
Các sensor đều có cấu tạo như lý thuyết, nhưng hình dạng bên ngoài sẽ khác nhau tùy theo mục đích sử dụng.
-
Sensor kẹp ngón tay(Finger Clip)
Loại sensor này được thiết kế dành cho sử dụng cho bệnh nhân trẻ em và người lớn hay dành cho việc kiểm tra liên tục ít hơn 30 phút khi bệnh nhân di chuyển, chỉ trừ trường hợp kích thước tay bệnh nhân quá nhỏ không vừa kích thước sensor.
Ghi chú khi sử dụng : để có kết quả đo tốt nhất, đảm bảo dây dẫn rời ra khỏi sensor , có thể quấn quanh ngón tay nhưng không làm ngăn dòng máu chảy đến ngón tay.
-
Sensor dành cho trẻ em, và trẻ sơ sinh:
Sensor dành cho trẻ em và trẻ sơ sinh được thiết kế khi không chỉ định sử dụng loại sensor nhét ngón tay. Sensor dành cho trẻ em dành cho đo trên ngón chân của các trẻ nặng hơn 2 kg. Sensor dành cho trẻ sơ sinh lại thiết kế đo trên bàn chân của trẻ sơ sinh hay trẻ em nhỏ hơn 2 kg. Vị trí đo trên các ngón chân được chỉ ra trên hình. Vị trí của sensor dành cho sơ sinh trên bàn chân phải gắn xa các ngón chân như hình. Đảm bảo rằng đầu phát của sensor phải chính xác chiếu qua đầu thu của nó.
-
Sensor trên dái tay:
Sensor này được thiết kế cho người lớn khi loại sensor ngón tay không áp dụng được. Phải xoa bóp dái tay trong 5 phút mới gắn sensor vào. Đảm bảo rằng vị trí của đầu phát và thu tương ứng và sensor nằm hoàn tòan vào dái tay, nếu không sẽ có sai số đo lường.
-
Sensor phản xạ:
Sensor phản xạ được sử dụng trên bề mặt da có nổi mạch máu. Nếu dùng cho người lớn thông thường được gắn ở trung tâm trán , ngay giữa mắt. Thông thường có một bộ giữ sensor (holder) để giữ sensor áp sát vào da bệnh nhân.
Sức Khỏe Vàng