CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG SỐ BỆNH NHÂN
2.4. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo modul đo nhịp tim
2.4.2. Phân tích hoạt động của hệ thống giám sát nhịp tim
a) Giám sát nhịp tim dựa trên lượng Sp02
Sp02 và sự phát triển của phương pháp đo mạch dựa trên Sp02
Khi chúng ta thở oxy sẽ vào phổi. Máu mà thành phần quan trọng nhất của máu là Hemoglobine (Hb) sẽ vận chuyển oxy từ phổi đến các nơi cần thiết trong cơ thể để đảm bảo sự sống. Sự vận chuyển đó xảy ra khi Hb kết hợp với oxy thành HbO2.
Tỷ lệ HbO2HbO2+Hb gọi là độ bão hòa oxy trong máu, nói cách khác là tỷ lệ phần trăm hemoglobine của máu kết hợp với Oxy. Độ bão hòa oxy trong máu nếu được đo trên thực tế được gọi là SaO2, còn nếu được đo dựa trên mạch đập được gọi là SpO2.
Đến năm 1935, với sự phát minh ra thiết bị thô sơ đầu tiên dựa vào 2 bước sóng chính là đỏ và xanh dương đặt ở dáy tai dùng để đo SpO2, Matthes được nhắc đến như người đầu tiên đã tìm ra phương pháp khảo sát oxy trong máu. Thiết bị này vấp phải 2 nhược điểm:
- Sự dẩn truyền ánh sáng qua dái tai bị ảnh hưởng bởi các yếu khác ngoài Hb như sắc tố da.
- Thiết bị trên không phân biệt được HbO2 nào là của động mạch, HbO2 nào là của tĩnh mạch.
Đến năm 1949, Wood đã phát triển thêm kỹ thuật trên bằng cách đưa vào đó một thiết bị có khả năng cảm biến với mạch đập. Nhưng sau đó, kỹ thuật này đã bị đình trệ lại vì lý do kinh phí. Mãi đến khi được tập đoàn Nihon Kohden tài trợ, năm 1972, Aoyagi đã chính thức cho ra đời máy đo oxy dựa vào mạch đập (Pulse oxymetri).
Sự ra đời của máy đo Oxy dựa vào mạch đập vào những năm 1970 đã loại bỏ những nhược điểm của máy đo oxy trước đây. Điểm đặc biệt của máy đo Oxy dựa vào mạch đập là bộ phận tiếp nhận ánh sáng chỉ nhận các sóng ánh sáng có cường độ dao động. Đầu dò của nó sẽ đặt quanh ngón tay. Điều này cho phép máy đo oxy dựa vào mạch đập chỉ phát hiện ra các Hb của động mạch và nó làm giảm hoặc loại bỏ những sai sót tạo nên bởi sự hấp thu ánh sáng của những cấu trúc không có mạch đập như: mô liên kết và tĩnh mạch.
Đến năm 1987, máy đo oxy dựa vào mạch đập đã được sử dụng rộng rãi ở các phòng gây mê Mỹ. Vài năm sau, SpO2 trở nên phổ biến khắp thế giới.
Mạch đo xung nhịp tim qua Sp02 trên đầu ngón tay
Hình 2.10. Sơ đồ mạch đo nhịp tim dựa trên Sp02
Trong sơ đồ khối của mạch đo nhịp tim, IR LED được sử dụng để chiếu sáng vào ngón tay của người sử dụng bằng ánh sáng hồng ngoại. Khi đó cường độ ánh sáng hồng ngoại phản xạ lại Photo Transistor sẽ thay đổi theo huyết áp trong các đầu ngón tay. Mỗi nhịp tim, máu sẽ đẩy ra các mao mạch ở ngón tay làm thay đổi cường độ phản xạ hồng ngoại, khiến điện áp đầu ra phía trên Photo Transistor thay đổi.
Hình 2.11. Sơ đồ mạch dò tim
Điện áp thay đổi phía trên Photo Transistor (tại điểm A) sẽ được đưa qua một mạch lọc thông cao để lọc thành phần một chiều vào mạch với tần số cắt cao:
fcH=12πR1C1≈0,6(Hz)
Sau khi được lọc thông cao (B), tín hiệu ( theo nhịp tim) sẽ được khuếch đại lên với hệ số khuếch đại tối đa K=1+Rv1R2≈34 lần (C), sau đó tín hiệu đã được khuếch đại sẽ được lọc thông thấp (D) với mục đích loại bỏ tạp nhiễu ở tần số cao (do ánh sáng, rung…) với tần số cắt thấp:
fcL=12πR5C2≈15(Hz)
Tín hiệu cuối cùng được đưa vào so sánh với điện áp chuẩn qua mạch so sánh để chuyển đổi từ dạng điện áp tương tự sang dạng điện áp số để đưa về xử lý trong khối điều khiển. Tín hiệu cuối cùng tại đầu ra là tín hiệu mức 0 và 1, tương ứng với khi có nhịp đập thì đầu ra mức 1. Xung nhịp tim được đưa về tạo ngắt trên Arduino Uno, mỗi khi có ngắt, Arduino sẽ đếm thời gian giữa hai lần xung nhịp đưa về để tính số nhịp tim mỗi phút.
b) Hoạt động của hệ thống
Hệ thống được gắn trên cơ thể người sử dụng với cảm biến nhịp tim được gắn ở đầu ngón tay. Xung nhịp tim được đưa về tạo ngắt trên Arduino Uno, mỗi khi có ngắt Arduino sẽ đếm thời gian giữa hai lần xung nhịp đưa về để tính số nhịp mỗi phút. Kết quả các lần đo được gửi về máy chủ hiển thị trên website.