Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp đo oxy bão hòa dạng xung cảm biến đo quang nồng độ oxy trong máu
BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC MÔN: CÁC CẢM BIẾN BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC MÔN: CÁC CẢM BIẾN GVHD: PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ Cùng vớí phát triển khoa học công nghệ việc đo đạc phân tích tín hiệu sống người nhằm theo dõi, phát vấn đề sức khỏe ngày trọng Một tín hiệu nồng độ bão hòa Ô-xy máu Sp02 Tín hiệu cho phép phát dấu hiệu bất thường hệ thống hô hấp, tuần hoàn…một cách rõ ràng, mà coi dấu hiệu sinh tồn thứ Trong báo cáo này, đề cập đến phép đo nồng độ Oxy máu sử dụng cảm biến quang học dựa theo phép đo Oxy bão hoà dạng xung CHỦ ĐỀ: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BÃO HÒA OXY DẠNG XUNG - CẢM BIẾN QUANG ĐO NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU I GIỚI THIỆU CHUNG: Ôxy cung cấp cho tế bào thể nhờ phân tử Hemoglobin (Hb) có máu Tại phổi, phần tử Hemoglobin kết hợp với oxy trở thành oxyhemoglobin (HbO2), sau theo hệ thống mạch nuôi thể Như vậy, máu có hai loại Hemoglobin: loại kết hợp với oxy (HbO2) loại không kết hợp với oxy (Hb) Nguyên lý phép đo oxy máu tìm vào năm 60 kỷ 18 chất hấp thụ màu có máu, hemoglobin thành phần mang oxy (Hemoglobin protein mà protein có máu) Cũng thời gian này, vấn đề ý tới hấp thụ ánh sáng nhìn thấy hemoglobin Đây nguyên nhân mà hai dạng phân tử phổ biến oxyhemoglobin (HbO2) hemoglobin không kết hợp với oxy (Hb) có khác đáng kể phổ quang học với bước sóng từ 660nm đến 940nm Độ bão hòa oxy thường liên quan tới SaO2 SpO2, xác định tỉ số oxyhemoglobin (HbO2) toàn số hemoglobin có máu: SpO2 (%) = 100 HbO2 HbO2 + Hb (1) Việc xác định nồng độ bão hào oxy máu có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá hoạt động sinh lý hô hấp Người ta đo độ bão hòa oxy máu thông qua việc đo áp suất riêng phần oxy máu PaO2 thiết bị đo khí máu Phương pháp có nhược điểm theo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân cách liên tục Trong thiết bị theo dõi bệnh nhân - monitoring, người ta sử dụng phương pháp đo độ bão hòa oxy không can thiệp Pulse Oximeter để theo dõi thông số SpO2 bệnh nhân II NGUYÊN LÝ CỦA PHÉP ĐO ĐỘ BÃO HÒA OXY KHÔNG CAN THIỆP PULSE OXYMETER: Nguyên lý phép đo độ bão hòa oxy máu không can thiệp sử dụng hai nguồn ánh sáng ánh sáng đỏ ứng với bước sóng 660nm ánh sáng hồng ngoại với bước sóng 940nm trình hấp thụ hai nguồn ánh sáng oxyhemoglobin hemoglobin sở áp dụng định luật Lambert Beer Định luật Lambert-Beer hấp thụ ánh sáng: Nếu giả thiết ban đầu ánh sáng truyền qua I Iin l mạch máu bị ảnh Động mạch hưởng nồng oxyhemoglobin HbO2Hình Minh họa việc tính độ hấp thụ ánh sáng định luật Lambert Beer Hemoglobin Hb hệ số hấp thụ hai loại hemoglobin hai bước sóng đo khác nhau, sau cường độ ánh sáng giảm theo hàm logarithm với độ dài bước sóng; gọi độ dài động mạch l, cường độ ánh sáng ban đầu qua động mạch Iin ta có: Tại bước sóng λ1 : I1 = Iin1 Tại bước sóng λ2 : I2 = Iin2 10 − (α 01Co +α r 1Cr )l 10 − (α 02 Co +α r 2Cr ) l (2) (3) Trong đó: C0 nồng độ oxyhemoglobin HbO2 Cr nồng độ hemoglobin không kết hợp với oxy Hb αon hệ số hấp thụ HbO2 ứng với bước sóng λn αrn hệ số hấp thụ Hemoglobin ứng với bước sóng λn Quan hệ hệ số hấp thụ HbO2 Hb với bước sóng sáng: Như đề cập mục trên, hấp thụ ánh sáng oxyhemoglobin (HbO2) hemoglobin (Hb) phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng chiếu tới Bằng thực nghiệm người ta xây dựng biểu đồ liên hệ hệ số hấp thụ HbO2 Hb với bước sóng ánh sáng hình Nguyên lý phép đo độ bão hòa oxy: Gần đây, phát triển phép đo oxy máu dạng xung biết đến kỹ thuật đo không can thiệp hữu ích trình đo độ bão hòa oxy máu SaO2 SpO2 Với phép đo oxy máu dạng xung, có phần tín hiệu có liên quan trực tiếp tới lượng máu động mạch thể người sử dụng để tính toán độ bão hòa oxy Khi ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại phát từ Diode qua đầu ngón tay tín hiệu nhận có dạng hình Trong đó, phần tín hiệu xung nhịp thay đổi theo thời gian với nhịp đập tim (biên độ tín hiệu nhịp đập xấp xỉ 1% so với mức chiều d.c) Sự suy hao ánh sáng thành đầu ngón tay chia thành ba phần độc lập với là: động mạch, tĩnh mạch mô, xương (cũng thể hình 3) Hình Tín hiệu nhận truyền ánh sáng qua đầu ngón tay Trong đó: A: Là tín hiệu xung nhịp a.c thu ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại truyền qua máu động mạch, tín hiệu thay đổi theo thời gian với nhịp đập tim V: Là thành phần tín hiệu chiều d.c ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại truyền qua tĩnh mạch T: Là thành phần tín hiệu chiều d.c ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại truyền qua mô xương đầu ngón tay - Từ định nghĩa nồng độ bão hòa oxy máu SpO2 nội dung định luật hấp thụ ánh sáng Lambert Beer, thấy dùng phương pháp đo độ hấp thụ để tính SpO2 - Căn biểu đồ phụ thuộc hệ số hấp thụ HbO2 Hb vào bước sóng sánh sáng, ta thấy chúng khác dải ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại Như vậy, nguyên tắc tính lượng HbO2 Hb máu thông qua việc đo độ hấp thụ máu vùng ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại - Nếu gắn trực tiếp đầu đo tín hiệu SpO2 lên số phận thể người ngón tay, vành tai việc tính toán tham số SpO2, thay đổi lượng máu hệ động mạch theo hoạt động chu kỳ tim làm thay đổi độ hấp thụ đo Do vậy, đưa dạng sóng tín hiệu SpO2 sở nhịp đập tim (thành phần tín hiệu xung nhịp a.c hình 3) R= log10 ( I1 / I in1 ) log10 ( I / I in ) Nếu ta lấy (4) R tỉ số thay đổi độ hấp thụ theo thời gian ánh sáng đỏ ánh s hồng ngoại, từ công thức (2) (3) ta có: log10I1 = - Iin1(α01Co + αr1Cr)l (5) log10I2 = - Iin2(α02Co + αr2Cr)l từ phương trình (5) (6) ta có: (6) log10 (I1/ Iin1 )= - (α01Co + αr1Cr)l (7) log10 (I2/ Iin2 )= - (α02Co + αr2Cr)l (8) lấy phương trình (7) chia cho phương trình (8) ta được: α 01 c + α r1c r α 02 c + α r c r log10 ( I / I in1 ) log10 ( I / I in2 ) = ⇔ α 01 c0 + α r1c r α 02 c0 + α r c r R= ⇒ (α02Co + αr2Cr)R = α01Co + αr1Cr ⇒ (α02R - α01)Co = (αr1 - αr2)Cr ⇒ Từ công thức (1): α r1 − α r R α 02 R − α 01 Co Cr = SpO2 (%) = 100 (9) HbO2 HbO2 + Hb C0 C0 + Cr tương đương với: SpO2 (%) = 100 (10) Chia tử số mẫu số vế phải phương trình (3.10) chia cho Cr ta có: C0 Cr C0 +1 Cr SpO2 (%) = 100 (11) thay phương trình (9) vào (11) biến đổi ta thu được: (α r Rα r − α r − α 02 ) R − (α r1 − α 01 ) SpO2 (%) = 100 (12) Từ hình vẽ mô tả tín hiệu thu truyền ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại qua đầu ngón tay kết hợp với định luật Lambert Beer, người ta đưa công thức tính tỉ số R, công thức (13) R= log10 (( I dc + ac ) / I dc )) λ1 log10 (( I dc+ ac ) / I dc )) λ (13) Trong đó: Idc cường độ ánh sáng qua thành phần như: Tĩnh mạch, mô xương Idc+ac cường độ ánh sáng qua thành phần như: Tĩnh mạch, mô xương động mạch (a) (b) Hình Thành phần tín hiệu xung nhịp a.c thu ánh sáng truyền qua máu động mạch đầu ngón tay Hình 4(a) hình 4(b) miêu tả tín hiệu xung nhịp đồng với nhịp tim thu nhận ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại chiếu qua đầu ngón tay (hay tín hiệu xung nhịp hiển thị hình đo độ bão hòa oxy thiết bị đo Pulse oximeter) Chú ý thành phần d.c (đường ranh rới) loại bỏ khỏi tín hiệu Rõ ràng từ hai tín hiệu ta thấy có thay đổi rộng hình dạng tín hiệu, hình 4(b) ta thấy có đỉnh phụ ứng với nhịp tim Hiện tượng phổ biến: đỉnh phụ dichrotic notch (dicrotic notch đánh dấu kết thúc chu kỳ tâm thu bắt đầu chu kỳ tâm trương ) Đường cong hiệu chỉnh thiết bị đo độ bão hòa oxy dạng xung: Những thiết bị đo nồng độ oxy máu chế tạo năm đầu thập kỷ 80, sử dụng phương trình (12) để tính toán giá trị SpO2 máu Tuy nhiên, theo luật Beer−Lambert phương trình bản, không đưa vào tính toán trình tán xạ ánh sáng tế bào hồng cầu Ảnh hưởng tán xạ bù đắp phần tán xạ bước sóng độc lập Do phương trình (12) phương trình đơn giản Hình hai mối quan hệ, trình sử dụng luật Lambert Beer, hai dựa vào số liệu thực nghiệm, tỉ số R độ bão hòa oxy máu bệnh nhân Do vậy, phép đo dựa vào luật Lamber Beer có xu hướng đưa đánh giá sai giá trị thực độ bão hòa oxy máu (đặc biệt giá trị SpO2 85%) Bằng thực nghiệm, người ta xây dựng đường cong hiệu chỉnh thể mối quan hệ tỉ số R độ bão hòa oxy máu bệnh nhân thông qua việc sử dụng bảng tra cứu lấy từ trình nghiên cứu hiệu chỉnh số liệu đo độ bão hòa oxy máu theo phương pháp không xâm chiếm với số lượng lớn tình nguyện viên khỏe mạnh Đường cong hiệu chỉnh dùng làm bảng tra thiết bị đo độ bão hòa oxy SpO2 Khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại Lọc thông thấp 0.5Hz Độ bão hòa oxy (%) Khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại Lọc thông thấp 0.5Hz Đường cong ứng với định luật Lambert Beer Đường cong ứng với hiệu chỉnh thực nghiệm Ánh sáng đỏ Điều khiểnĐiều khiển LED IR LED RED Giữ lấy mẫu Lọc thông dải 0.5 - 5Hz Bộ nhớ Khuếch đại Tỉ số ( R ) CỦA BỊhệĐO HÒA KHÔNG CAN THIỆP Hình 3.5.III Đường SƠ congĐỒ hiệuKHỐI chỉnh thể hiệnTHIẾT mối quan giữaĐỘ tỉ sốBÃO R độ bão OXY hòa oxy máu bệnh nhân PULSE OXYMETER Cảm biến ánh sáng Chuyển đổi dòng-áp Giữ lấy mẫu Bộ chuyển đổi A/D Lọc thông dải 0.5 - 5Hz Bộ vi xử lý Khuếch đại Hiển thị Ánh sáng hồng ngoại Mạch định thời gian Hình Sơ đồ khối thiết bị đo độ bão hòa oxy không can thiệp 10 Để hiểu rõ hoạt động Photodiode( PD) chế độ phân cực ngược xem hình minh họa đặc tuyến I-V Si-PD điển hình Loại Photodiode sử dụng loại OPT101: OPT101 hãng Texas Instruments linh kiện gồm PD tích hợp sẵn với khuếch đại ( transimpedance) Điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với cường độ ánh sáng chiếu vào PD Linh kiện hoạt động chế độ cấp nguồn đơn nguồn kép sử dụng nguồn Pin Bảng cho biết thông số hoạt động OPT101 Bảng 1: Thông số hoạt động OPT101 Thông số SỰ ĐÁP ỨNG Điều kiện Min Typ Max Đơn vị Dòng PD 650nm 0,45 A/W Điện áp DẢI NHIỆT ĐỘ 650nm 0,45 V/uW Nhiệt độ làm việc 70 C Nhiệt độ bảo quản -25 85 C +2,7 +36 V 240 uA ĐIỆN ÁP CẤP Điện áp làm việc Dòng thụ động Tối, VPIN3=0V Sơ đồ nguyên lý OPT101: 120 14 Hình 10 : Sơ đồ nguyên lý OPT101[10] OPT101 thiết kế với mục đích cảm biến ánh sáng môi trường ( ánh sáng nhiều bước sóng) ứng dụng đo Sp02 có số vấn đề cần lưu ý: - Phổ đáp ứng OPT101 Phổ đáp ứng cho biết thay đổi khả đáp ứng theo bước sóng ánh sáng 15 Hình 11 : Phổ đáp ứng OPT101 Trong đồ thị trên, trục ngang bước sóng trục đứng hệ số đáp ứng Ta thấy hệ số đáp ứng( r) OPT101 không giống bước sóng khác Cụ thể bước sóng ánh sáng mà ta sử dụng đầu đo 640nm 940nm hệ số đáp ứng 0,72 0,87 Sự khác biệt có ý nghĩa quan trọng tương quan điện áp thu không phụ thuộc vào thành phần Hb Hb02 ta cần tính mà phụ thuộc vào hệ số đáp ứng bước sóng Lúc công thức tính R phải hiệu chỉnh lại theo hệ số vì: Tại bước sóng λ1(đỏ) : I1 =0,72 Iin1 Tại bước sóng λ2(hồng ngoại): I2 = 0,87Iin2 10 − (α 01Co +α r1Cr ) l 10 − (α 02Co +α r 2Cr ) l (4.2) (4.3) Lưu ý mạch sử dụng khối tự động điều chỉnh độ sáng Leds hiệu chỉnh không cần thiết 16 - Quan hệ điện áp đầu công suất chiếu sáng OPT101 Hình 12 : Quan hệ điện áp công suất chiếu sáng Từ đồ thị ta thấy OPT101 có biến đối tuyến tính công suất chiếu sáng điện áp - Quan hệ đáp ứng điện áp tần số chiếu sáng Tần số chiếu sáng số lần nháy nguồn sáng giây Về nguyên tắc đến tần số lớn linh kiện PD không đáp ứng hoàn toàn với ánh sáng chiếu vào 17 Hình 13: Quan hệ đáp ứng điện áp tần số chiếu sáng Từ đồ thị ta thấy khoảng lấy mẫu xét ( 100Hz) đáp ứng linh kiện ổn định ( phải lên đến 10kHz đáp ứng bị giảm sút ) - Quan hệ góc chiếu sáng đáp ứng Cũng cường độ sáng rõ ràng góc chiếu có ảnh hưởng đến đáp ứng điện áp 18 Hình 14: Quan hệ góc chiếu đáp ứng điện áp Trong đề tài xét góc chiếu bố trí thành phần ( thành phần ánh sáng truyền qua) - Quan hệ dòng điện tối nhiệt độ Dòng điện tối dòng điện có PD không chiếu sáng Dòng điện tối nói chung gây sai lệch tín hiệu lợi Dòng điện tối nhỏ mạch hoạt động xác 19 Hình 15 : Quan hệ điện áp dòng tối nhiệt độ Như trình bày bảng điện áp đầu hoạt động vào cỡ 0.5-1V Như thành phần điện áp tối cỡ 7mV ý nghĩa nhiều - Quan hệ dòng hồi tiếp nhiệt độ Dòng hồi tiếp có độ lớn hiệu dòng điện phân cực ( I bias ) dòng điện tối ( Idark) Dòng hồi tiếp cộng vào dòng ID gây sai lệch tín hiệu 20 Hình 16 : Quan hệ dòng hồi tiếp nhiệt độ Ta thấy với nhiệt độ phòng bình thường ( 25) dòng hổi tiếp cỡ 160pA, chiếm tỷ lệ không đáng kể so với thành phần ID ( cỡ uA) *Tín hiệu thu Photodiode: Hình 17: Sự hấp thụ ánh sáng qua ngón tay 21 Tín hiệu thu Photodiode thể cường độ sáng mà photodiode nhận Trong tín hiệu gồm thành phần: -Thành phần chiều đặc trương cho ánh sáng truyền qua xương, da, cơ, tĩnh mạch -Thành phần xoay chiều đặc trưng cho ánh sáng truyền qua động mạch bị hấp thu Hemoglobin Thành phần chiều thành phần chiếm chủ yếu ( 99% hơn) không mang thông tin, thành phần xoay chiều thành phần nhỏ ( xấp xỉ 1%) mang thông tin nồng độ Hb Hb02 Bảng sau cho biết kết đo đầu sau khuếch đại với hệ số 1M Orhm điện áp cấp vào Led 1.5V Bảng 3: Gía trị điện áp đầu Photodetector( k=1M) Loại LED LED đỏ LED hồng ngoại Tín hiệu chiều 0.5V 1.3V Xung xoay chiều 8mV 53mV Nhiễu 5-8mV 8-10mV Từ bảng suy bảng thành phần tín hiệu sau đầu PD với V led = 1.5V : Bảng 4: Thành phần tín hiệu Loại LED LED đỏ LED hồng ngoại Tìn hiệu chiều 0.5uA 1.3uA Xung xoay chiều 8pA 53pA Khối định thời gian: 22 Nhiễu 5-8pA 8-10pA Khối định thời gian tạo dạng xung điều khiển có độ rộng xung 50µs để đưa đến khối điều khiển diode phát ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại tần số xác định, chẳng hạn tần số 1KHz (tương ứng với chu kỳ xung 1ms), khoảng cách xung ánh sáng đỏ xung ánh sáng hồng ngoại 500µs Sơ đồ mạch định thời gian T1 +Vcc Ra T2 Reset discharg O/P Rb T1 = 0.7(Ra+ Rb)C T2 = 0.7RbC Trigger threshold 10n C Hình Sơ đồ mạch định thời gian dùng IC 555 tạo tần số phát sáng cho diode Đồ thị thời gian xung tạo từ mạch định thời gian 1ms 50s Ánh sáng đỏ 500s Ánh sáng hồng ngoại Hình Đồthị thời gian xung tạo từ mạch định thời gian Khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại: 23 Từ sơ đồ khối thiết bị đo độ bão hòa oxy không can thiệp (hình 6) ta thấy khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại ACG điều chỉnh cường độ ánh sáng từ mạch điều khiển LED tương ứng để cho mức chiều d.c luôn giữ giá trị 2V có ảnh hưởng yếu tố như: bề dày ngón tay, da,… Có hai lý quan trọng để sử dụng mạch tự động điều chỉnh ACG: Thứ nhất, biên độ tín hiệu xung nhịp a.c (là tín hiệu có biên độ thay đổi từ 0.1% đến 2% tín hiệu SpO2 hiển thị ) nằm dải giá trị xác định trước điều khiến cho việc thiết kế lọc khuếch đại dễ ràng Thứ hai là, thành phần chiều d.c tín hiệu ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại thiết lập giá trị 2V Do vậy, loại bỏ khỏi công thức (13) vi xử lý để tính toán độ bão hòa oxy: R= ⇒ R’ = log10 (( I dc+ ac ) / I dc )) λ1 log10 (( I dc+ ac ) / I dc )) λ log10 ( I ac ) λ1 log10 ( I ac ) λ (14) Trong thực tế, chí không cần thiết chuyển đổi biên độ tín hiệu xung nhịp a.c ứng với hai bước sóng sang phương trình logarithm: Thay đó, bảng liệu có sẵn (look-up table) nạp vào nhớ bảng liệu chứa giá trị độ bão hòa oxy SpO2 tương ứng với giá trị tỉ số R Lọc thông thấp: Khối lọc thông thấp (L.p.F - Low pass Fillter) có nhiệm vụ lọc tín hiệu có tần số từ 0.5Hz trở lên lấy từ khối giữ lấy mẫu Như vậy, tín hiệu khối tín hiệu chiều để đưa vào khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại Khối chuyển đổi dòng thành áp: 24 Như đề cập trên, tín hiệu thu nhận ánh sáng (detector) dòng điện, dòng điện đưa tới chuyển đổi dòng - áp Điện áp đưa tới mạch giữ lấy mẫu 25 Khi ánh sáng chiếu qua cảm biến ánh sáng (photodiode), photodiode tạo dòng điện có giá trị nhỏ chảy qua điện trở hồi tiếp R mạch khuếch đại đầu mạch điện áp có giá trị Vo = - I R Khối giữ lấy mẫu: Khi tín hiệu ánh sáng dạng xung, cần sử dụng mạch giữ lấy mẫu để thiết lập lại dạng sóng ứng với bước sóng Đồng thời cần phải có tín hiệu vào xung điều khiển, tín hiệu lấy từ mạch định thời gian Đầu mạch giữ lấy mẫu đưa tới lọc thông dải có tần số cắt 0.5Hz 5Hz Trong sơ đồ mạch hình 3.11, phần tử chuyển mạch transistor trường FET, phần tử cho tín hiệu qua thời gian lấy mẫu hở mạch với tín hiệu thời gian giữ Bất kể tín hiệu xuất thời điểm mà FET không làm việc giữ lại tụ điện C +12V S Vin Vo D C G -12V Lấy mẫu Giữ Hình 3.11 Mạch giữ lấy mẫu Lọc thông dải: Khối lọc thông dải (B.P.F - Band Pass Fillter) cho tín hiệu có tần số nằm khoảng từ 0.5Hz đến 5Hz qua Như vậy, khối loại bỏ thành phần chiều tín hiệu nhiễu có tần số cao Tín hiệu lọc thông dải đưa tới khối khếch đại trước đưa vào khối chuyển đổi A/D Tín hiệu chuyển đổi A/D phân tích tính toán vi xử lý 26 IV GIỚI THIỆU CÁC DÒNG MÁY ĐO PULSE OXYMETTER: 27 V TÀI LIỆU THAM KHẢO: Chemical Biosensors - Robert A Peura Optical Sensors - Yitzhak Mendelson Worcester Polytechnic Institute Bài giảng sở môn Kỹ Thuật Y Sinh – TS Huỳnh Quang Linh - khoa Khoa Học Ứng Dụng - đại học Bách Khoa tpHCM PO2-100D Pulse Oximeter and Plethysmography Sensor Optical Oxygen Sensors UTILISING THE LUMINESCENCE OF PLATINUM METALS COMPLEXES By Professor Andrew Mills Department of Chemistry, University of Wales Swansea http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_oximeter http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_oximetry 28 [...]...Chức năng hoạt động của từng khối 1 Khối đầu đo: Khối đầu đo bao gồm Diode phát ánh sáng đỏ RED có bước sóng là 640nm, diode phát ánh sáng hồng ngoại IR có bước sóng là 960nm và bộ cảm biến (thu nhận) ánh sáng - light detector được thể hiện trong hình vẽ 7 Diode phátDiode ánh phát sángánh đỏsáng hồng ngoại Ngón tay Bộ cảm biến ánh sáng Hình 7 Sơ đồ khối của đầu1 1đo độ bão hòa oxy trong máu Để thiết... Cấu tạo diode phát quang *Nguyên lý làm việc:Khi LED phân cực thuận, các hạt dẫn đa số khuếch tán ồ ạt qua lớp tiếp xúc P-N, chúng gặp nhau sẽ dẫn đến tái hợp và giải phóng năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng Tốc độ tái hợp tỷ lệ với nồng độ điện tử trong phần bán dẫn P và nồng độ lỗ trống trong phần bán dẫn N và nồng độ điện tử trong phần bán dẫn P Các hạt dẫn này là rất thấp trong các 12 chất... tính toán độ bão hòa oxy: R= ⇒ R’ = log10 (( I dc+ ac ) / I dc )) λ1 log10 (( I dc+ ac ) / I dc )) λ 2 log10 ( I ac ) λ1 log10 ( I ac ) λ 2 (14) Trong thực tế, thậm chí không cần thiết chuyển đổi biên độ tín hiệu xung nhịp a.c ứng với hai bước sóng sang phương trình logarithm: Thay vì đó, một bảng dữ liệu có sẵn (look-up table) được nạp vào bộ nhớ và bảng dữ liệu này chứa các giá trị độ bão hòa oxy SpO2... Đồ thị thời gian của các xung được tạo ra từ mạch định thời gian 1ms 50s Ánh sáng đỏ 500s Ánh sáng hồng ngoại Hình 9 Đồthị thời gian của các xung tạo ra từ mạch định thời gian 3 Khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại: 23 Từ sơ đồ khối của thiết bị đo độ bão hòa oxy không can thiệp (hình 6) ta có thể thấy rằng khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại ACG sẽ điều chỉnh cường độ ánh sáng từ các mạch... vào Cường độ dòng điện qua Diode tỉ lệ thuận với cường độ của các hạt dẫn và do đó cũng tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng phát ra *Các thông số của LED: -Dòng qua LED: Đây là dòng khi LED hoạt động chạy từ Anode sang Cathode Trong trường hợp đầu đo đang xét thì dòng này vào cỡ 2-10mA -Điện áp sử dụng: Đây là điện áp rơi trên 2 đầu LED, để LED hoạt động ổn định thì điện áp này có thể nằm trong khoảng... hiệu một chiều 0.5uA 1.3uA Xung xoay chiều 8pA 53pA 2 Khối định thời gian: 22 Nhiễu 5-8pA 8-10pA Khối định thời gian tạo dạng xung điều khiển có độ rộng xung là 50µs để đưa đến khối điều khiển các diode phát ra ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại ở tần số xác định, chẳng hạn ở tần số 1KHz (tương ứng với chu kỳ của các xung là 1ms), khoảng cách giữa xung của ánh sáng đỏ và xung của ánh sáng hồng ngoại... Photodetecter): Photodiode biến đổi ánh sáng thu được thành tín hiệu điện, cụ thể ở đây là dòng điện Hình 9 : Đặc tuyến V-I của một Photodiode Si[1] Photodiode hoạt động ở chế độ phân cực ngược, theo đó dòng điện thu được sẽ tỷ lệ tuyến tính với cường độ ánh sáng theo công thức: I = SE Trong đó: S là tỷ lệ nhạy sáng của photodiode E là cường độ ánh sáng chiếu vào photodiode 13 Để hiểu rõ hơn hoạt động của Photodiode(... bên trong để tạo ra những đầu ra có độ nhạy cao Tương tự như vậy, các diode phát sáng phát ra ánh sáng hồng ngoại có dòng lớn được thiết kế để tạo ra xung sao cho đỉnh của xung có thể thay đổi được từ chúng, có thể tăng biên độ xung mà không cần tăng công suất trung bình Điều này làm cho bộ detector có thể phát hiện được ánh sáng truyền qua đầu ngón tay một cách đơn giản * Cấu tạo của diode phát quang: ... sử dụng nguồn Pin Bảng dưới đây cho biết các thông số hoạt động chính của OPT101 Bảng 1: Thông số hoạt động của OPT101 Thông số SỰ ĐÁP ỨNG Điều kiện Min Typ Max Đơn vị Dòng ở PD 650nm 0,45 A/W Điện áp ra DẢI NHIỆT ĐỘ 650nm 0,45 V/uW Nhiệt độ làm việc 0 70 C Nhiệt độ bảo quản -25 85 C +2,7 +36 V 240 uA ĐIỆN ÁP CẤP Điện áp làm việc Dòng thụ động Tối, VPIN3=0V Sơ đồ nguyên lý của OPT101: 120 14 Hình 10... trị là 2V mặc dù có sự ảnh hưởng của các yếu tố như: bề dày ngón tay, da,… Có hai lý do quan trọng để sử dụng mạch tự động điều chỉnh ACG: Thứ nhất, biên độ của tín hiệu xung nhịp a.c (là tín hiệu có biên độ có thể thay đổi từ 0.1% đến 2% của cả tín hiệu SpO2 được hiển thị ) luôn nằm trong dải giá trị được xác định trước và điều này khiến cho việc thiết kế các bộ lọc và bộ khuếch đại dễ ràng hơn Thứ