Đang tải... (xem toàn văn)
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.
B mụn : VLKTYS Trng HBK Tp.HCM BI TH NGHIM S 8: BI O NHP MCH V NNG BO HềA ễXY TRONG MU Nguyờn lý hot ng : nh ngha: s bóo hũa oxy ng mch (SaO2) l t l ca oxyhemoglobin (HbO2) trờn tng s hemoglobin (Hb v HbO2) ng mch Khi s dng phng phỏp o (pulse oximetry) nhp mch qua s hp th ỏnh sỏng ca ụxy mch mỏu thỡ t l ny c xỏc nh theo cụng thc: ! HbO2 $ SpO2 = # & (1) " HbO2 + Hb % Mỏy o nng phn trm ụxy bóo hũa ng mch (SpO2) v nhp mch s dng cỏc nguyờn tc o quang ph (spectrophotometry) v o s thay i th tớch bng quang hc (photoplethysmography vit tt PPG) Cỏc bỏc s gõy mờ da vo mỏy o nng ụxy ny bit trc s ri lon chc nng lc mỏu, s t ni khớ qun vv Mỏy s dng hai ngun LED cú bc súng ỏnh sỏng (=660nm) ỏnh sỏng hng ngoi gn (=940nm) chiu qua mụ v thu nhn cng ỏnh sỏng truyn qua dũ tỡm tớn hiu thay i cỏc xung ng ca huyt ỏp ng mch gõy Mỏu cú bóo hũa ụxy cao s cú mu ti, cũn mỏu cú bóo hũa ụxy kộm s cú mu m Mỏy s tớnh toỏn bóo hũa ụxy t s khỏc ca mu mỏu bng cỏch o t l hp thu ỏnh sỏng v ỏnh sỏng hng ngoi (xem hỡnh minh bờn di) Cỏc yu t khỏc nh (mỏu tnh mch, dy ca da, xng, múng tay, da) luụn gi c nh nờn khụng tỏc ng n ch s bóo hũa ụxy mỏu Hỡnh 1: Ph hp th ỏnh sỏng ca Hb v HbO2 Bi thớ nghim o nng bóo hũa ụxy mỏu 1/4 B mụn : VLKTYS Trng HBK Tp.HCM Thc t mỏy o vi sensor kp tay gm led , led hng ngoi v mt cm bin quang hc vi biu thc tớnh toỏn nh sau: ! ODred $ SpO2 = A + B # & (2) " ODinf % red: ỏnh sỏng inf: ỏnh sỏng hng ngoi A,B l cỏc thụng s xỏc nh bng thc nghim hp th cng ca tia sỏng i qua mụ theo nh lut Lambert-Beer: IR = e c.d IT Trong ú: IR l cng tia sỏng sau i qua mụ v IT l cng tia ti trc n mụ, l h s hp th, c nng phõn t hp th (Hb v HbO2) v d l dy ca t !I $ bo .c.d cng chớnh l mt quang hc ca mụ : OD = ln # R & = -.c.d " IT % S dng hai bc súng loi tr nhiu v cỏc iu kin gii phu v sinh lý ca AC AC tng i tng o ú v ODred = ln( red ) ODinf = ln( inf ) DCred DCinf cũn ACred ; DCred ; ACinf ; DCinf l thnh phn tớn hiu xoay chiu v mt chiu thu c ca sensor nh hỡnh sau õy: Hỡnh 2: Hot ng ca sensor o bóo hũa ooxxy mỏu Chun b : c trc phn lý thuyt sỏch Bioinstrumentation : cua John Webster phn 3.2 trc vo phũng thớ nghim V phn o nng ụxy mỏu ca J.G Webster sỏch Medical instrumentation: Application and Design phn 8.8 Thit b : Mỏy o SpO2 v nhp mch hiu BCI model 3301 hoc model 3303 Bi thớ nghim o nng bóo hũa ụxy mỏu 2/4 B mụn : VLKTYS Trng HBK Tp.HCM Sensor o SpO2 dựng nhiu ln (loi kp ngún tay) Mỏy thu nhn tớn hiu sinh tn MP-30 hóng BIOPAC (mu trng) Cỏc gic cm (connector) tỏch bc súng (ký hiu RED) v gic cm tỏch bc súng hng ngoi (ký hiu IR) Bỳt mc mu xanh Cỏc bc thc hin : 4.1 Gn u dũ vo mỏy o SpO2 4.2 Nhn cụng tc mỏy sang v trớ ON 4.3 ỳt ngún tay tr ca bn tay trỏi vo u dũ cho n ti ch chn ngún tay ng múng tay di lm nh hng n vic gn ngún tay ỳng vo v trớ c bit khụng nờn dựng u dũ ny cho ngún tay cỏi Cỏch gn ỳng c ch dn nh hỡnh sau: Khe phaựt aựnh saựng Khe doứ aựnh saựng Vaùch trung taõm Hỡnh : Cỏch gn ỳng ngún tay vo mỏy 4.4 Ghi li kt qu nhp mch v nng SpO2 4.5 Gi cao ngún tay quỏ u, thc hin cỏc bc t 4.3 n 4.4 4.6 Thc hin cỏc bc t 4.2 n 4.5 thờm ln na 4.7 Dựng tay phi cm qu t Thc hin cỏc ng tỏc th dc nõng lờn v h t xung nhiu ln Quan sỏt v ghi li nng oxy v nhp mch trc, v sau th dc Gii thớch kt qu 4.8 Th cng mnh cng tt Sau ú ngng th vo cng lõu cng tt Quan sỏt v ghi li nng oxy Gii thớch kt qu 4.9 Nhỳng bn tay cũn li vo nc ỏ lnh, quan sỏt v ghi li nng oxy v nhp mch Gii thớch kt qu 4.10 Tt mỏy o SpO2 Rỳt u dũ Thu gn v mỏy lờn k Cm ln lt cm bin SpO2 cú sn gic cm (cú ch RED) vo ngừ vo s v gic cm (cú ch IR) gn vo ngừ vo s ca mỏy MP-30 Ni MP-30 vi mỏy tớnh qua cng USB Bt mỏy MP-30 v chy file SpO2_5000.gtl ó cú sn trờn Desktop ỳt ngún tay tr ca bn tay trỏi vo u dũ RED v ngún gia vo u dũ IR 4.11 Bm phớm Start thu tớn hiu trờn kờnh Tớn hiu trờn cỏc kờnh ( RED pulse) v (IR pulse) l cỏc tớn hiu nhp mch o bng phng phỏp PPG Cũn kờnh cui ( nng SpO2) l giỏ tr nng bóo hũa oxy mỏu Hóy thc hin nhiu ln n t c tớn hiu rừ v ớt nhiu thỡ lu li file cú tờn xxx_dd_mm.acq ú xxx: tờn sinh viờn ang c o, dd: ngy v mm: thỏng Tt v thoỏt chng trỡnh BSL Lab PRO 4.12 Dựng bỳt mc tụ cm bin quang sensor thu ỏnh sỏng Thc hin li mc 4.11 Lu file kt qu vi tờn xxx_dd_mm_filter.acq 4.13 Tớnh toỏn: load file xxx_dd_mm.acq Hóy tớnh toỏn nhp mch trờn tớn hiu kờnh RED pulse v kờnh IR pulse Gii thớch s khỏc ca tớn hiu Ghi li s thay i giỏ tr nng bóo hũa oxy kờnh SpO2 Bi thớ nghim o nng bóo hũa ụxy mỏu 3/4 B mụn : VLKTYS Trng HBK Tp.HCM 4.14 Thc hin tng t i vi d liu file xxx_dd_mm_filter.acq Kt qu : 5.1 Hóy so sỏnh cỏc kt qu cỏc trng hp o bng mỏy o SpO2 Gii thớch s khỏc v ging ca cỏc s liu 5.2 Trỡnh by tng nguyờn lý o ca nng SpO2 v o nhp mch Qua ú cho bit nhng nguyờn nhõn no cú th nh hng n kt qu o 5.3 Tỡm trờn mng cỏc thụng s k thut (specifications) ca thit b s dng bi thớ nghim ny 5.4 Hóy v cỏch ni dõy trong: sensor SpO2, sensor cú gic cm RED v sensor cú gic cm IR Trỡnh by cỏch hot ng ca sensor SpO2 ca mỏy BCI 3301 hoc BCI 3303 5.5 Lý gii s khỏc gia loi mỏy: mỏy chuyờn dng o SpO2 v mỏy MP-30 Hóy a cỏc nguyờn nhõn gõy sai s Tỡm giỏ tr A v B phng phỏp o bng MP30 Kim tra li cỏc thụng s ny qua cỏc thụng s ci t Pro Lab ca BIOPAC Bi thớ nghim o nng bóo hũa ụxy mỏu 4/4