NONINVASIVE OPTICAL MONITORING

Thöïc hieân: Huyønh Vaên Hieäp Kha Tuaán Hoa

GIÔÙI THIEÄU

Kieåm tra tình traïng sinh lyù ngöôøi baèng quang hoïc(optical measures of physiologic) laø phöông phaùp cho pheùp thöïc hieän ñôn giaûn maø khoâng caàn can thieäp tröïc tieáp vaøo cô theå con ngöôøi nhöng vaãn ñaûm baûo ñöôïc caùc yeâu caàu veà y hoïc. NOM khoâng söû duïng böùc xaï cöïc tím hay hoàng ngoaïi maø söû duïng aùnh saùng khaû kieán vaø hoàng ngoaïi gaàn ñeå phaân tích tröïc tieáp tình traïng sinh lyù cuûa cô theå maø khoâng caàn phaûi xeùt nghieäm maùu hay nöôùc tieåu.

GIÔÙI THIEÄU

Haàu heát caùc phöông phaùp thaønh coâng cho ñeán hoâm nay ñeàu taäp trung vaøo vieäc söû duïng Hemoglobins ñeå ñaùnh giaù haøm löôïng oxy coù trong maùu vaø söû duïng cytochromes ñeå ñaùnh giaù tình traïng hoâ haáp cuûa teá baøo. Tia hoàng ngoaïi coù theå giuùp xaùc ñònh caùc chaát trao ñoåi beân trong , bao goàm caû glucoCaùc phaân töû cuûa nhöõng chaát nhö : Hemoglobins, Myoglobins, Cytochromes, Melanins, Carotenes, And Bilirubin coù söï haáp thuï maïnh ñoái vôùi aùnh saùng khaû kieán vaø hoàng ngoaïi gaàn, coøn caùc phaân töû cuûa nhöõng chaát nhö : nöôùc, môõ, protein, ñöôøng thì coù söï phaân bieät keùm hôn veà phoå cuûa aùnh saùng khaû kieán vaø hoàng ngoaïi.

GIÔÙI THIEÄU

Söï thieáu oxy ôû caùc moâ teá baøo seõ laøm cho hoaït ñoäng cuûa cô giaûm, vaø thaàn kinh bò suy nhöôïc, neáu keùo daøi seõ laøm cho teá baøo bò cheát. Vì vaäy , vieäc xaùc ñònh chính xaùc löôïng oxy trong maùu vaø cac moâ teá baøo laø raát quan troïng. Ñònh löôïng oxy-huyeát laø xaùc ñònh haøm löôïng oxy trong maùu vaø caùc moâ teá baøo baèng phöông phaùp quang hoïc. Trong phoøng khaùm beänh , löôïng oxy trong maùu coù theå xaùc ñònh baèng cooximeter or blood gas analyzer.

GIÔÙI THIEÄU

Naêm 1970 ngöôøi ta ñaõ tìm ra caùch ñeå ñònh löông oxy-huyeát ñoäng maïch (pulse oximetry). Ñeán naêm 1980 , noù ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå ñònh löông oxy-huyeát ôû moâ teá baøo maø khoâng caàn phaûi xeùt nghieäm caùc maãu thöû vaø keát quaû raát chính xaùc. Ngaøy nay, ñònh löôïng oxy-huyeát ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc phoøng khaùm beänh. Noù ñaõ trôû thaønh tieâu chuaån chaêm soùc ngöôøi beänh trong haàu heát caùc phoøng moå ô myõ, vaø ôû baát kyø nôi ñaâu ngöôøi beänh caàn.

SÖÏ ÑÒNH LÖÔÏNG OXY-HUYEÁT(Oximetry)

TOÅNG QUAN

Aùp suaát rieâng(partial pressure) cuûa oxy trong caùc moâ chæ caàn khoaûng 3 mmHg laø ñuû cung caáp cho yeâu caàu cô baûn veà trao ñoåi chaát. Tuy nhieân, ôû möùc naøy ñoøi hoûi aùp suaát ôû mao quaûn khoaûng 40 mmHg vaø ôû ñoäng maïch khoaûng 95mmHg. Oxy baõo hoaø ñöôïc ñònh nghóa laø tæ soá phaàn traèm giöõa löôïng oxy keát hôïp vôùi Hemoglobin so vôùi toång löôïng hemoglobin trong maùu. Moái quan heä giöõa aùp suaát rieâng phaàn cuûa oxy trong maùu vaø oxy baõo hoaø cuûa maùu ñöôc theå hieän baèng ñöôøng cong treân ñoà thò ( hình 2

TOÅNG QUAN

Phaân aùp cuûa oxy thaáp seõ daãn ñeán noàng ñoä oxy baõo hoaø thaáp, ñieàu ñoù seõ gaây khoù khaên thaäm chí nguy hieåm cho teá baøo. Vôùi moät ñoäng maïch bình thöôøng, phaân aùp oxy khoaûng 90 mmHg thì löôïng oxy baõo toái thieåu laø 95%. Neáu phaân aùp oxy nhoû hôn 40 mmHg söï trao ñoåi chaát seõ khoâng xaûy ra vaø töông öùng löôïng oxy baõo hoaø tuït xuoáng coøn 80%. Pulse Oximetry seõ kieåm tra chính xaùc löôïng oxy baõo hoøa vaø caûnh baùo nhöõng nguy hieåm saép xaûy ra cho beänh nhaân

TOÅNG QUAN

Oximetry laø ñònh löôïng oxy trong maùu vaø trong moâ teá baøo.Pulse oximetry laø xöï xaùc ñònh noàng ñoä baõo hoøa cuûa oxy trong maùu cuûa ñoäng maïch baèng caùch ño tæ soá haáp thuï thay ñoåi cuûa caùc moâ.

TOÅNG QUAN

Söï haáp thuï cuûa aùnh saùng cuûa moät maãu thöû ñöôïc ñònh nghóa laø tröø logarithm cuûa tæ soá giöõa cöôøng ñoä aùnh saùng coù maët trong maãu thöû ( I ) vaø cöôøng ñoä cuûa aùnh saùng xuyeân qua maãu( I0 ):

• A = - log (I/I0 ).

Theo ñònh luaät Beer-Lambert, söï haáp thuï cuûa moät maãu ôû moät böôùc soùng ñaõ cho vôùi heä soá haáp thuï () thì tæ leä tröïc tieáp vôùi ñoä taäp trung (c) vaø chieàu daøi (pathlength) cuûa chaát haáp thuï:

• A =cl Trong thöïc teá , caùc moâ sinh hoïc thì taùn xaï cao vaø ñònh luaät Beer-Lampert chæ gaàn ñuùng

PULSE OXIMETRY

Nguyeân lyù cuûa Pulse Oximetry döïa vaøo ñaëc tính haáp thuï aùnh saùng hoàng ngoaïi vaø aùnh saùng ñoû cuûa hemoglobin bò oxy hoùa (Oxygenated Hemoglobin) vaø hemoglobin khoâng bò oxy hoùa (Deoxygenated Hemoglobin)Oxygenated Hemoglobin haáp thuï maïnh aùnh saùng hoàng ngoai ï(böôùc soùng 850-1000 nm) vaø cho aùnh saùng ñoû (böôùc soùng 600 - 750 nm) ñi qua coøn Deoxygenated Hemoglobin thì ngöôïc laïi.

PULSE OXIMETRY

Hai caùch truyeàn aùnh saùng qua maãu ño: phöông phaùp truyeàn qua vaø phöông phaùp heä soá phaùt xaï. Trong ñoù, phöông phaùp truyeàn qua ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát.Phöông phaùp truyeàn qua: emitter vaø photodetector ñöùng ñoái dieän nhau, maãu thöû ñöôïc ñaët giöõa.Phöông phaùp heä soá phaùt xaï: emitter vaø photodetector ñaët noái tieáp nhau , ôû treân maãu thöû.

PULSE OXIMETRY

Sau khi truyeàn tín hieäu aùnh saùng ñoû vaø hoàng ngoaïi qua maãu thöû ñeán photodetector, thì tæ soá R/IR ñöôïc xaùc ñònh.Tæ soá naøy ñöôïc tra trong soå tay kyõ thuaät.Töø tæ soá naøy ta seõ bieát ñöôïc aùp suaát oxy baõo hoøa trong maùu.

CAÙC ÖÙNG DUÏNG VAØ TRIEÅN VOÏNG TRONG TÖÔNG LAI

Ngaøy nay phöông phaùp Pulse oximetry ñöôï söû duïng roäng raõi trong haàu heát caùc phoøng phaãu thuaät ôû Hoa Kyø vaø ngaøy caøng taêng ôû khaép moïi nôi treân theá giôùi.Söï thuaän lôïi quan troïng cuûa phöông phaùp pulse oximetry laø noù cung caáp söï lieân tuïc, chính xaùc, vaø söï chaån ñaùn ñaùng tin caäy traïng thaùi baõo hoøa cuûa oxi trong ñoäng maïch treân haàu heát taát caû caùc beänh nhaân

Haïn cheá cuûa phöông phaùp pulse oximetry bao goàm ñoä nhaïy ôû möùc ñoä cao cuûa aùnh saùng hoaëc söï nhieãu do ñieän Nhöõng nhaân toá quan troïng khaùc, ví duï nhö caáu truùc cuûa hemoglobin, hoaëc ñaëc ñieåm cuûa hoàng caàu hình löôõi lieàm, coù ít hoaëc khoâng coù aûnh höôûng treân pheùp ño

CAÙC THIEÁT BÒ PULSE OXIMETRY

CAÙC THIEÁT BÒ PULSE OXIMETRY

                

 

Nonpulsatile optical spectoscopy

TOÅNG QUAN

Nonpulsatile optical spectoscopy ñaõ ñöôïc söû duïng hôn nöûa theá kyû cho söï ñaùnh giaù y hoïc khoâng can thieäp. ví duï trong söï söû duïng phaân tích moät loaït nhieàu böôùc soùng cho oximetry vaø söï ño heä soá phaûn xaï cuûa da cho söï ñaùnh giaù saéc toá maøu ôû treû sô sinh bò beänh vaøng da. Nhöõng öùng duïng môùi naøy ñaõ ñöôïc nhìn nhaän trong moät vaøi muïc ñích giôùi haïn nhöng taùc ñoäng coøn haïn cheá.Nhöõng ñieàu tra gaàn ñaây veà phöông phaùp nonpulsatile spectroscopy môùi cho söï ñaùnh giaù caùc moâ trong cô theå(chaån ñoaùn oxi trong naõo), cho söï ñaùnh giaù tình traïng hoâ haáp ôû caáp ñoä teá baøo, vaø cho söï tìm ra nhöõng vaán ñeà nguy hieåm. Nhöõng öùng duïng tröôùc ñaõ môû ñöôøng cho caùc nghieân cöùu saéc toá teá baøo trong caùc moâ, vaø nhöõng öùng duïng sau ñaõ môû ñöôøng cho nhöõng öng duïng phöùc taïp hôn vaøo trong caùc phöông phaùp môùi cho pheùp phaân tích hoàng ngoaïi gaàn maø khoâng gaây toån thöông cho caùc moâ.

CYTOCHROME SPECTROSCOPY

Cytochrome laø 1 heme-containing ñöôïc tìm thaáy ôû maøng trong cuûa ti theå (mitochondria) vaø caàn thieát cho quaù trình oxy hoùa photphat ñeå chuyeån metabolytes vaø oxy thaønh CO2 vaø phosphates naêng löôïng cao (high-energy photphat).Trong quaù trình chuyeån hoùa, the cytochrome bò oxy hoùa vaø giaûm, do ñoù traïng thaùi oxi hoùa khöû cuûa cytochrome c vaø aa3 ñöôïc ño tröïc tieáp trong ñieàu kieän hoâ haáp cuûa teá baøo.

MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH VEÀ CYTOCHROME

MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH VEÀ CYTOCHROME

QUANG PHOÅ HOÀNG NGOAÏI GAÀN VAØ XEÙT NGHIEÄM ÑÖÔØNG

Hoàng ngoaïi gaàn coù böôùc soùng naèm trong khoaûng töø 780nm ñeán 3000nm.Quang phoå hoàng ngoaïi gaàn ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù haøm löôïng ñöôøng ,nöôùc , chaát beùo coù trong thöïc phaåm vaø chuaån ñoaùn y khoa. Ví duï nhö xaùc ñònh töông ñoái haøm löôïng chaát beùo, protein, nöôùc trong caùc moâ vaø gaàn ñaây laø caùch ño löôøng glucose khoâng can thieäpPhöông phaùp kieåm tra ñònh löôïng glucose khoâng can thieäp coù taàm quan troïng to lôùn ñoái vôùi söùc khoûe con ngöôøi.

QUANG PHOÅ HOÀNG NGOAÏI GAÀN VAØ XEÙT NGHIEÄM ÑÖÔØNG

Glucose coù cho quang phoå gaàn vaïch ôû böôùc soùng1500nm vaø trong daõy böôùc soáng 2000-2500nm cuõng laø khoaûng coù nhieàu nhöõng hôïp chaát khaùc nhau ñöôïc haáp thuï. Glucose haáp thuï aùnh saùng thaáp hôn so nuôùc , chaát beùo vaø protein. Trong thöïc teá , quaù trình naøy coù phuï thuoäc nhieä ñoä.

TIME-RESOLVED SPECTROSCOPY

Vaán ñeà cô baûn trong ño löôøng ñònh löôïng quang hoïc xuyeân qua caùc moâ nguyeân veïn laø vieäc giaûi quyeát caùc hieän töôïng taùn xaï phöùc taïp gaây khoù khaên cho vieäc aùp duïng ñònh luaät Beer-Lampert. Phöông phaùp Time-resolved Spectroscopy coù theå giaûi quyeát vaán ñeà naøy.Giaû söû aùnh saùng laø moät chuøm photon, neáu moät chuøm aùnh saùng ñôn saéc ñöôïc phaùt ra töø nguoàn xuyeân qua moâ , sau ñoù moät maùy thu soùng seõ doø ra phaân boá cuûa photon trong caû thôøi giannhöõng photon phaân taùn ít nhaát seõ ñeán ñaàu tieân vaø nhöõng photon phaân taùn nhieàu nhaát seõ ñeán sau cuøng.Theo nguyeân taéc, nhöõng photon ñeán ñöôïc maùy doø ñaàu tieân thì xuyeân tröïc tieáp qua moâ. Ñoái vôùi nhöõng photon ñeán ñaàu tieân naøy thì khoaûng caùch giöõa maùy phaùt vaø maùy thu laø coá ñònhcoá ñònh vaø ñaõ bieát vaø ta coù theå aùp duïng ñònh luaät Beer-Lambert

TIME-RESOLVED SPECTROSCOPY

Khoù khaên cuûa phöông phaùp: ñaàu tieân laø söï ño löôøng phaân chia theo thôøi

gian phaûi döïa treân thôøi gian truyeàn cuûa photon(nhoû hôn nano giaây)

Thöù hai laø löôïng photon xuyeân qua maø khoâng coù söï phaân taùn seõ laø nhoû voâ cuøng, vaø do ñoù maùy doø phaûi coù ñoä nhaïy raát cao.

Maëc duø vaán ñeà kyõ thuaät naøy ñaõ ñöôc thöïc hieän trong phoøng thí nghieäm, nhöng söï thöïc hieän ñoái vôùi duïng cuï thöïc teá ñeå ñaït hieäu quaû cao vaãn caàn ñöôïc chöùng toû.

Phöông phaùp naøy cuõng kieåm tra ñeå tìm rahình aûnh quang hoïc

MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH CUÛA HEMOGLOBIN

MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH VEÀ MYOGLOBIN