Cảm biến đo nồng độ oxy trong máu MAX30100

`TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN Y SINH

Đề tài:
CẢM BIẾN ĐO NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU
MAX30100

TP. HCM, tháng 05 năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù
ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian kể từ khi nghiên
cứu đề tài đến nay, nhóm đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của thầy.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trường Duy đã tận tâm hướng
dẫn nhóm bằng tất cả tâm huyết của mình, tạo mọi điều kiện cho chúng em làm đề tài này
và đóng góp ý kiến cho nhóm trong suốt thời gian làm đề tài. Làm việc với thầy chúng em
được học hỏi rất nhiều điều bổ ích.
Trong quá trình nghiên cứu đề tài, nhóm chúng em không sót khỏi những sơ suất,
mong thầy bỏ qua và chỉ dẫn nhóm em làm tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU ........................................................... Error! Bookmark not defined.
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................... 1
PHẦN 2: NỘI DUNG ......................................................................................................... 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN ................................................ 2
1.1. Khái niệm cảm biến....................................................................................................... 2
1.2. Phân loại cảm biến......................................................................................................... 2
1.3. Khảo sát các phương pháp đo trong và ngoài nước.......................................................... 3

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THỰC TIỄN .................................................................... 7
2.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................... 7
2.2. Quá trình vận chuyển Oxy trong cơ thể ...................................................................... 7
2.3. Độ bão hòa của oxy trong máu .................................................................................... 7
2.4. Tại sao cần phải xác định nồng độ của oxy bão hòa trong máu? ............................ 8
CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN MAX30100 .......................................................................... 9
3.1. Giới thiệu ........................................................................................................................ 9
3.2. Đặc điểm của cảm biến ................................................................................................. 9
3.3. Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật ................................................................................ 10
3.4. Nguyên lý hoạt động ................................................................................................... 11
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN MAX30100 ...................... 14
PHẦN 3: KẾT LUẬN ....................................................................................................... 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 18


PHẦN 1: TỔNG QUAN
1. Lý do chọn đề tài
Dấu hiệu sinh tồn của sự sống bao gồm 4 dấu hiệu: mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp
thở. Trong các ca cấp cứu khẩn cấp người ta luôn luôn phải đo 4 thông số này để theo dõi
bệnh nhân. Ngày nay, khi khoa học phát triển người ta đưa thêm vào dấu hiệu sinh tồn thứ
5 đó là nồng độ bão hòa Oxy trong máu.
Nếu trong máu thiếu oxy thì các phản ứng oxy hóa trong cơ thể sẽ chậm đi và không
đủ đáp ứng nhu cầu năng lượng cho cơ thể, ngoài ra, thiếu oxy cũng sẽ ảnh hưởng đến quá
trình trao đổi chất, cơ thể sẽ không thể đào thải các chất độc ra ngoài… Do đó, đối với
người bệnh và ngay cả người bình thường, việc xác định nhanh chóng và chính xác nồng

độ oxy bão hòa trong máu là hết sức cần thiết.
Báo cáo này nhằm tìm hiểu về cảm biến đo nồng độ oxy trong máu MAX30100, các
phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu, cách kết nối và sử dụng cảm biến để làm
ra sản phẩm phục vụ cho cuộc sống.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu về cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm
biến đo nồng độ oxy trong máu MAX30100.

3. Đối tượng, pham vi nghiên cứu
Đề tài tập trung chủ yếu vào tìm hiểu và nghiên cứu về cảm biến MAX30100, không
đi sâu vào thiết kế máy đo nồng độ oxy trong máu.

1


PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN
1.1. Khái niệm cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng
không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo và xử lý được.
Các đại lượng đo (M) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, trọng
lượng…) tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng (S) mang tính chất điện như
(như điện tích, điện áp, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định
giá trị của đại lượng đó.
Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (M)
S = F(M)
Người ta gọi (S) là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến. (M) là đại lượng
đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (S) cho phép
nhận biết giá trị (M).

1.2. Phân loại cảm biến
Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra hai nhóm chính:


Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt bức
xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ
trường, trọng trường,...



Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, các ion, hợp chất đặc hiệu, khói,...
Các loại cảm biến sử dụng phổ biến nhất được phân loại dựa trên các số liệu như

cảm biến điện hoặc điện thế hoặc cảm biến từ, cảm biến độ ẩm, cảm biến vận tốc chất lỏng
hoặc cảm biến dòng chảy, cảm biến mức, cảm biến khí, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt

2


hoặc nhiệt hoặc nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, cảm biến quang học , Cảm biến vị trí, cảm
biến hóa học, cảm biến môi trường, cảm biến chuyển đổi từ, vv….

1.3. Khảo sát các phương pháp đo trong và ngoài nước
Có rất nhiều phương pháp để đo và xác định nhịp tim khác nhau hiện nay trong và
ngoài nước. Nhìn chung các phương pháp đo là giống nhau, chỉ khác nhau ở hình thức đo
và được chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn, không xâm lấn.
Phương pháp 1: Phương pháp thủ công
Đo nhịp tim bằng nhấn ngón tay: Sử dụng măt trong của 2 ngón tay áp sát vào mặt
trong của cổ tay bên kia - chỗ có những nếp gấp cổ tay (hai tay ngược nhau). Bấm nhẹ vào

đó cho đến khi cảm thấy nhịp đập. Nếu cần thiết, có thể di chuyển ngón tay xung quanh đó
cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập. Sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim. Hoặc đặt
2 ngón tay vào một bên cổ nơi giao nhau giữa khí quản và các cơ lớn ở cổ. Bấm nhẹ cho
đến khi bạn cảm thấy nhịp đập.

Hình: Cách đo thủ công bằng tay
Đo nhịp tim bằng dùng ống nghe: đeo tai nghe và kiểm tra ống nghe, mùa đông cần
xoa làm ấm loa nghe trước khi nghe. Đặt ống nghe lên các vị trí nghe tim, mỗi lần đặt ống
nghe 10 -20 giây. Sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim.

3


Hình: Đo thủ công bằng ống nghe
> Nhận xét: là phương pháp phổ biến ,đơn giản, dễ đo. Chi phí khi đo không đáng
kể. Kết quả đo có độ chính xác phụ thuộc vào người đo, có sự sai sót do chênh lệch thời
gian đếm của người đo và đồng hồ đếm thời gian. Tốn nhiều thời gian, công sức để đo.
Phương pháp 2: Phương pháp xâm lấn
Sử dụng các điện cực để đo nhịp tim trong một khoảng thời gian, dòng điện từ nguồn
sẽ đi qua các điện cực vào cơ thể rồi phản hồi lại các thông tin nhịp tim. Trước khi đo phải
cần lưu ý những vấn đề: không ăn uống, không sử dụng các loại phấn, dầu hay mỹ phẩm
vùng ngực... Các điện cực sẽ được gắn lên vùng ngực đã được cồn khử trùng, dùng bằng
dán cố định dây và điện cực, dụng cụ sẽ được khởi động và đo liên tục từ 24-48 tiếng, dữ
liệu sẽ được lưu trữ vào một bộ nhớ.
> Nhận xét: là phương pháp có độ chính xác cao, được sử dụng nhiều trong các bệnh
viện, trung tâm khám sức khỏe, có thể đo được nhiều thông số trong cùng một khoảng thời
gian. Nhưng có thể gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da do tiếp xúc dòng điện cực hay

4

các chất để dán cố định, gây cảm giác khó chịu. Vì thiết bị hiện đại nên sai số trung bình
của thiết bị đo là 1% và chi phí trung bình mỗi lần đo là 150 USD.

Hình: Đo bằng điện cực
Phương pháp 3: Phương pháp không xâm lấn
Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về
áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch. Vì thế ta có thể đo nhịp
tim bằng cách đo những sự thay đổi đó. Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ
làm thay đổi mức hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua
động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim.
Khi nhịp tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau
khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng máu qua động
mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn.Ánh sáng
sau khi truyền qua ngón tay gồm hai thành phần AC và DC
+ Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương
và tĩnh mạch.

5


+ Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay đổi
truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số của nhịp tim.

Hình 2.3: Đo bằng quang học
> Nhận xét: có độ chính xác cao, đơn giản, dễ sử dụng, thiết bị gọn nhẹ, sử dụng
thoải mái, không gây khó chịu, thời gian đo nhanh. Các phương pháp quang học có một
đánh giá sai số 15% và một chi phí trung bình 20USD.
Ngoài ra còn rất nhiều phương pháp khác để đo nhịp tim như điện tâm đồ,
Phonocardiogram (PCG), huyết dạng sóng áp lực và xung mét, những phương pháp đo cũng

được sử dụng nhiều nhưng đều là lâm sàng và nhìn chung là rất tốn kém.

6


CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THỰC TIỄN
2.1. Cơ sở lý thuyết
Sự cần thiết của Oxy trong máu. Cơ thể con người cần oxy để sống. Đối với cơ thể
người cần cho quá trình hô hấp, cần cho các quá trình oxy hóa xảy ra trong cơ thể. Tất cả
các cơ quan trong cơ thể đều cần oxy để chuyển hóa chất trong đó não và tim là 2 cơ quan
rất nhạy cảm với việc thiếu oxy.

2.2. Quá trình vận chuyển Oxy trong cơ thể
Oxy được vận chuyển đi trong cơ thể nhờ gắn với một loại protein có chứa sắt tên
là hemoglobin (Hb) có trong hồng cầu. Sau nhịp thở vào, Oxy sẽ gắn với Hb trong máu khi
chúng đi qua các mao mạch phổi. Tim sẽ bơm máu đi khắp cơ thể để cung cấp Oxy cho các
mô.
Oxy được vận chuyển trong máu ở dạng kết hợp là kết quả của một loạt phản ứng
thuận nghịch xảy ra giữa oxy và Hb để tạo thành oxyhaemoglobin (HbO2). Sự kết hợp giữa
O2 và Hb tỉ lệ thuận với phân áp của oxy trong máu. Khi phân áp oxy tăng dần từ 0 –
100mmHg, tỷ lệ % hòa tan HbO2 cũng tăng dần tói 97%. Ngược lại, khi phân áp oxy giảm
từ 100 – 0mmHg thì tỷ lệ % bão hòa của HbO2 cũng giảm dần theo tỉ lệ đó.

2.3. Độ bão hòa của oxy trong máu
Do khí oxy vận chuyển dưới dạng hòa tan rất nhỏ so với dạng kết hợp nên nồng độ
oxy bão hòa trong máu chủ yếu được xác định bởi tỷ lệ % hòa tan của HbO 2. Một phân tử
Hb có thể gắn với 4 phân tử oxy. Nếu tất cả các phân tử Hb trong máu đều gắn với oxy, lúc
đó ta sẽ nói độ bão hòa oxy là 100%. Hầu hết các phân tử Hb sẽ gắn với oxy khi chúng đi
qua phổi. Một người khỏe mạnh bình thường khi thở ở không khí ở mực nước biển sẽ có
độ bão hòa oxy động mạch là 95 – 100%.

Độ bão hòa oxy: SpO2 =

𝐶(𝐻𝑏𝑂2 )
× 100%
𝐶(𝐻𝑏𝑂2 )+𝐶(𝐻𝑏)

C (Hb): nồng độ của hemoglobin không bị oxy hóa (nhạy với ánh sáng hồng ngoại)
7


C (HbO2): nồng độ của hemoglobin oxy hóa nhạy với ánh sáng đỏ)
Các thông số này chịu ảnh hưởng của độ cao cũng như vị trí địa lý. Máu trong tĩnh
mạch trở về từ các mô có chứa ít Oxy hơn và độ bão hòa thường khoảng 75 %.

2.4. Tại sao cần phải xác định nồng độ của oxy bão hòa trong máu?
Khi cơ thể hoạt động sẽ tiêu tốn năng lượng và cơ thể sẽ đòi hỏi thường xuyên được
cung cấp năng lượng qua sự oxy hóa các chất dinh dưỡng, quá trình này xảy ra chủ yếu ở
mô tế bào. Nếu trong máu thiếu oxy thì các phản ứng oxy hóa sẽ chậm đi và không đủ đáp
ứng nhu cầu năng lượng cho cơ thể, ngoài ra thiếu oxy sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi
chất của cơ thể, cơ thể sẽ khó đào thải các chất đọc ra ngoài.
Do đó, đối với người bệnh và ngay cả đối với người bình thường thì việc xác định
nhanh chóng và chính xác thông số nồng độ oxy bão hòa trong máu là hết sức cần thiết.

8


CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN MAX30100
3.1. Giới thiệu
Module tích hợp Cảm biến MAX30100 của hãng Maxim, có khả năng đo được nồng
độ Oxy trong máu và nhịp tim. Đó là một cảm biến quang học, Cảm biến nhịp tim

MAX30100 có bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động chính
xác và ổn định cao. Đồng thời được thiết kế nhỏ gọn có thể sử dụng làm thiết bị đeo tay và
dễ dàng giao tiếp với các MCU, Arduino và Raspberry Pi.
Cảm biến nhịp tim và Oxy trong máu MAX30100 được ứng dụng nhiều trong lĩnh
vực y sinh, đo nồng độ oxi trong máu và đo nhịp tim. Cảm biến sử dụng phương pháp đo
quang phổ biến hiện nay, với thiết kế và chất liệu mắt đo từ chính hãng Maxim cho độ chính
xác và độ bền cao, độ nhiễu thấp. Ngoài ra, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ tiếp cận
với Arduino.

Hình1: Module tích hợp Cảm biến MAX30100

3.2. Đặc điểm của cảm biến
 Tích hợp IC Max30100 của Maxim đây chính là bộ cảm biến quang học gồm 2 led
được tối ưu và giảm nhiễu.
 Sử dụng nguyên lý đo sự hấp thụ quang học của máu

9


 Tốc độ lấy mẫu và trạng thái led có thể lập trình được phục vụ cho mục đích tiết
kiệm năng lượng.
 Giao tiếp thông qua kết nối thông minh I2C
 Siêu tiết kiệm năng lượng, giúp tăng tuổi thọ pin cho các ứng dụng đeo tay.
 Giải pháp tích hợp đo nhịp tim và oxi trong máu trên cùng một thiết bị

3.3. Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật
Mô tả các chân kết nối của cảm biến nhịp tim MAX30100:

Hình 2: Sơ đồ chân MAX30100

Thứ tự chân

Kí hiệu

Loại

Mô tả

1

VIN

Power

Nguồn cấp 1.8V - 5.5V (khuyên dùng 5V)

2

SCL

Input

I2C SCL

3

SDA

I/O

I2C SDA

4

INT

Output

Chân INT của MAX30100

5

IRD

Chân IR_DRV của MAX30100

6

RD

Chân R_DRV của MAX30100

7

GND

Power

Điện áp đất 0V

Thông số kỹ thuật chính:
10


IC: MAX30100
Điện áp hoạt động: 1.8 - 5.5 VDC (khuyên dùng 5V)
Dòng hoạt động thấp: 0.7µA
Giao tiếp I2C với chân INT
Nhiệt độ hoạt động -400C đến +850C
Kích thước: 19 x 14 x 3 (mm)
Khối lượng: 5g

3.4. Nguyên lý hoạt động

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống
Ánh sáng phát ra từ đèn led, chiếu vào tay và sau đó bị phản xạ lại. 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 của da.
Nồng độ Oxy bão hoà được đo bằng các phân tích tín hiệu ánh sáng đỏ và ánh sáng
hồng ngoại thông qua nhịp đập. Những ánh sáng được thu bởi photodiode sau khi tán xạ
trở lại từ bề mặt da. Photodiode hấp thụ ánh sáng và chuyển qua bộ chuyển đổi ADC,
11


chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. 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 hoà trong máu động
mạch.
Sơ đồ chức năng:

Hình 4: Sơ đồ chức năng
Hai Led hấp thụ ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại với hai bước sóng lần lượt là
660nm và 880nm. Một photodiode hấp thụ và tổng hợp ánh sáng từ hai đèn Led, chuyển
đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện. Sau đó cho qua bộ ADC chuyển đổi từ tín hiệu
tương tự sang tín hiệu số. Bộ xử lý tín hiệu có tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ để bù lại sự
thay đổi nồng độ oxy trong máu SPO2 khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Sau đó thông qua
một bộ khuếch đại tầng với bộ lọc để loại bỏ nhiễu 50 / 60Hz và tiếng ồn xung quanh.

12


Hình 5: Sơ đồ cho bộ khuếch đại với bộ lọc Bandpass
Ta có hàm truyền của bộ lọc:

𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛

=

𝑅2 +𝑅3
𝑅2

𝑅 𝑅 𝐶
𝐶1 𝑅1 (1+ 2 3 2 )
𝑅2 +𝑅3

(1+𝑅3 𝐶2 )(1+𝑅1 𝐶1 )

Độ lợi:
Gain =

𝑅2 +𝑅3
𝑅2

Sau khi lọc và khuếch đại, sau đó chúng ta cần đưa nó qua khối ADC để đọc tín hiệu
qua đường I2C. ADC với độ phân giải 16 bit. Tốc độ dữ liệu đầu ra ADC có thể được lập
trình từ 50Hz đến 1kHz.
Khối Led Drivers cho phép chọn giữa hai chế độ đo nồng độ oxy trong máu và đo
nhịp tim.
MAX30100 là một hệ thống cảm biến nhịp tim và nhịp tim hoàn chỉnh được thiết kế
cho nhu cầu của thiết bị đeo được. MAX30100 được thiết kế có kích thước rất nhỏ mà
không làm giảm hiệu suất quang hoặc điện.
Bộ xử lý tín hiệu của cảm biến cho phép kết nối với một bộ vi điều khiển hoặc bộ vi
xử lý qua giao tiếp I2C.

13


CHƯƠNG 4: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN
MAX30100
Cảm biến nhịp tim và Oxy trong máu MAX30100 được ứng dụng nhiều trong lĩnh
vực y sinh, đo nồng độ oxi trong máu và đo nhịp tim. Cảm biến sử dụng phương pháp đo
quang phổ biến hiện nay, với thiết kế và chất liệu mắt đo từ chính hãng Maxim cho độ chính
xác và độ bền cao, độ nhiễu thấp. Ngoài ra, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ tiếp cận
với Arduino.

Cách kết nối module cảm biến nhịp tim MAX30100 với Arduino:
Kết nối cơ bản giữa module MAX30100 và Arduino như hình bên dưới. Chú ý là
cần mắc 2 điện trở 4.7KΩ kéo lên cho hai đường SCL và SDA của I2C.

Hình 6: Cách kết nối giữa module cảm biến MAX30100 với Arduino
Module cảm biến nhịp tim MAX30100 là cảm biến được thiết kế nhỏ gọn và ổn
định. Hoạt động dựa trên nguyên lý đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học. Khi
áp mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy (thường là áp vào tai, đầu ngón tay, ... để
dễ kẹp) đầu phát sẽ phát ra ánh sáng đi vào trong da. Dòng ánh sáng đó sẽ bị khuếch tán ra
xung quanh. Do bị ép vào nên lượng máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, cụ thể khi lượng
máu trong thành động mạch thay đổi mức độ hấp thu ánh sáng của động mạch cũng thay
14


đổi. Do đó cường độ ánh sáng di chuyển qua và cường độ ánh sáng phản xạ về cảm biến
cũng biến thiên đồng bộ với nhịp tim.
Về nguyên tắc có thể đặt nguồn sáng và Photodiode ở bất cứ nơi nào trên cở thể mà
có chứa động mạch. Nhiễu của ánh sáng môi trường vào Photodiode có thể coi là không
đổi nên phép đo sẽ càng tin cậy nếu như tín hiệu ánh sáng Photodiode nhận được là lớn
nhất.
Nếu đặt cảm biến ở khuỷu tay hay cổ tay thì sẽ có lợi là áp suất máu trong động
mạch biến động rất lớn, nhưng do ánh sáng phải truyền qua một bề dày lớn của cơ thể nên
bị hấp thụ quá nhiều bởi mô và xương, mà độ nhạy của Photodiode có giới hạn do đó để
thu được kết quả mong muốn, cường độ nguồn sáng phải khá lớn, như vậy sẽ hao phí năng
lượng và rất khó ổn định được cường độ nguồn sáng.
Nếu đặt cảm biến ở vành tai: một nơi mà ánh sáng chỉ cần đi qua một bề dày rất
nhỏ của cơ thể, sẽ có lợi là cường độ ánh sáng Photodiode nhận được khá lớn nhưng do
động mạch ở đây quá bé, mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là quá nhỏ so
với toàn bộ ánh sáng nhận được, nên tín hiệu điện nhận được không đủ độ tin cậy.

Hình 7: Vị trí đặt nguồn sáng và cảm biến.
Vị trí đặt nguồn sáng và Photodide hợp lý nhất: đó là đầu các ngón tay. Tuy động
mạch ở đây không lớn nhưng quãng đường ánh sáng phải truyền qua lại không nhiều nên
15

chỉ cần dùng một LED để làm nguồn sáng, kết quả mức độ biến thiên cường độ sáng nhận
được là khá lớn so với toàn bộ ánh sáng nhận được, tỷ số giữa biên độ tín hiệu với nền một
chiều đủ lớn để phần xử lý tín hiệu hoạt động đưa ra kết quả được chính xác nhất.
Khi ánh sáng truyền qua đầu ngón tay, nó chỉ bị hấp một phần nhỏ bởi động mạch,
còn phần lớn bị hấp thụ bởi mô và xương nhưng một điều may mắn là hệ số hấp thụ của
mô và xương đối với ánh sáng là hầu như không đổi theo thời gian, nên cường độ ánh sáng
Photodiode nhận được sẽ biến thiên theo nhịp tim trên nền một chiều, tín hiệu này được chỉ
ra như hình, do đó hoàn toàn có thể tin tưởng tính đồng bộ của tín hiệu nhận được với nhịp
tim.
Đo lượng oxy hòa tan trong máu của người bệnh:
+ Nếu lượng Oxy trong máu hòa tan ở khoảng: 97% - 99%: oxy trong máu tốt
+ Nếu lượng Oxy trong máu hòa tan ở khoảng: 94%-96%: oxy trong máu tốt – Cần cho thở
thêm Oxy
+ Nếu lượng Oxy trong máu hòa tan ở khoảng: 90%-93%: oxy trong máu thiếu – Nên có y
tá hoặc bác sỹ cho tham khảo ý kiến hoặc đến bệnh viện gần nhất.
+ Bão hòa oxy thấp hơn 90 % là một cấp cứu trên lâm sàng.

16


PHẦN 3: KẾT LUẬN
Khí oxy rất cần cho sự sống của loài người. Khí oxy có trong khí trời. 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. Vì vậy, việc biết
được nồng độ oxy trong máu là rất quan trọng. Module tích hợp Cảm biến MAX30100 có
khả năng đo được nồng độ Oxy trong máu và nhịp tim. Đó là một cảm biến quang học, nó
phát ra hai bước sóng ánh sáng từ hai đèn LED - một LED đỏ và một LED hồng ngoại sau đó đo sự hấp thụ của xung huyết (pulsing blood) bằng cách thu tín hiệu thông qua một
bộ cảm biến ánh sáng (photodetector). Sự kết hợp màu LED đặc biệt này được tối ưu hóa

để đọc dữ liệu ở đầu ngón tay. được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh, cảm biến sử
dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay, với thiết kế và chất liệu mắt đo từ chính
hãng Maxim cho độ chính xác và độ bền cao, độ nhiễu thấp. Ngoài ra, cảm biến sử dụng
giao tiếp I2C rất dễ tiếp cận với Arduino.

17


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Quang Hồi, Gíao trình Kỹ Thuật Cảm Biến, xuất bản tháng 10 năm 2019.
[2] KS. Phạm Quang Huy, TS. Trương Đình Nhơn, Hướng Dẫn Sử Dụng Arduino, xuất bản
tháng 6 năm 2017.

18