جهاز قياس النسبة الأكسجين بالدم PULSE OXCIMETERE

جهاز قياس النسبة الأكسجين بالدم SPO2

Pulse OXCIMETERE

جهاز قياس النسبة الأكسجين بالدم spo2

جهاز قياس النسبة الأكسجين بالدم PULSE OXCIMETERE

التعريف:.
جهاز الـ OXCIMETER :هـــو جهاز إلكتروني طبي دقيق يقوم بقياس معدل الأكسجين أو مراقبة الأكسجين
عند المريض بواسطة تقييم مستوى الـ O2 ومعدل ضربات القلب ،جدير بالذكر يعطي الجهاز صوتsound أو تحذير
alarm فــي حال هبوط الـ O2 وسرعة ضربات القلب عن مستوى محدد ،وهذا النوع مـــن أجهزة مراقبة الـ O2
مفــيدة جداً وخاصةً عند المواليد الجدد(الأطفال الخدّج) infants newborn وعند عمليات الجراحية surgery
فــي غرفة العمليات.إن التصميم البصري(الضوئي) الغير متداخل invasive-non لـ oximeter pulse
يستخدم المتحكم (MCU (microcontroller رقـــم MSP430FG437 الــذي يحوي قطب مدمج
خارجي combined probe peripheral لإظهار إشباع الـ O2 ومعدل نبضات القلب علــى شاشة LCD
زجاجية .(ويمكن اليةذا الجهاز أنه يظهر
القيمة value وشكـــل الموجة waveform بشكـــل متزامـــن synchronously
(أو يمكن أنه يعرض القيمة فقط بواسطة زر الالتحديد مـــن
القائمة )
ايضا يظهـــور القيمة الرقـــمية لـSPO2 )saturation Oxygen Percent (و PR )Pulse
Rate (وآذلك ظهـــور الإشارة التشابهية المتزامـــنة مع القيم الرقـــمية. وتحوي هذه الشاشة علــى :
: Visual and Audio Alarm وسمعي بصري إنذار جرس. ١
يعطي إشارة تنبيه صوتية ومرئية عند حدوث خطر مـــا مثلاً
(انخفاض النسبة الـO2 أو انخفاض مجموعة دقات القلب عن المستوى
الطبيعي ).
: Indicator of remaining power للجهاز الطاقة مؤشر.
يحدد مستوى طاقة الشحن للجاز ويمكن أنه يعطي تنبيه عند إنخفاض
الـ power إلــى قيم مـــنخفضة .
.قفل لوحة المفاتيح keyboard of Lock :فــي الخطوة الأولى يحصل
معايرة الجهاز مـــن قِبل الطبيب ثـــم يقفل لوحة المفاتيح لضمـــان استمرار العمل بشكـــل سليم عن الية هذا الزر
.الساعة CLOCK :وهي تشير إلــى الظل الحالي الــذي يحصل فــيــه القياس وهي ساعة رقـــمية تحدد الظل
. (Hours- Minutes-Seconds ) بدقة
.تظهر قيمة رقـــمية تمثل النسبة مئوية للأآسجين فــي الدم %98 .فــي الجهة اليسرى مـــن الشاشة.
.تظهر قيمة رقـــمية أخرى تمثل معدل النبض للقلب heart the of rate pulse bpm 156.فــي الجهة
اليمـــنى الشاشة.

***مواصفات هذا الجهاز:.

فــي هذا الجهاز الحساس الالمستخدمين هـــو الحساس نفسه الالمستخدمين لكشف معدل نبضات القلب rate-heart
detection و آشف مستوى الـO2 فــي الدم .لتحقيق ذلك يحصل وضع الحساس علــى الجسم مـــن خــلال القطب
المرجعي الخارجي combined probe peripheral مثل طرف
الأصبع tip finger أو علــى شحمة الأذن lobe ear أو علــى الأنهف
nose
هذا العمل يتضمـــن Leds Tow الأول يعمل فــي مجال الطيف المرئي
.λ=660 nm موجي طول عند visible red spectrumالأحمر
والثاني يعمل فــي مجال طيف الأشعة تحت الحمراء spectrum infrared عند طول موجي nm 940=λ .
إن الالنسبة المئوية للـ O2 فــي الجسم تحدد بواسطة قياس الشدة أو الكثافة الضوئية لكـــل تردد ضوئي بعــد مـــا

مبدأ القياس: principle Measurement : .

إن مبدأ عمل القياس للـ oximeter هـــو آمـــا يلي:إن الوصف العملي لمعالجة الالــبيانات الأخذ المستقر
taking established الــذي يستخدم قانون Beer Lambert الــذي يعتمد علــى المقارنة بين خصائص
الامتصاص الطيفــي لاليةيموجلوبين(Hb(hemoglobin فــي الدم والأوآسجين فــي االيةيموجلوبين
(Hb O2 (Oxyhemoglobin ) آريات الدم الحمراء هي التــي تحمل الـO2 وأنه آريات الدم تحوي الـHb (
فــي الضوء المرئي ومـــناطق الأشعة تحت الحمراء تقريباً ،جدير بالذكر أنه مبدأ عمل هذه الآلة هـــو التفتيش أو محاولة البحث عن
الاكسجين فــي االيةيموجلوبين Oxyhemoglobin باليةة آهر وضوئية عن الية حساسين ضوئيين LEDs
بالمطابقة مع سعة أو مطال النبضة الممسوحة Scanning أو المقروءة ومـــن ثـــم التسجياليةا جدير بالذكر فإن الشعاعين
الضوئيين الصادران عن الليدين يحدث اليةمـــا طول موجي مختلف( 660nm للضوء المرئي و 940nm قريب
مـــن الأشعة تحت الحمراء) ضروري أنه تكون مرآزة علــى الجسم عند رأس الظفر
finger-type sensor لحساس perspective clamp مـــنظوري .
جدير بالذكر يحصل تسليط هذه الأشعة مـــن الليدين(& LED RED
INFRARED ( علــى رأس الأصبع ويحصل إستقبال هذه الأشعة مـــن قبل مستقبلين

أيضاً مـــن نفس النوع مـــن الجهة الأخرى للأصبع ومـــن ثـــم قياس الإشارة التــي يمكن الحصول علــىها مـــن قبل
الحساسية الضوئية الدقيقة للمستقبلين أي أنه كل المعلومـــات التــي حصلنا علــىها سوف يحصل إظهارها علــى شاشات
إظهار بعــد إدراجها إلــى دارا إلكترونية ومعالجات دقيقة جدير بالذكر أنه هذا الجهاز يستخدم المعالج MSP4
آيفــية الحصول علــى الإشارة Acquisition Signal :
(دارة تضخيم لمقاومة التغذية العكسية (100MΩ=R (
وهي دارة أآثر شيوعاً واستخدامـــا فــي النظام البيدخولي (الحيوي) –المجال الطبي
جدير بالذكر تستخدم بنية المضخم العاآس configuration inverting) OPA353 (
جدير بالذكر أنه الضؤ الوارد علــى ااـ Photodiode يحرضه علــى توليد تيار آهر ضوئي
صغير ІФ جدير بالذكر يتجه هذا التــيار باتجاه نقطة الجمع junction summing للمضخم ومن خلال مقاومة التغذية
العكسية R.

****الدائرة الالعملية للجهاز:.

جدير بالذكر تعطى مقاومة التغذية العكسية بقيمة آبيرة جداً .وهذه الدارة حساسة جداً للتغيرات الطفــيفة فــي الشدة
الضوئية intensity light مثلاً إذا آانت إشارة الدخل الممثلة بالاستطاعة الضوئية 001µv.0=Ф فإنه يمكن
أنه يحصل تأرجح أعظمي لإشارة الخرج swing-full) أي أنهة بزيادة شدة الإضاءة الواردة علــى الـ PD يزداد
التــيار المـــار به) وبالاعتمـــاد علــى متطلبات التصميم يمكن أنه يحدث الخرج مفــيد جداً لتحقيق انخفاض تأرجح جهد
الخرج swing output أو ground below .إن zero-auto من خلال مقاومة التغذية العكسية للمضخم آمـــا فــي
الأشكال المقبلة سوف تسمح بتأرجح الخرج إلــى الـground)يعني إهمـــال التأرجح السالب) .
وتجعالية ground to close يعني يختفــي التأرجح السالب نهائياً ، (جدير بالذكر تم وصل الـ Vcc
إلــى الأرضي volte 0 = Vcc ، ومـــنه سوف نحصل علــى إشارة مضخمة موجبة فقط لنستفــيد مـــنها فــي تغذية
الأقسام المقبلة .

Transmitter:
تتكون مـــنظومة المرسل ممـــا يلي :

أولاً:الحساس Sensor :
إن معظم الدارات البسيطة الالمستخدمينة لقياس تشبع الأآسجين بالدم هي دارات photoplethysmograph
(دارات تخطيط اآتظاظ الدم الضوئية) ، التــي تحوي عناصر تضخيم لترتكز بتضخيم الإشارة قبل قراءتها
فتظهر الإشارة .(أي أنهة يحصل التقاط الإشارة مـــن مصدرين
ضوئيين بأطوال موجية معينة

يمكن تمثيل دارة الحساس آمـــا (القادم:

*مبدأ عمل الجهاز

وهذه هي دارة الحساس Sensor الالمستخدمينة فــي دارة تخطيط اآتظاظ الدم photoplethysmograph ، يحصل
وضع طرف أصبع المريض بين المرسل – المكون مـــن LED Tow – وبين المستقبل المكون مـــن
phototransistor (أو قد يحدث أي مستقبل ضوئي ، فأثناء مرور الدم ومـــا يحمل مـــن الأكسجين.
و Hemoglobin فإنه يحجب الإضاءة بين المرسل والمستقبل وخلااليةا تحدث عد مجموعة مرات حجب الضوء بين
المرسل والمستقبل وهذه العدّات تقابل قياس تشبع الدم بالاكسجين والنسبة الـ Hb فــي الدم وهذه الدارة تشبه دارة
عداد المـــنتوجات ، ثـــم بعــد ذلك تسلم إشارة خرج المستقبل إلــى دارة (HPF (Filter Pass High ليحصل ترشيح
الإشارة مـــن إشارة الضجيج noise ثـــم تسلم الإشارة النقية إلــى عامل تضخييم.

****: Oximeter controller :ًثانيا
إن الـ microcontroller لجهاز الـ Oximeter عند المرسل يقوم بالمهام المقبلة:
o التحكم بالحساسات الممثلة بـ LEDs.
o تحول خرج الحساسات output Sensors إلــى شكـــل رقـــمي form Digital.
o تمرر هذه الالــبيانات بشكـــل ملائم form suitable أو مـــناسب إلــى المرسل transceiver.
o توجيه أو معالجة النظام بشكـــل آامل .
هكذا فإن المحول (converter digital Analog (D/A لديه قناتين channels tow قناة لكـــل حساس (LED (
ولديها مجموعة قليل مـــن الأرجل Pins ومـــن المحتمل أنه يحدث اليةا عدة وصلات(واجهات) Interface للمرسل ، آمـــا أنه
يستخدم ذاآرة بسيطة جداً لذلك لا تؤخذ بعين الاعتبار ، جدير بالذكر يحصل التحديد microcontroller مـــن نوع FPGA
التــي اليةا العديد مـــن ADC integrated و space saving و سرعة إخفاء معقولة مثل 20MHZ الــذي
سيحدث أآثر مـــن اللازم .

:Power supply :ًثالثا
بسبب القيود علــى الحجم والوزن ،فإنه مـــن المحتمل أنه تكون الطاقة المطبقة supply Power قليلة وخفــيفة فهي
تغذي آل مكونات الجهاز Oximeter وذلك آمـــا يظهر بالشكـــل (١٩، (وقد وجد بأنه الأآثر مـــناسبة لتأمين
التغذية للجهاز هي خلية أو خلايا صغيرة مـــن الليثيوم cells or cell lithium small تعطي مـــن ٤ إلــى ٥ فولت.

: Wireless Transceiver:رابعأ
يوجد نمطين لوسط الاتصال اللاسلكي التــي يعتمد علــىها عمل جهاز الـ Oximeter Pulse فــي انتقال كل المعلومـــات
Data مـــن المرسل إلــى المستقبل و هي نمط الأشعة تحت الحمراء ونمط الإشعاع الراديوي & Infrared
Radiation Radio . جدير بالذكر أنه وسط الأشعة تحت الحمراء يحدث مـــناسب للتطبيقات التــي تحتاج إلــى طاقة
مـــنخفضة power-low ، لكنها تتطلب خط بصر sight-of-line حتى تعمل بشكـــل متميز ، وقد وتواجه عدة
عوائقobstructions خــلال فترة إرسال كل المعلومـــات آونها تستخدم داخل غرفه متوسطة الحجم تحوي عدة
أشخاص ، وهذا يمكن أنه يشكـــل خطراً علــى المريض ، وقد تم حل هذه المشكـــلة يتم استخدام الإشعاع الراديوي
radio آوسط اتصال medium communication طالمـــا العمل يحصل عند طاقة عفيه بعض الشيء slightly
power higher جدير بالذكر تكون هذه الأمواج قادرة علــى اختراق الأجسام وبالقادم نظمـــن تسليم كل المعلومـــات إلــى
المستقبل Receiver بشكـــل سليم %100 حتى بوجود عدة أشخاص بالغرفة الواحدة .

*تصميم الجهاز عند المستقبل Receiver:
تتكون مـــنظومة المستقبل ممـــا يلي :

أولاً:Receiver :
إن المستقبل يحتاج إلــى ممرين Pass Tow الممر الأول Pass First يستقبل كل المعلومـــات الواردة مـــن المرسل
وإرسااليةا إلــى الحاسب لمراقبة حالة المريض ، والممر الثاني Pass Second يستخدم لإرسال أوامر التحكم مـــن
المعالج إلــى المستقبل الــذي يعد لجهاز الـ Oximeter .

: Receiver controller:ًثانياTM
إن المتحكم Controller عند المستقبل يقوم بعــدة مهام مـــنها :
o معالجة كل المعلومـــات Data المستقبلة أو الواردة مـــن المرسل.
o إعطاء أوامر التحكم إلــى المستقبل للجهاز.

: PC communication:ًثالثاTM
إن الاليةة النموذجية لوصل المستقبل مع الحاسب الشخصي PC هي عن الية عدة مـــنافذ تسلسلية serial
port ، أي أنهة لتجنب بأنه يحدث المستقبل مغذاة مـــن بطارية فإن وصلة مع مـــنفذ الـ USBهـــو الاختيار الأشهر.