Oxímetro de pulso

OXÍMETRO DE PULSO
El oximetro de pulso mide el nivel de saturación de oxígeno en la sangre, mediante la emisión
de luz roja (660 nm) e infrarroja (940 nm), las cuales son absorbidas por la sangre y los tejidos.
Sin embargo, el oxígeno se encuentra anclado a proteínas que son la hemoglobina.
Existen 4 tipos de hemoglobina: la oxihemoglobina (HbO2), la carboxihemoglobina (COHb), la
metahemoglobina (MetHb) y la hemoglobina reducida (Hb).
La única molécula capaz de fijar oxígeno es la HbO2, pues las otras moléculas se combinan con
CO y en el caso de la MetHb, su átomo de Fe está oxidado.
El oxímetro, entonces, es capaz de medir sólo la presencia de HbO2 y de Hb, debido a que
trabaja sólo con 2 longitudes de onda, y las otras hemoglobinas poseen distintos índices de
absorción, que no son extraíbles con estas 2 longitudes de onda.
Figura 3 – Curva de absorción de los distintos tipos de hemoglobina
Algunas ventajas de este equipo es que entrega información confiable del nivel de saturación de
oxigeno en la sangre, estos datos son de fácil obtención y de manera continua, además es de
fácil uso por lo cual el personal que manipula este equipo no necesita de previa instrucción.
El principio de funcionamiento del oximetro de pulso se basa en el principio de las diferentes
longitudes de onda que componen la luz, la cual es absorbida por los diversos componentes de
la sangre. El oximetro de pulso utiliza dos longitudes de ondas emitida por dos LED, por lo cual
se hace pasar la luz emitida por los LEDs a través de un punto del organismo del paciente.
Finalmente se miden la absorción relativa que se producen para la luz roja y la
infrarroja, las cuales son absorbidas por la oxihemoglobina (HBO2) y la hemoglobina reducida
(HB).Cabe mencionar que esta técnica de medición es no invasiva, por lo cual no causa daños
iatrogénicos en el paciente, debido a que solamente se le pone un dispositivo tipo prendedor que
se coloca en el dedo del paciente o en lóbulo de la oreja.
En el año 1989 se vendieron 65.000 unidades de este equipo, confeccionado por 35 compañías
de equipos médicos, recaudando alrededor de 200 millones de dólares. Ya en 1991 circulaban
más de 500 publicaciones que se referían a los métodos, usos, progresos y problemas.
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.
Historia de los oxímetros de pulso
Antiguamente, existía un dispositivo llamado gasómetro de sangre. Se extraía sangre del
paciente (incluso en cirugías) y a través de un set de transductores se mostraba una curva y se
obtenía la relación entre el volumen de aire espirado y la cantidad de O2. Pero era un método
caro y complicado.
Otra técnica utilizada era la diafanoscopía, que consistía en colocar los tejidos dañados bajo una
luz intensa. Así se podían evidenciar lesiones subcutáneas como heridas de aguja, astillas, etc.
Evolución histórica
- Merrick y Hayes (1976) hicieron pasar luz a través del lóbulo de una oreja.
- Yoshiya y col. (1980) introdujo un transmisor no invasivo que emitía dos longitudes de onda,
rojo (660nm) e infrarrojo (940 nm)
- Mendelson y col. (1983) implementó un oxímetro de reflactancia transcutánea
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.
Circuito
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.
Diagrama de bloques
Un encapsulado es colocado alrededor del dedo índice o el lóbulo de la oreja (mesurando) del
paciente. Este encapsulado contiene 2 transductores: uno que emite luz roja (660 nm de longitud
de onda) y otro que emite luz infrarroja (940 nm), cada uno con un detector, un fototransistor.
Las variaciones en el color de la sangre son captadas por este fototransistor, el cual permite que
la luz que le llega se convierta en corriente de colector (Ic).
Sin embargo, como se mencionó anteriormente, existen 4 tipos de hemoglobina, HbO2, COHb,
MetHb y Hb. El fabricante del equipo debe señalar con cuál de estas trabaja su equipo, pues si
consideramos que sólo trabaja con la Hb, y se testea la SatO2 en un paciente que fuma mucho,
el equipo arrojará que tiene un buen nivel de saturación para el O2, pero no es así, ya que es
necesario calibrar el equipo.
Un co-oxímetro es un dispositivo que se inserta en el oxímetro de pulso para medir la Hb, la
HbO2, la COHb y la MetHb, y sirve en cierta forma para calibrar el equipo.
Las emisiones de rojo intenso atraviesan los tejidos del dedo u oreja y capturan la transmitancia
que se produce por el latido cardíaco. El transductor detectar la frecuencia cardíaca producto de
una modificación que sufre ésta debido al pulso.
Si se modifica la transmitancia, se puede detectar mediante el segundo transductor que emite luz
infrarroja. Ésta atraviesa los tejidos y detecta los cambios en la coloración de la sangre. Una
sangre con mayor saturación de O2, es decir, con una mayor cantidad de hemoglobina se ve más
opaca de lo normal frente al infrarrojo. En cambio, frente al rojo intenso, se ve más clara.
Sin embargo, el infrarrojo es mucho más eficaz para detectar la saturación de O2, pues el
detector infrarrojo (fototransistor) va a detectar que la luz es absorbida por los componentes de
la sangre, y en base a esto detecta más o menos luz. Este cambio en la transmitancia se traduce
en una variación en la Ic, siguiendo la fórmula:
β=
IC
IB
Luego, la señal va a una etapa de acondicionamiento, en donde es filtrada, es separada del ruido.
Se puede utilizar un filtro pasa-altos, pues la señal de interés es de alta frecuencia, para
discriminar de señales como el llene y vaciado de los vasos, la respiración, etc. Además se
pueden utilizar condensadores para eliminar la componente continua de la señal.
Posteriormente, la señal es modulada, es decir, se promedia con otra señal, por lo general una
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.
sinusoide (sale del generador de funciones), para analizarla más fácilmente. La modulación se
puede hacer por amplitud o por frecuencia, obteniéndose una señal compuesta por “pulsitos”.
Estos pulsitos son amplificados dependiendo de su amplitud. Para esto se tiene un selector de
ganancia en esta etapa, y un control de offset, que disminuye las tensiones de escape que se
producen en el amplificador operacional por defecto.
Luego, la señal se procesa: para ello se tiene un selector de modos de saturación: funcional o
fraccional. El modo de saturación se refiere al tipo de hemoglobina que se quiera medir.
A continuación se presentan los dos modos que puede tener un oxímetro de pulso:
Sat.Funcional =
HbO 2
*100
HbO 2 + Hb
Sat.Fraccional =
HbO 2
*100
HbO 2 + Hb + MetHb + COHb
Es importante considerar que, ya sea saturación funcional o fraccional, estos valores se miden
en porcentaje (%), y a raíz de esto, el médico puede determinar las concentraciones de los gases
respiratorios O2 y CO2 en la sangre.
Otra etapa a considerar es la de detección de umbrales. Como nuestra señal está sin su
componente continua, es útil utilizar un pulso de calibración enviado por un Schmitt-trigger,
que envía un pulso cuadrado y compara la señal de interés. Para esto, se fija un nivel de umbral
(en V o mV), y si la señal de interés es mayor a ese umbral, el contador de pulsos cuenta el
primer pulso, si es inferior al umbral no cuenta. Con esto, se puede colocar un timer y calcular
el HR, es decir, la frecuencia cardíaca.
Todo esto va a un display que nos puede mostrar la frecuencia del pulso, el % de saturación de
oxígeno, dependiendo si es saturación funcional o fraccional, y la forma de onda característica
del pletismograma.
Figura 4 – Forma de onda característica del pletismograma
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.
Otros aspectos a considerar son el de la seguridad electromédica, pues las corrientes alternas
provenientes de la red de 50/60 Hz pueden provocar cuadros fibrilatorios, y por consiguiente, la
muerte del paciente. Una medida de seguridad para evitar las corrientes de fuga es la
implementación de un transformador blindado, el cual funciona bajo el principio del cambio de
frecuencias. Es un transformador especial que posee láminas de Cu, que reduce los efectos
capacitivos de las corrientes que van del primario al secundario del transformador. Este
transformador se conecta a la red de 220 y 50/60 Hz.
Por último, la ergonomía y diseño del transductor es algo fundamental, puesto que la
monitorización de la saturación de oxígeno es una medición de suma importancia junto con el
EKG, la HR, la temperatura, etc.
Se debe considerar si el transductor será desechable o reutilizable, ya que en pacientes que
sangran mucho, es recomendable usar uno desechable, para evitar riesgos de contagio de
enfermedades. Además, la forma del transductor debe ser totalmente adecuada para su
sanitización, en el caso que sea reutilizable: no tener espacios o grietas, donde pueda producirse
un foco de cultivo de bacterias, etc.
Miguel Palma Muñoz
Estudiante de Ingeniería Civil Biomédica
Julio, 2009.