SpO2 smartwatch được đo như thế nào?

Khác với xét nghiệm lấy máu, phép đo này không trực tiếp xác định lượng oxy trong máu. Giá trị hiển thị là ước tính SpO2, và độ tin cậy phụ thuộc vào thiết kế cảm biến, vị trí đeo, chất lượng tín hiệu cũng như điều kiện đo

Cảm biến SpO2 trên smartwatch dùng ánh sáng để lấy tín hiệu

Ở mặt sau smartwatch, cảm biến SpO2 thường gồm các nguồn phát sáng và bộ thu quang. Với các thiết bị sử dụng phép đo quang học phản xạ, ánh sáng được chiếu vào da và mạch máu bên dưới, sau đó photodetector thu phần ánh sáng quay trở lại. Fitbit mô tả trực tiếp cách thiết bị sử dụng cảm biến đỏ và hồng ngoại ở mặt lưng để chiếu sáng da và mạch máu rồi phân tích ánh sáng phản xạ.

Quá trình có thể hình dung theo chuỗi:

LED phát ánh sáng → ánh sáng đi vào mô → hemoglobin hấp thụ một phần ánh sáng → cảm biến thu ánh sáng phản xạ → thuật toán xử lý tín hiệu → ước tính SpO2

Điểm quan trọng là smartwatch không “nhìn thấy” oxy trực tiếp. Nó suy ra trạng thái oxy hóa của hemoglobin từ đặc tính quang học của máu

Vì sao ánh sáng có thể cho biết mức độ oxy hóa của máu?

Hemoglobin gắn oxy và hemoglobin không gắn oxy có đặc tính hấp thụ ánh sáng khác nhau ở các bước sóng khác nhau. Pulse oximeter truyền thống khai thác sự khác biệt này bằng ánh sáng đỏ và hồng ngoại để ước tính tỷ lệ hemoglobin được oxy hóa.

Khi tim bơm máu, lượng máu trong các mạch nhỏ dưới da thay đổi theo chu kỳ. Thành phần tín hiệu thay đổi theo nhịp này giúp cảm biến tách phần tín hiệu liên quan đến máu động mạch khỏi các thành phần tương đối ổn định hơn của da và mô. Một tài liệu kỹ thuật của FDA mô tả nguyên lý pulse oximetry dựa trên việc phân tích thành phần hấp thụ ánh sáng thay đổi theo nhịp mạch.

Vì vậy, phép đo SpO2 không đơn giản là “đo độ sáng của da”. Hệ thống phải phân tích mức hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau và sự thay đổi của tín hiệu theo nhịp mạch

Từ tín hiệu ánh sáng đến con số SpO2

Sau khi photodetector thu tín hiệu, phần cứng và thuật toán của thiết bị xử lý cường độ ánh sáng theo thời gian. Mục tiêu là xác định mối quan hệ giữa các thành phần tín hiệu quang học liên quan đến hemoglobin oxy hóa và khử oxy.

Các thiết bị pulse oximeter chuyên dụng thường dùng ánh sáng đỏ và hồng ngoại, sau đó tính toán từ sự hấp thụ tương đối của hai vùng bước sóng để ước tính SpO2.

Với smartwatch, hình học cảm biến khác máy kẹp đầu ngón tay: ánh sáng thường được phát vào da và đo phần phản xạ hoặc tán xạ quay trở lại, thay vì nhất thiết truyền xuyên qua ngón tay. FDA cũng phân biệt các cấu hình đo truyền qua và đo phản xạ, trong đó thiết bị wellness có thể sử dụng dữ liệu quang thể tích mạch máu từ ánh sáng phản xạ hoặc tán xạ.

Do đó, con số SpO2 trên đồng hồ là kết quả của cả tín hiệu quang học tín hiệu mạch đập thuật toán ước tính, chứ không phải một phép đo hóa học trực tiếp

Vì sao cùng một smartwatch có thể cho kết quả khác nhau?

Chất lượng tín hiệu quang học có thể thay đổi theo điều kiện đo. FDA liệt kê nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo pulse oximetry, gồm tuần hoàn kém, sắc tố da, độ dày da, nhiệt độ da, thuốc lá và một số yếu tố khác.

Với smartwatch, cách đeo cũng đặc biệt quan trọng. Nếu cảm biến không tiếp xúc ổn định với da, đồng hồ chuyển động nhiều hoặc tín hiệu mạch quá yếu, phần tín hiệu mà thuật toán cần phân tích có thể bị nhiễu

Điều này giải thích vì sao một lần đo SpO2 riêng lẻ không nên được hiểu như một giá trị tuyệt đối. FDA lưu ý rằng pulse oximeter luôn có nguy cơ cho kết quả không chính xác trong một số điều kiện và chỉ số đo cần được xem xét cùng triệu chứng, tình trạng thực tế và các thông tin liên quan khác.

SpO2 smartwatch khác gì máy đo SpO2 đầu ngón tay?

Điểm giống nhau nằm ở nền tảng quang học: cả hai đều khai thác sự khác biệt về hấp thụ ánh sáng của hemoglobin oxy hóa và khử oxy.

Điểm khác nằm ở cấu hình cảm biến và mục đích sử dụng. Máy đo đầu ngón tay thường giữ vị trí đo cố định, có thể truyền ánh sáng qua mô ngón tay và được thiết kế riêng cho phép đo SpO2. Smartwatch lại phải hoạt động trên cổ tay, nơi tín hiệu quang học và điều kiện tiếp xúc phức tạp hơn

Vì vậy, không nên mặc định rằng một con số SpO2 trên smartwatch có giá trị tương đương một thiết bị y tế chỉ vì cả hai cùng hiển thị đơn vị phần trăm. FDA phân biệt thiết bị pulse oximeter dùng cho y tế với các sản phẩm wellness; các sản phẩm wellness có thể được thiết kế để ước tính SpO2 phục vụ theo dõi sức khỏe chung và không nhất thiết được đánh giá cho việc đưa ra quyết định lâm sàng.

Nên hiểu số SpO2 trên smartwatch như thế nào?

SpO2 trên smartwatch phù hợp nhất để theo dõi xu hướng và cung cấp thêm dữ liệu sức khỏe, thay vì xem một lần đo là kết luận chẩn đoán. Cách diễn giải cần tính đến điều kiện đo, chất lượng tín hiệu và các triệu chứng đi kèm

Điểm cốt lõi là smartwatch đang thực hiện một phép ước tính quang học không xâm lấn. Nó không lấy máu và cũng không đo trực tiếp lượng oxy bằng phản ứng hóa học. Cảm biến phát ánh sáng, thu tín hiệu phản xạ và thuật toán chuyển sự khác biệt quang học của hemoglobin thành giá trị SpO2.

Nếu số đo bất thường kéo dài hoặc đi kèm triệu chứng đáng lo ngại, không nên chỉ dựa vào dữ liệu từ smartwatch để tự chẩn đoán. FDA khuyến cáo không nên chỉ dựa vào chỉ số pulse oximeter mà cần xem xét cả triệu chứng và tình trạng thực tế.