Oxymètre de pouls
Chez une personne normale, le sang circule dans les poumons où il se (re)charge en oxygène, puis dans tout le corps où l'oxygène est "brûlé" en gaz carbonique CO2, poussé par les battements du cœur.
L'oxymètre de pouls va permettre de mesurer ce taux d'oxygène, ainsi que mesurer la fréquence cardiaque, en envoyant de la lumière à travers la peau, filtrée par le sang, lumière qui sera renvoyée dans un capteur pour la mesurer.
Les globules rouges contiennent l'hémoglobine connue pour son contenu en fer, qui lui permet de transporter l'oxygène.
À la sortie des poumons, dans les artères, l'hémoglobine est chargée en oxygène et on l'appelle alors oxyhémoglobine. Puis en circulant dans les organes, l'oxygène est libéré, et l'hémoglobine sans oxygène, nommée desoxyhémoglobine, revient aux poumons par les veines.
On aimerait connaitre la quantité d'oxygène disponible dans le sang, mais cela dépend de divers paramètres :
- CaO2 : la quantité d'hémoglobine présente dans le sang
- PaO2 : la pression partielle en oxygène dans le sang
- SaO2 : pourcentage d'hémoglobine oxygénée dans le sang artériel
- SpO2 : % d'hémoglobine oxygénée, le p signifiant saturation pulsée
Et ce ne sont pas les seuls paramètres existants et importants !
Un oxymètre de pouls ne fournira que le taux SpO2, ce qui est déjà une information importante, si ce taux est faible, c'est qu'il y a un gros problème :
- Une saturation normale est comprise entre 96% et 100% chez l'adulte, valeur diminuant avec l'âge, par exemple 95% chez une personne de plus de 70 ans.
- Inférieure à 90%, la personne est dite en désaturation. C’est l’hypoxémie.
Mais attention, même avec un bon taux SpO2, il se pourrait que vous ayez très peu d'hémoglobine dans le sang, la situation deviendrait catastrophique, et ce n'est pas l'oxymètre de pouls qui vous le dira !
Principe
L’oxymétrie mesure la saturation de l’hémoglobine en oxygène par spectrophotométrie. Cette méthode est basée sur la loi de Beer-Lambert, qui relie la concentration d’un soluté à l’intensité de la lumière transmise à travers une solution.
L'oxyhémoglobine et la desoxyhémoglobine n'absorbent pas la lumière de la même manière, les courbes d'absorption en fonction de la longueur d'onde sont les suivantes :
Courbes d'émission de trois LED, et sensibilité d'une photodiode PD.
940 nm est largement dans l'infrarouge, invisible pour l'œil humain.
En pratique, deux LED, une dans le rouge à 660 nm et une seconde à 940 nm vont permettre de différencier les deux types d'hémoglobine. Vous noterez l'inversion d'absorption entre les deux hémoglobines à ces longueurs d'onde.
Mais on ne peut pas faire de mesure absolue car on n'aura pas de référence, pour beaucoup de raisons (puissance LED, sensibilité photodiode, température, épaisseur et couleur de la peau et des tissus...). La solution est de réaliser systématiquement des mesures différentielles.
De plus, on va tirer parti du fait que le volume de sang varie avec les pulsations cardiaques, et c'est pour ça que l'on parlera de saturation pulsée SpO2. On va principalement utiliser la partie variable du signal qui ne dépend que du sang artériel.
(mais pas de même niveau)
On va éliminer la partie fixe, inconnue, en réalisant le ratio entre la valeur AC et la valeur DC, et on utilisera le ratio des deux ratios à chaque longueur d'onde.
Puis avec une calibration ad-hoc, on pourra alors relier ce ratio R à la valeur SpO2. On trouvera plus de détails et justifications plus loin lorsque j'ai voulu réaliser mon propre oxymètre de pouls.
Encore une fois, cette mesure n'est pas si évidente. On suppose toujours qu'il n'y a pas de monoxyde de carbone (HbCO) ni de méthémoglobine (metHb / maladie bleue) qui perturberont notablement les mesures.
Pour ceux qui fabriqueront leur propre oxymètre :
Les variations de volume sanguin modifient la quantité de lumière transmise. Or on parle d'absorption de lumière, et on veut voir "le sang artériel".
On verra donc souvent sur les schémas l'inverse du signal lu sur la photodiode pour faciliter la compréhension, mais bon, la première fois que vous ferez effectivement une mesure vous-même avec votre propre électronique, vous vous rendrez vite compte qu'il faudra inverser les valeurs pour les exploiter...
Organisation physique
Deux montages sont possibles :
- Transmission : la lumière traverse complètement le doigt (ou autre) pour être lue de l'autre côté par la photodiode.
- Réflexion : la lumière est réfléchie, les LEDs et la photodiode sont du même côté.
Les deux montages fonctionnent correctement. La version "par réflexion" est certainement plus simple à mettre en œuvre car tout est du même côté, c'est un avantage qui saute aux yeux dans le cas d'une montre.
Mais ça ne marche pas toujours bien
L'oxymétrie de pouls est à présent une technique assez ancienne, et le corps médical possède un certain recul sur les problèmes de fiabilité rencontrés.
- Trouble de mouvement : il ne faut pas que le capteur bouge par rapport à la peau, sinon le signal va varier de manière désordonnée. Si vous êtes en train de courir, ou pris de tremblements, c'est normal que la mesure soit perturbée.
- Mauvaise circulation du sang : si vous présentez le syndrome de Raynaud, la circulation sanguine se bloque au bout des doigts (vasoconstriction), vous avez les doigts froids, et du coup, l'oxymètre va moins bien marcher.
- Vernis à ongle : connus pour perturber la mesure, surtout s'il est sombre, voire noir.
- Lumière externe : le soleil et autres sources lumineuses puissantes peuvent éventuellement saturer la photodiode et empêcher la mesure. Il suffit de cacher le capteur de la lumière pour vérifier un effet éventuel.
- Coloration de la peau : les peaux sombres/tatouées peuvent entraîner une surestimation de la SpO2 en cas d’hypoxémie déjà notable.
- Fumer modifie la réponse spectrale du sang, et peut notamment perturber la mesure.
- Drogues/médicaments : certains médicaments et drogues sont connues pour perturber les mesures, par exemple les drogues vasoactives, comme on peut s'en douter.
- Carboxyhémoglobine (HbCO) (empoisonnement par le monoxyde de carbone) et méthémoglobine (MetHb) (maladie bleue) affectent la précision de la SpO2
- Colorants : l’administration intraveineuse de colorants tels le bleu de méthylène ou le vert d’indocyanine provoque une chute de la SpO2
Bon, vous avez les bases concernant le fonctionnement. Comment l'appareil se présente ?
Ce que vous trouvez sur mon site est assez basique. Pour plus de sérieux, consulter :
- Utilisation d’un oxymètre de pouls au domicile par les patients en vue d’une autogestion. Pertinence, difficultés et mésusages. / Dany Baud, Nicolas Postel-Vinay
J'en recopie le résumé introductif :
L’automesure de la saturométrie pulsée en oxygène de l’hémoglobine (SpO2) au cours du Covid-19 a accéléré l’engouement du grand public pour les oxymètres, instruments non invasifs et peu coûteux pour certains. D’abord réservée aux professionnels de la santé, elle devient fréquente au domicile. Cependant, les compétences des soignants sont-elles transférables aux patients dans une perspective d’autogestion et d’autonomie augmentées ?
En saisissant les termes oxymètre de pouls dans un moteur de recherche internet, on découvre une pléthore d’appareils en vente dans des contextes médicaux, sportifs ou de bien-être (wellness). Leur publicité renvoie à des questions de santé comme : « Il vous arrive quelques fois d’avoir des palpitations ou du mal à respirer ? Cela peut être dû à un taux trop bas d’oxygène dans le sang ou à un rythme cardiaque trop élevé. » Que peut en penser le professionnel de la santé ?
D’abord utilisés aux blocs opératoires et en salles de réveil, les oxymètres de pouls occupent, aujourd’hui, une place incontournable dans la pathologie pulmonaire surtout à l’hôpital, mais aussi désormais à domicile. Si le maniement du dispositif ne pose pas de grandes difficultés, en revanche, la véritable question est de préciser ce qu’un utilisateur non professionnel (patient, famille, aidant) peut faire des résultats. La réponse est complexe car une utilisation raisonnée et raisonnable de l’oxymétrie de pouls ne va pas sans une compréhension minimale de la physiologie de l’oxygène et de sa place au cours des maladies pulmonaires ou cardiaques.
Conclusion : si vous achetez un oxymètre de pouls, comprenez d'abord cet article ! Et c'est nettement plus complexe qu'il n'y parait.