Berawal dari Sinyal Pengganggu, Lahirlah Oksimeter Nadi

Pada tahun 1972, Takuo Aoyagi bekerja di perusahaan alat kesehatan Nihon Kohden. Timnya sedang mengembangkan cara noninvasif untuk mengukur curah jantung, yaitu jumlah darah yang dipompa jantung dalam satu menit. Salah satu metode yang dipelajari menggunakan zat warna yang disuntikkan ke pembuluh darah, lalu dilacak saat mengalir dan menyebar di dalam tubuh.

Untuk membaca perubahan zat warna, Aoyagi menggunakan cahaya yang menembus telinga. Masalahnya, cahaya yang tertangkap sensor ikut berubah setiap kali darah berdenyut. Sinyal itu mengacaukan grafik yang dibutuhkan untuk mengikuti pergerakan zat warna.

Aoyagi berusaha menyeimbangkan sinyal cahaya merah dan inframerah agar pengaruh denyut bisa dihilangkan. Akan tetapi, ketika saturasi oksigen berubah, sinyal denyut itu tidak dapat sepenuhnya dibatalkan. Di situlah arah eksperimennya bergeser. Perubahan yang semula ingin ia singkirkan ternyata menyimpan informasi.

Darah yang berdenyut di arteri mengubah jumlah cahaya yang diserap jaringan. Hemoglobin yang membawa oksigen dan hemoglobin yang tidak membawa oksigen juga menyerap cahaya merah dan inframerah dengan cara berbeda. Aoyagi menyadari bahwa perbandingan perubahan sinyal denyut pada kedua jenis cahaya itu dapat digunakan untuk memperkirakan saturasi oksigen.

Temuan itu bukan berarti Aoyagi menciptakan oksimeter dari nol. Para ilmuwan telah mengembangkan alat pengukur oksigen berbasis cahaya sejak beberapa dekade sebelumnya.

Pada 1940-an, misalnya, sudah ada oksimeter yang dipasang di telinga. Namun, perangkat awal masih membutuhkan kalibrasi dan memiliki keterbatasan untuk memberikan pembacaan yang konsisten.

Temuan Aoyagi membantu membuka jalan bagi pengukuran saturasi oksigen secara noninvasif dengan memanfaatkan denyut itu sendiri.

Pada tahun 1974, Aoyagi memperkenalkan rancangan oksimeter telinganya dalam sebuah konferensi di Osaka. Saat itu, perangkatnya masih jauh dari bentuk oksimeter yang kini dijepitkan di ujung jari. Sensor dipasang di telinga, sementara pengembang di berbagai perusahaan lain terus mencari cara membuat alat ini lebih praktis digunakan.

Dalam beberapa tahun berikutnya, teknologi tersebut mulai berevolusi. Sensor yang dapat dipasang di ujung jari, penggunaan LED, dan sensor cahaya yang makin andal membuat oksimeter makin mudah digunakan di ruang operasi dan unit perawatan rumah sakit pada tahun 1980-an.

Walaupun bentuknya berubah, tetapi prinsip dasarnya tetap sama. Alat ini mengirimkan cahaya merah dan inframerah melalui jaringan di jari, lalu mengukur cahaya yang berhasil melewatinya. Karena darah yang kaya akan oksigen dan darah yang lebih sedikit mengandung oksigen menyerap cahaya secara berbeda, perangkat dapat menerjemahkan perubahan sinyal yang mengikuti denyut nadi menjadi angka saturasi oksigen atau SpO₂. Dari denyut yang sama, alat ini juga dapat memperkirakan frekuensi nadi.

Yang menarik, teknologi ini masih bertumpu pada gagasan yang ditemukan Aoyagi puluhan tahun lalu, bahwa denyut nadi yang semula dianggap sebagai gangguan ternyata justru menjadi kunci untuk mengukur kadar oksigen dalam darah tanpa perlu menusukkan jarum.

Oksimeter nadi memperkirakan saturasi oksigen tanpa mengambil sampel darah. Karena itu, hasilnya tidak selalu sama dengan pemeriksaan darah arteri dan tidak bisa digunakan sendirian untuk mendiagnosis seseorang. Sirkulasi yang buruk, suhu kulit, gerakan, cat kuku, dan pigmentasi kulit dapat memengaruhi pembacaan.

Keterbatasan tersebut menjadi sorotan ketika para peneliti di Amerika Serikat (AS) membandingkan hasil oksimeter dengan pemeriksaan darah arteri pada pasien rumah sakit. Mereka menemukan bahwa kondisi yang disebut hipoksemia tersembunyi, yaitu saat kadar oksigen darah sebenarnya rendah tetapi tidak terdeteksi oleh oksimeter, lebih sering ditemukan pada sebagian kelompok pasien dibanding kelompok lainnya. Ini merupakan pengingat bahwa angka pada layar tidak boleh dibaca terpisah dari kondisi pasien dan penilaian klinis.

Karena itu, meskipun oksimeter telah menjadi alat penting dalam dunia medis, pengembangannya belum berhenti. Pada tahun 2025, Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) menerbitkan rancangan panduan yang mendorong pengujian perangkat pada orang dengan rentang pigmentasi kulit yang lebih beragam. Tujuannya agar pembacaan alat makin akurat untuk lebih banyak orang.

Kisah penemuan oksimeter nadi menunjukkan bahwa suatu penemuan besar bisa bermula dari ketidaksengajaan. Bagi Aoyagi, denyut nadi awalnya merupakan gangguan yang ingin dihilangkan. Namun dari situlah muncul petunjuk yang akhirnya membantu tenaga kesehatan memantau jutaan pasien.