Đề tài: " Monitor theo dõi bệnh nhân "

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Huỳnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

574
lượt xem 100
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay, tại Việt nam, việc thăm khám, theo dõi và điều trị bệnh đã và đang trở nên là nhu cầu thiết yếu của người dân, đặc biệt là ở các thành phố lớn. Hơn nữa, hầu hết trong các gia đình này đều sử dụng máy tính cá nhân là phương tiện làm việc, học tập, nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: " Monitor theo dõi bệnh nhân "

-------- Luận văn Đề tài: Monitor theo dõi bệnh nhân
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................. Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 2 DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................. 3 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 5 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 5 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ............................................................................................... 6 HỆ THỐNG THEO DÕI TÍN HIỆU BỆNH NHÂN.......................................................... 6 Chương I: Khảo Sát Hệ Thống Monitor đa thông số.............................................................. 6 I.1 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số ....................................................................... 6 I.2 Chức năng của monitor đa thông số .............................................................................. 8 I.2.1 Hiển thị tín hiệu điện tim........................................................................................ 8 I.2.2 Hiển thị tín hiệu SPO2............................................................................................ 9 I.2.3 Hiển thị tín hiệu huyết áp ..................................................................................... 10 I.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số ...................................................... 11 I.3.1 Phép đo nhịp tim(HR) .......................................................................................... 11 I.3.2 Phép đo nhịp mạch ............................................................................................... 15 I.3.3 Phép đo huyết áp .................................................................................................. 16 I.3.4 Phép đo nhiệt đô ................................................................................................... 24 I.3.5 Phép đo nhịp thở ................................................................................................... 25 I.3.6 Phương pháp CO2 ................................................................................................ 27 I.3.7 Ghi tín hiệu điện tim ECG.................................................................................... 29 I.3.8 Độ bão hòa oxi trong máu SpO2 .......................................................................... 43 I.3.9 Đo cung lượng tim CO ......................................................................................... 45 Chương II: Khảo sát card thu thập và xử lý tín hiệu CSN 608............................................. 54 II.1 Giới thiệu về card CSN 608 ....................................................................................... 54 II.2 Các module của card CSN 608 .................................................................................. 57 II.2.1Module tín hiệu và dạng sóng điện tim................................................................ 57 II.2.2 Module tín hiệu và dạng sóng SPO2................................................................... 61 II.2.3 Module tín hiệu và dạng sóng RESP................................................................... 63 II.2.4 Module tín hiệu huyết áp..................................................................................... 68 II.3 Phân tích luồn dữ liệu trong card CSN 608 ............................................................... 75 II.3.1 Giao tiếp với card CSN 608 ................................................................................ 75 II.3.2 Cấu trúc và định dạng khung dữ liệu .................................................................. 76 Chương III: Khảo sát hệ thống PC nhúng ............................................................................ 81 III.1 Giới thiệu về hệ thống PC nhúng.............................................................................. 81 III.2 Các đặc điểm cơ bản của hệ thống PC nhúng........................................................... 81 III.3 Giới thiệu hệ điều hành Windows XPE rút gọn dùng cho PC nhúng....................... 82 PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................................. 86
Chương IV: Thu nhận và xử lý thông tin phần cứng........................................................... 86 IV.1 Đặc điểm cơ bản ....................................................................................................... 86 IV.2 Thu nhận thông tin từ hệ thống CSN608.................................................................. 86 Chương V: Xây dựng cấu trúc phần mềm ............................................................................ 90 V.1 Phần mềm thu nhận, hiển thị và lưu trữ thông tin bệnh nhân .................................... 90 V.2 Cấu trúc phần mềm và các module ............................................................................ 91 V.2.1 Cấu trúc phần mềm ............................................................................................. 91 V.2.2 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng điện tim ..................................................... 92 V.2.3 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng SPO2 ......................................................... 93 V.2.4 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng RESP ......................................................... 94 V.2.5 Module xử lý tín hiệu nhiệt độ ............................................................................ 95 V.2.6 Module xử lý tín hiệu huyết áp ........................................................................... 96 Chương VI: Phần mềm lập trình thu nhận, hiển thị và lưu trữ ............................................. 97 VI.1 Giao diện và chức năng phần mềm........................................................................... 97 VI.1.1 Các giao diện phần mềm ................................................................................... 97 VI.1.2 Các chức năng chính của phần mềm ................................................................. 98 KẾT LUẬN .................................................................................................................... 102 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 103 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BMS : Bedside Monitor System SPO2: ECG: Electrocardiogram TEMP: Temperature HR: Heart Rate XPE : XP embed PC: Personal Computer ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ RESP: Respiration – hô hấp SpO2: Saturation of Peripheral Oxygen - Nồng độ Oxi trong máu BP: Blood Pressure – huyết áp TEMP: Temperature – nhiệt độ NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP ..................................................................................... 8 Bảng 1. 2 Sơ đồ nguyên lý của khối SpO2 .................................................................................. 9 Bảng 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP ................................................................. 10 Bảng 1. 4 Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh.............................. 15 Bảng 1. 5 Sự sắp xếp của các tầng............................................................................................ 40 Bảng 1. 6 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu của Pulse Oximetor.......................................................... 44 Bảng 1. 7 Áp suất khí áp của nước ........................................................................................... 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân ....................................................................... 6 Hình 1. 2 Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường .......................................................... 7 Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP............................................................... 10 Hình 1. 4 Mạch bơm Diot ......................................................................................................... 12 Hình 1. 5 Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình.................................................... 13 Hình 1. 6 Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì ................... 14 Hình 1. 7 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch.............................................................. 17 Hình 1. 8: Sơ đồ mạch điện dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương ..................................... 17 Hình 1. 9 Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao động kế........ 19 Hình 1. 10 Phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic ........................................... 21 Hình 1. 11 Các khối chính trong thiết bị đo huyết áp siêu âm.................................................. 23 Hình 1. 12 Sơ đồ khối chi tiết đo nhiệt độ hiển thị số trực tiếp ................................................ 25 Hình 1. 13 Nguyên lý phương pháp đo trở kháng phổi ............................................................ 26 Hình 1. 14 Nồng độ CO2 khi hít vào và thở ra ......................................................................... 28 Hình 1. 15 Sơ đồ khối của quá trình phân tích khí CO2 trong hơi thở ..................................... 29 Hình 1. 16 Các đạo trình chuẩn ................................................................................................ 30 Hình 1. 17 Các đạo trình chi đơn cực ....................................................................................... 30 Hình 1. 18 Các đạo trình trước ngực ........................................................................................ 31 Hình 1. 19 Điện tim 12 kênh ghi .............................................................................................. 31 Hình 1. 20 Điện tim 6 kênh ghi ................................................................................................ 32 Hình 1. 21Điện tim 3 kênh ghi ................................................................................................. 32 Hình 1. 22 Điện tim 3 kênh ghi + 1 nhịp tim chuẩn ................................................................. 32 Hình 1. 23 Sơ đồ khối của việc thu nhận và xử lý tín hiệu ECG.............................................. 33 Hình 1. 24 Tín hiệu điện tim đặc trưng..................................................................................... 37 Hình 1. 25 Nhiễu do hoạt động mạnh ( kiểm tra dây đất, điều kiện điện cực) ......................... 38 Hình 1. 26 Mạch khuếch đại vi sai gồm 3 bộ khuếch đại thuật toán........................................ 38 Hình 1. 27 Mạch điều khiển chân phải để tối thiểu hóa nhiễu mode chung............................ 39 Hình 1. 28 Ví dụ về sự giảm nhiễu trong thiết kế một hê thống đa tầng ................................ 40 Hình 1. 29 Sơ đồ mạch bên trong của INA 118........................................................................ 41
Hình 1. 30 Ví dụ đơn giản về mạch lọc thông cao Sallen-Key 2 cực....................................... 42 Hình 1. 31 Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điện tim ............................................................ 42 Hình 1. 32 Mô phỏng kết quả kiểm tra ..................................................................................... 43 Hình 1. 33 Hình sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của máu tĩnh mạch, mô, xương và da......... 45 Hình 1. 34 Sự đo Oxi trong ống với một dung kế (phải).......................................................... 46 Hình 1. 35 Phương pháp pha loãng nhiệt (a), và đường cong đặc trưng (b) ............................ 51 Hình 1. 36Đường cong pha loãng bị che khuất bởi sự quay vòng (a), ..................................... 53 Hình 2. 1 Cấu trúc phần cứng ECG .......................................................................................... 57 Hình 2. 2 Cấu trúc phần cứng SPO2......................................................................................... 61 Hình 2. 3 Cấu trúc phần cứng ................................................................................................... 63 Hình 2. 4 Cấu trúc phần cứng ................................................................................................... 68 Hình 4. 1 Sơ đồ khối của modul ghép nối dữ liệu .................................................................... 87 Hình 4. 2 Chương trình tạo kết nối ảo cổng COM ................................................................... 88 Hình 4. 3 Chương trình thu và hiển thi dữ liệu lấy từ cổng COM............................................ 88 Hình 6. 1 Chức năng chương trình ........................................................................................... 98 Hình 6. 2 Chức năng cài đặt...................................................................................................... 99 Hình 6. 3 Điều chỉnh các thông số ECG................................................................................... 99 Hình 6. 4 Điều chỉnh các thông số RESP ............................................................................... 100 Hình 6. 5 Lựa chọn các tham số cảnh báo .............................................................................. 100 Hình 6. 6 Lưu trữ dữ liệu và thông số bệnh nhân ................................................................... 100 Hình 6. 7 Hiển thị các thông số huyết áp................................................................................ 101 Hình 6. 8 Hiển thị nhịp tim ..................................................................................................... 101 Hình 6. 9 Hiển thị thông số SPO2 .......................................................................................... 101 Hình 6. 10 Hiển thị các thông số nhịp hô hấp......................................................................... 101
MỞ ĐẦU Ngày nay, tại Việt nam, việc thăm khám, theo dõi và điều trị bệnh đã và đang trở nên là nhu cầu thiết yếu của người dân, đặc biệt là ở các thành phố lớn. Hơn nữa, hầu hết trong các gia đình này đều sử dụng máy tính cá nhân là phương tiện làm việc, học tập, nghiên cứu. Xuất phát từ những điều này, em đã thực hiện nghiên cứu thiết kế và bước đầu chế tạo ra thiết bị theo dõi sức khỏe. Đó là sự kết hợp giữa phần cứng thu nhận, xử lý các thông số sinh học và phần mềm điều khiển và hiển thị trên máy tính cá nhân. Các thông số sinh học chứa những thông tin về bệnh lý bao gồm: Điện tim ECG, nhịp tim HR, nhịp thở RESP, nhịp mạch PR, nồng độ ôxy bão hòa SpO2, huyết áp không thiệp NIBP, nhiệt độ cơ thể TEMP. Thiết bị đã được thiết kế khá ổn định, hoạt động tin cậy, độ chính xác và đảm bảo an toàn, phần mềm điều khiển đơn giản, hiển thị kết quả đo rõ rang bằng giao diện tiếng việt.
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THEO DÕI TÍN HIỆU BỆNH NHÂN Chương I: Khảo Sát Hệ Thống Monitor đa thông số I.1 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số Các thiết bị theo dõi tại giường có các cấu hình khác nhau phụ thuộc vào các nhà sản xuất. Chúng được thiết kế để theo dõi các thông số khác nhau nhưng đặc tính chung giữa tất cả các máy đó là khả năng theo dõi liên tục và cung cáp sự hiển thị rõ nét đường sóng ECG và nhịp tim. Một số thiết bị còn bao gồm khả năng theo dõi áp suất, nhiệt độ, nhịp thở, nồng độ oxi bão hòa SpO2, … Hình 1. 1 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân
Sự xuất hiện của các máy vi tính đã đánh dấu sự mở đầu của một hướng phát triển cơ bản mới trong các hệ thống theo dõi bệnh nhân. Những hệ thống như vậy có một khối CPU chính có khả năng tổng hợp, ghi nhận bản chất của nguồn tín hiệu và xử lý chúng một cách thích hợp. Phần cứng chịu trách nhiệm cho việc phân tích tín hiệu sinh lý, hiển thị thông tin và tương tác với người sử dụng trên thực tế là một tập hợp các khối phần sụn được thực hiện dưới chương trình vi tính. Phần sụn đem lại cho hệ thống tính chất của nó các công tắc, nút, núm xoay,và đồng hồ đo được thay thế bằng màn hình sờ ( cảm ứng). Hình 3.1 minh họa sơ đồ khối của chung của một Bedside monitor. Trong đó: ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ RESP: Respiration – hô hấp SpO2: Nồng độ Oxi trong máu BP: Blood Pressure – huyết áp TEMP: Temperature – nhiệt độ NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp Khối dầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, khối SpO2/BP/TEMP, khối NIBP. Hình 1. 2 Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường
I.2 Chức năng của monitor đa thông số I.2.1 Hiển thị tín hiệu điện tim Thực hiện đo một kênh tín hiệu ECG và đường sóng hô hấp( RESP) hình(3.2). Các mạch trở kháng cao và các bộ hãm khí bảo vệ các bộ khuếch đại đầu vào khỏi sốc tim và các tín hiệu nhiễu tần sô cao từ các điện cực gắn trên người bệnh nhân. Các mạch đầu vào của khối này được cách ly với các mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy biến thế. Khối này nhận một kênh tín hiệu ECG từ các đạo trình 3 điện cực hoặc 5 điện cực. Phụ thuộc vào cài đặt phần mềm mà bộ chọn đạo trình ở khối này chọn đạo trình phù hợp từ 3 đến 5 điện cực đặt trên người bệnh nhân. Mạch xử lý đường sóng hô hấp có khả năng đo trở kháng của các tín hiệu đầu vào. Sự thay đổi trở kháng của các tín hiệu đầu vào gây ra sự thay đổi điện áp của tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện áp này máy tính ra số nhịp thở của bệnh nhân. Bảng 1. 1 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP
I.2.2 Hiển thị tín hiệu SPO2 Khối này được dùng để đo một kênh đường sóng huyết áp, một kênh đường sóng nhiệt độ và giá trị của SpO2. Các mạch đầu vào trên bảng này được cách ly khỏi các mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy biến thế. Thường ở trên khối này có một công tắc ngầm dùng để cài đặt các thông số cần đo trong khối. Trong mạch xử lý nhiệt độ, tín hiệu đầu vào từ các thermistor được lọc qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ nhiễu tần sô cao. Bộ ghép kênh sau đó sử dụng đồng thời điện áp tham chiếu 270C, điện áp định cỡ cho 370C và tín hiệu nhiệt độ cơ thể từ các thermistor. Trong mạch xử lý huyết áp(hình 3.4) bộ kích thích điều khiển hoạt động của đầu đo huyết áp. Những tín hiệu đầu vào từ transducer được khuếch đại và sau đó được lọc qua bộ lọc thông thấp. Mạch xử lý SpO2 (hình 3.3) bao gồm 3 mạch nhỏ: mạch điều khiển LED, mạch phát điện ID đầu đo, và mạch xử lý tín hiệu đầu vào. Mạch điều khiển LED điều khiển hoạt động của LED ở trong đầu đo. Mạch phát hiện ID đầu đo tìm dạng và sự hiện diện của đầu đo. Trong mạch xử lý tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu vào từ photodiode được khuếch đại và được lọc qua bộ lọc thông thấp. Trong quá trình này, một phần tín hiệu khi không dò được ánh sáng đượcgiữ lại như đường gốc của tín hiệu. Bảng 1. 2 Sơ đồ nguyên lý của khối SpO2
Bảng 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP I.2.3 Hiển thị tín hiệu huyết áp Sau khi tín hiệu nhận từ đầu đo huyết áp, khối này khuếch đại các tín hiệu đầu vào rồi sau đó cho qua các bộ lọc và đau vào bộ ghép kênh. Các tín hiệu từ bộ ghép kênh sau đó được đưa vào bảng mạch mẹ để xử lý tiếp. Trong khối này có một bộ điều khiển van an toàn để kiểm tra trạng thái của van an toàn. Van an toàn được thiết kế sao cho nó tự động làm giảm bớt áp suất của Cuff khi áp suất này vượt quá 300mmHg. Van này giúp bảo vệ bệnh nhân trong trường hợp mạch an toàn không dừng tăng áp suất của cuff khi áp suất đã đạt đến 300mmHg Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP
I.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số I.3.1 Phép đo nhịp tim(HR) Nhịp tim được xác định là số lần tim đập trong một phút. Việc theo dõi nhịp tim là để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm. nhịp tim lấy được từ sự khuếch đại xung ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng thời gian tức thì giữa 2 đỉnh R liền nhau. Dải đo từ 0-300 nhịp/phút. Các điện cực ECG ngực hay chi được sử dụng là các cảm biến. Đo nhịp tim gồm có phép đo trung bình, phép đo tức thì Phép đo trung bình: Dựa trên cơ sở chuyển đổi mỗi đỉnh sóng R của ECG thành một xung có biên độ và thời gian cố định và sau đó xác định dòng trung bình từ những xung đó. Chúng kết hợp mạch được thiết kế một cách đặc biệt để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị nhịp tim trung bình theo đơn vị nhịp/ phút. Mạch trung bình thông thường được sử dụng để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị hịp tim trung bình là mạch “bơm điot” minh họa trong hình 3.7. Nếu một tụ C được nạp đầy bằng một xung có biên độ điện áp V, thì điện tích được giữ trong nó với một xung là: q = CV Nếu có N xung trong một khoảng thời gian t, sao cho mỗi xung nạp một lượng điện tích q lên tụ, sau đó tổng điện tích là: Q = Nq = NCV Do đó dòng trung bình trong chu kì t là Q NCV itb = = = CVf t t Phương trình cho thấy dòng trung bình tỷ lệ thuận với số xung trong một đơn vị thời gian. Vì vậy, một đồng hồ đo dòng có thể được định cỡ để đưa ra kết quả đọc trực tiếp nhịp tim trung bình theo nhịp/phút.
Hình 1. 4 Mạch bơm Diot Khi một xung dương có biên độ V được đưa vào đầu vào của mạch, tụ C1 sẽ được nạp đến C1V thông qua diot D1, diot này sẽ dẫn và tạo ra một điện trở không đáng kể. Do đó, sự nạp tụ sẽ do hằng số thời gian R1C1 khống chế, và hằng số này nhỏ hơn rất nhiều chiều rộng của xung đầu vào. Khi xung đầu vào chuyển thành 0, cathode của D2 là âm V vôn so với anode, do đó điot D2 phân cực thuận và bắt đầu dẫn điện. Tụ C1 sau đó phóng điện qua diot D2, đồng hồ đo và các điện trở R1, R2. Tụ C2 được sử dụng để trung bình hóa dòng qua đồng hồ đo và do đó nó phải lớn hơn nhiều so với tụ C1. Mạch được sắp xếp sao cho tụ C1 phóng điện hoàn toàn trước khi xung tiếp theo xuất hiện tại đầu vào. Một xung khác có độ lớn V lại một lần nữa nạp một điện tích q, sau đó lại được bơm qua đồng hồ đo khi xung đầu vào quay lại bằng 0. Nếu dòng trung bình itb chạy qua một điện trở R2 ( điện trở đồng hồ đo chỉ thị), thì điện áp của tụ là: e = C.V.f.R2 Mối liên hệ này là đúng hcỉ khi e có một tỉ lệ nhở so với V. Tính tuyến tính 0.1% có thể đạt được bằng cách sử dụng V = 150V và e = 1V. Nhưng cách này không thực tế đối với hầu hết các mạch. Do đó một số dạng biến đổi được thực hiện để có được một điện áp đầu ra có mối quan hệ tuyến tính với tần số. Sơ đồ khối của một dụng cụ đo nhịp tim trung bình đọc trực tiếp được mô tả trong hình 3.8. Xung ECG nhận được từ các điện cực được khuếch đại tại một bộ tiền khuếch đại tới mức có thể vận hành mạch kích hoạt Schmidt. Bộ kích hoạt Schmidt chuyển đổi mỗi sóng R thành một xung hình chữ nhật, sau đó được lầy
vi phân trong một bộ vi phân RC để mạng lại các xung đỉnh nhọn cho việc kích hoạt Monostable Multivibrator. Đầu ra của bộ Multivibrator này bao gồm các xung đồng dạng có cùng một biên độ và thời gian đi tới bộ tích phân ( mạch bơm diot), mạch này tạo ra một dòng tỉ lệ thuận với tần số đầu vào. Hình 1. 5 Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình Burbage mô tả một dụng cụ đo nhịp tim trung bình sử dụng bộ lọc thông thập đa phản hồi với một bộ khuếch đại thuật toán như một phần tử hoạt động để đạt được sự tích phân mong muốn và chuyển đổi một dãy các xung thành một điện áp tương ứng. Phép đo tức thì: Nhịp tim tức thì giúp cho viếc phát hiện ra sự rối loạn nhịp và cho phép theo dõi kịp thời các trường hợp tim mạch khẩn cấp khi chúng mới chớm xuất hiện. Hình 3.9 cho thấy nguyên lý của một dạng dụng cụ đo nhịp tim tức thì. Nó cung cấp đầu ra ổn định giữa các xung, biểu diễn tần số tức thì giữa hai xung trước. Điện áp đầu ra giữa R2 và R3 tỉ lệ với tần số xung của R1 và R2 tức là tỉ lệ với 1/T1. Đầu ra giữa R3 và R4 tỉ lệ với 1/T2, nếu nhịp tim trở nên thấp hơn ( với T4>T3) và xung không xuất hiện tại thời điểm thời gian bằng T3 sau R4, đầu ra bắt đầu giảm và hiệu chỉnh thành giá trị mới. Kỹ thuật này có ưu điểm là thiết kế đơn giản nhưng nó không cho ra đầu ra tuyến tính cho một dải tần số rộng.
Một kỹ thuật khác được dùng rộng rãi cho việc đo nhịp tim tức thì bao gồm 2 tụ, một được sử dụng như tụ đo thời gian và tụ kia được sử dụng như một tụ bộ nhớ. Hoạt động phụ thuộc vào việc nạp tụ đo theo chu kì thời gian giữa hai quãng thời gian cuối, trong khi đó “tụ bộ nhớ” hiển thị giá trị được lưu trữ tương ứngvới quãng thời gian giữa hai quãng thời gian cuối. Ở đây đầu ra không tuyến tính. Cisek (1972) đưa ra một thiết kế cho một Cardiotachometer xung – xung tuyến tính sử dụng kĩ thuật này. Trong mạch của ông mạch đo thời gian được nạp theo hàm hypecbol giã hai xung liên tục tạo ra giá trị điện áp cuối, có quan hệ tuyến tính với tần số xung tức thời. Hình 1. 6 Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì Hình trên là sơ đồ khối của một Cardiotachometer. ECG được lấy mẫu trong mỗi bước 2ms. Sự chuyển tiếp nhanh của các thành phần biên độ cao được làm suy yếu đi băng một bộ hạn chế tỉ lệ xoay, bộ này làm giảm biên độ nhiễu do máy tạo nhịp tim gây ra và làm giảm khả năng tính những nhiễu này thành các nhịp đập của tim. Hai mẫu 2ms gần nhau được lấy trung bình và kết quả là một chuỗi mẫu 4ms được tạo ra. Để loại bỏ những thành phần tần số cao không cần thiết của tín hiệu, người ta dùng một bộ lọc Butterworth xung phản hồi không giới hạn tần số 30Hz. Bộ lọc này cho ra các mẫu 8ms trong quá trình hoạt động. Bất kì một sóng DC nào cuối cùng cũng phải qua một bộ lọc so sánh QRS, bộ dò nhịp đập nhận
biết các tổ hợp QRS trong các giá trị của đường điện tim đang được ghi. Nếu giá trị này vượt quá giá trị ngưỡng thì một nhịp tim được đếm. Ngưỡng này được hiệu chỉnh tự động phụ thuộc vào giá trị của biên độ sóng QRS và khoảng thời gian giữa các tổ hợp QRS. Tiếp theo mỗi nhịp đập là chu kì ức chế 200ms được đưa vào, trong qua trình dó không có nhịp tim nào được nhận ra. Điều này làm giảm khả năng sóng T được tính nhầm. Chu kì ức chế cũng được duy trì biến đổi như một phương trình nghích đảo giới hạn nhịp tim trên với các giới hạn nhịp tim cao thấp hơn thi chu kì ức chế dài hơn. Bảng 1. 4 Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh I.3.2 Phép đo nhịp mạch Nhịp mạch được xác định là số lần máu được đẩy vào trong động mạch. Theo dõi thông số nhịp mạch là để biết xem tim có đẩy được máu đi lên động mạch hay không. Để đo nhịp mạch người ta sử dụng một transducer điện quang thích hợp để đặt lên ngón tay hay dái tai. Tín hiệu từ tế bào quang học được khuếch đại và được lọc và khoảng thời gian được đo giữa hai xung liên tục. Dải đo từ 0-250bpm. Theo dõi xung ngoại vi có ích hơn và độc lập hơn so với việc tính nhịp tim từ đường điện tim trong trường hợp tắc tim bởi vì nó có thể ngay lập tức chỉ ra sự ngừng lưu thông máu trong các chi. Thêm vào đó các Transducer điện quang rất dễ dùng so với ba điện cực điện tim. Biên độ của tín hiệu thu được bằng phương
pháp này cũng đủ lớn để so sánh với tín hiệu điện tim và do đó nó cho ra tỉ lệ tín hiệu – nhiễu tốt hơn. Tuy nhiên, kĩ thuật này chịu ảnh hưởng khá lớn của các tác nhân nhiễu do chuyển động. I.3.3 Phép đo huyết áp Huyết áp là một thông số phổ biến và hiệu quả nhất trong y tế để thực hành sinh lý. Thực hiện xác định giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của áp suất máu trong mỗi chu kì nhịp tim, bổ xung thêm thông tin về các thông số sinh lý, hỗ trợ cho việc chẩn đoán để đánh giá điều kiện củ mạch máu và một vài khía cạnh về hoạt động của tim. Có nhiều phương phương pháp đo huyết áp khác nhau, nhưng phân ra làm 2 loại: đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp và đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp. Các giá trị áp suất trong hệ thống chức năng được chỉ ra: - Hệ thống động mạch 30 – 300mmHg - Hệ thống tĩnh mạch 5 – 15mmHg - Hệ thống phổi 6 – 25mmHg Đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp IBP: Là phương pháp đo chính xác nhất vì cảm biến được cấy trực tiếp vào động mạch của cơ thể (như trong hình 3.11). Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xác cao đáp ứng cho yêu cầu theo dõi liên tục của hệ thống monitor. Phương pháp này cho phép đo huyết áp trong các vùng sâu mà phương pháp đo gián tiếp không đo được. Trong phương pháp đo trực tiếp người ta sử dụng các loại ống thông có gắn cảm biến để đưa vào trong động mạch hoặc tĩnh mạch đế vùng quan tâm. Có hai loại ống thông được sử dụng, một loại có cảm biến được gắn ở đầu ống và thực hiện chuyển đổi áp lực của máu thành tín hiệu điện. Một loại khác là ống chứa đầy chất lỏng, áp lực máu sẽ được truyền đến đầu dò thông qua chất lỏng trong ống. Sau đó đầu dò sẽ chuyển đổi sang các tín hiệu điện tương ứng. Các tín hiệu điện này sau đó được khuếch đại và hiển thị hoặc là ghi
lai để xem xét. Trong phương pháp đo này trước khi đưa các ống thông vào trong mạch máu phải được tiệt trùng trước. Hình 1. 7 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch Hình trên mô tả sơ đồ mạch điện thông dụng cho việc xử lý tín hiệu điện thu được từ các đầu dò. Đầu dò được kích thích với điện áp DC 5V, các tín hiệu điện tương ứng với áp suất của động mạch được đưa tới bộ khuếch đại. các bộ khuếch đại này tương tự như các bộ khuếch đại trong các máy ghi điện tim. Việc kích thích cho các đầu dò được lấy từ bộ khuếch đại điều khiển cầu Wien qua bộ biến đổi cách ly. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại được điều chỉnh theo độ nhạy của đầu dò. Sau khi qua bộ lọc RF, tín hiệu được đưa qua bộ giải điều chế để lọc bỏ sóng mang để thu được tín hiệu cần thiết. Hình 1. 8: Sơ đồ mạch điện dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương
Trong khi đo ở tâm thu, mạch đo áp suất tâm thu hoạt động. Khi các xung mạch xuất hiện ở A, diot D3 và tụ C3 điều khiển tín hiệu vào để đưa ra giá trị của tâm thu. Thời gian phóng nạp của R3C3 được lựa chọn theo một bộ phát nhỏ được hiển thị trên đồng hồ M1. Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị một cách gián tiếp. Một mạch chốt bao gồm tụ C1 và diot D1 được sử dụng để cân bằng giá trị điện áp đỉnh đỉnh của xung mạch. Giá trị điện áp này được xác định trên R1, diot D2 và tụ C2 điều khiển giá trị tín hiệu xung mạch. Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị trên đồng hồ M2 để chỉ ra sự khác nhau giữa đỉnh áp suất tâm thu và áp suất của xung mạch. Việc đo áp suất tĩnh mạch chính CVP (central Venous Pressure) được thực hiện với kĩ thuật ống dẫn đặc biệt. Các đầu dò với độ nhạy cao được đưa vào trong tĩnh mạch để đo áp suất máu. Tuy nhiên các đầu dò không thể gắn trực tiếp lên đầu của ống và không thể thay đổi vị trí của ống trong khi đo. Việc đo áp suất tĩnh mạch chính thường được đo từ một ống dẫn định vị cao cấp, các ống dẫn này thường dài từ 25 – 30cm. Đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp NIBP: Kĩ thuật này dùng để xác định áp suất của máu tại tâm thu và tâm trương bằng cách cuốn quanh cánh tay để lấy áp lực của động mạch. Phương pháp này được thực hiện bằng cách cuốn quanh cánh tay một túi chịu áp lực, sau đó dùng bóng hơi để bơm hơi vào túi đến một giá trị nhất đinh. Cho giảm dần áp suất trong túi một cách đều đặn, tới khi nào có máu chảy trong động mạch thì đó là giá trị áp suất tâm thu, tiếp tục giảm dần áp suất trong túi đến khi máu chảy bình thường thì giá trị đó là áp suất tâm trương. Nhưng vấn đề xác định ngưỡng của hai áp suất trên là rất khó, mà theo cách trên là rất thủ công thực hiện bằng tay, kết quả phụ thuộc nhiều vào khả năng của y tá. Nên từ đó đã tìm ra các phương pháp đo hoàn toàn tự động có thể thực hiện trên máy: • Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp KorotKoff:
Phương pháp này thực hiện giống như khi làm bằng tay nhưng có thêm cảm biến âm được đặt vào túi khí để thu các âm thanh Korokoff. Các âm thanh này qua chất áp điện sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu điện tương ứng. Sau đó các tín hiệu này được khuếch đại và truyền đi qua các bộ lọc thông dải để loại bỏ nhiễu. Từ các tín hiệu thu được người ta xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng. Quá trình diễn ra trong khoảng thời gian từ 2-5s. Hình 1. 9 Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao động kế. • Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp dịch pha: Dựa vào sự xuất hiện mạch tại thời điểm tâm thu và biến mất tại thời điểm tâm trương. Xác định tức thì các giá trị áp suất tâm trương và tâm thu. Để thực hiện được điều đó, người ta sắp xếp trên túi khí gồm 3 túi con hoặc là 3 ngăng con được bơm cao hơn áp suất suất tâm thu khoảng 30 mmHg. Một trong các tui đó được gọi là túi tâm thu, hai túi còn lại được gọi là túi tâm trương. Gía trị áp suất tâm thu được xác định bằng cách cảm nhận mạch máu đầu tiên đi qua các túi tâm trương. Còn giá trị áp suất tâm trương được xác định bằng cách phát hiện ra khi tín hiệu từ các túi tâm trương không còn bị dịch pha so với nhau nữa.