Chương 1: Tổng quan: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, về mạng Wifi. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu về sơ lược về tín hiệu nhịp tim, huyết áp module NodeMCU, chuẩn giao tiếp I2C, SPI, các ngôn ngữ để thiết kế lập trình và thiết kế giao diện. Chương 3: Thiết kế và thi công: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, các thiết kế về phần cứng và phần mềm.
Chương 4: Kết quả thi công: Đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài. 4 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TÍN HIỆU NHỊP TIM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHỊP TIM 2.1 Tín hiệu nhịp tim Nhịp tim(Heart Rate – HR) là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được tính bằng nhịp/phút. Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxy và bài tiết CO2 của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ.
Chỉ số HR bình thường là khác nhau giữa các cá thể, phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tình trạng sức khỏe,vv. Sự thay đổi của chỉ số HR có thể là dấu hiệu cho thấy một sự thay đổi của trạng thái tim, qua đó có thể phản ánh tình trạng sức khỏe cơ thể. Resting Heart Rate (RHR) là chỉ số nhịp tim khi cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi, do đó tìm không cần phải hoạt động nhiều để bơm máu đi khắp cơ thể, RHR được đo chính xác nhất vào thời điểm vừa ngủ dậy lúc sáng sớm. Ở trạng thái đang ngồi hoặc nằm, thư giãn và cơ thể không bệnh tật, chỉ số RHR vào khoảng 60-100 BPM.
Tuy vậy, RHR thấp hơn 60 không đồng nghĩa với sự bất ổn nào đó trong cơ thể, đó có thể là dấu hiệu của tác dụng phụ khi dùng thuốc, hoặc đối với vận động viên, những người hoạt động nhiều, có thể trạng tốt, cơ tim của họ không cần phải hoạt động mạnh để giữ được cho các cơ quan chức năng trong cơ thể hoạt động ổn định. Ngoài ra, các yếu tố bên ngoài cũng gây ảnh hưởng đến HR: Nhiệt độ môi trường: khi nhiệt độ tăng cao, tim đập mạnh hơn và truyền máu đi nhiều hơn, chỉ số HR sẽ tăng nhưng thường không quá 10 BPM. Trạng thái cơ thể: HR thường không đổi ở trạng thái nghỉ ngơi, đứng hoặc ngồi. Tuy nhiên, vào khoảng 15-20s khi vừa đứng lên, HR sẽ tăng lên một chút trước khi ổn định trơ3 lại.
Yếu tố cảm xúc, tinh thần cũng ảnh hưởng đến HR: lo lắng, căng thẳng hay quá xúc động sẽ khiến HR tăng cao. Kích thước cơ thể: với những người nặng cân, RHR thường sẽ cao hơn, nhưng cũng không vượt quá 100 BPM. Tác dụng phụ khi sử dụng thuốc: các loại thuốc kiềm hãm cơ thể tiết ra adrenaline(beta blocker) sẽ làm chậm HR, quá liều lượng thuốc làm tăng HR. 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1 Chỉ số RHR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi Target Heart Rate (THR) là chỉ số nhịp tim nhắm đến khi cơ thể ở trạng thái hoạt động như làm việc, tập thể dục, vận động cơ thể, vv, do đó tim cần hoạt động co bóp mạnh để cung cấp đủ lượng máu nuôi các cơ quan.
Chỉ số THR thường được sử dụng để theo dõi trong quá trình luyện tập, bảo đảm các bài tập không quá sức. 6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.2 Chỉ số THR đối với trạng thái hoạt động cơ thể Do đó, theo dõi chỉ số HR của một người trog thời gian dài sẽ cho ta biết được phần nào tình trạng sức khỏe, thói quen hàng ngày, chất lượng cuộc sống của họ, qua đó có những biện pháp cải thiện kịp thời.2 Các quá trình điện học của tim Tim là tổ chức cơ rỗng, tại đó sự co bóp một cách tuần tự các cơ sẽ tạo ra áp lực đẩy máu đi qua các bộ phận khác nhau trên cơ thể. Mỗi nhịp tim được kích thích bởi xung điện từ các tế bào nút xoang tại tâm nhĩ. Các xung điện truyền đến các bộ phận khác của tim và làm cho tim co bóp.
Việc ghi tín hiệu điện tim là ghi lại các tín hiệu điện này (tín hiệu ECG). Năng lượng chuyển hóa được sử dụng để tạo ra môi trường trong giàu Kali nhưng ít Natri so với thành phần ngoại bào Natri cao và Kali thấp. Do có sự không cân bằng tồn tại điện thế tĩnh trên màng tế bào, bên trong chừng 90 mV so với bên ngoài. Khi tế bào bị kích thích (bằng cách cho dòng điện vốn làm tăng tạm thời thế ngang mảng), các tính chất của mảng thay đổi theo chu trình, pha thứ nhất của nó là độ thấm mạnh đối với Natri, dòng Natri lớn (sớm) chảy vào trong do các gradient khuếch tán và điện.
7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Các thế tác động qua màng Dòng chảy tạo ra dòng điện như hình 1. Trong khi di chuyển liên tiếp, tế bào về cơ bản có tính chất như nguồn lưỡng điện. Dòng Natri chuyển tiếp này chịu trách nhiệm về dòng mạch điện nội tại và là một phần của dòng điện đó. Theo cách này, hoạt động mở rộng tiếp tới các tế bào lân cận.
Khi màng hồi phục (trở về các tính chất nghỉ), thế tác động của tế bào kết thúc và nó trở lại trạng thái nghỉ và có khả năng được tái kích thích. Nói một cách ngắn gọn khi có dòng Natri, Kali chảy qua màng tim thì có điện thế được sinh ra.3 Sự hình thành các dạng sóng của tim Tính dẫn truyền Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng, dày mỏng không đều nhau, cấu trúc phức tạp làm cho tín hiệu điện của tim phát ra thực chất là tổng hợp của các sợi cơ tim, phức tạp hơn của một tế bào hay một sợi cơ. Nó cung cấp tín hiệu kích thích truyền xung ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực, nhĩ bóp trước đẩy máu xuống tâm thất. Vận tốc truyền đối với thế năng động của nút SA là khoảng 30cm/s trong mô tâm nhĩ.
Sau đó nút nhĩ thất (AV node: Aschoff – Tawara node) nhờ tiếp nhận 8 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT xung động sẽ truyền qua bó His. Có một bộ dãy mô chuyên biệt nằm giữa nút SA và AV, ở đó vận tốc truyền nhanh hơn vận tốc trong mô tâm nhĩ khoảng 51cm/s, con đường truyền dẫn bên trong này mang tín hiệu đến các tâm thất. Do tâm thất phải hoạt động đáp ứng lại một động năng trước khi tâm nhĩ rỗng nên ở mức động năng 45cm/s sẽ đạt đến-nút AV trong khoảng 30 đến 50ms sau khi phóng từ nút SA. Sau đó nút AV hoạt động giống như một giới hạn hoãn nhằm làm chậm lại phần đến trước của thế năng động cùng với hệ thống dẫn điện bên trong hướng đến các tâm thất.
Xung truyền qua hai nhánh cơ tâm thất nhờ Purkinje và làm khử cực tâm thất. Lúc này tâm thất đã đầy máu sẽ bóp mạnh và đẩy máu ra ngoài. Tính dẫn đường các sợi Purkinje rất nhanh. Thế động năng chạy qua khoảng cách giữa các nút SA và AV là khoảng 40ms và bị làm chậm lại bởi nút AV khoảng 100ms sao cho kích hoạt các ngăn lưới có thể đồng bộ với phần trống của các ngăn trên.
Việc dẫn vào các chùm nhánh thì khá nhanh giả định cho 60ms khác vươn đến các sợi Purkinje xa nhất.2 Cấu tạo của trái tim Hình 2.3 Xung điện qua các cơ tim Tính trơ và các thời kỳ trơ Tính chất chính của tế bào cơ (phụ trách truyền dẫn) liên quan đến sự hình thành chứng loạn nhịp là sự trơ (không phản ứng) đối với kích thích trong một giai đoạn xác định nào đó. Khoảng thời gian này được gọi là chu kỳ trơ. 9 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong suốt chu kỳ trơ, các tế bào tái cực. Mật độ ion K+, Na+ bên trong và bên ngoài thay đổi do các ion trên di chuyển qua màng tế bào để tạo điện thế nghỉ.
Chu kỳ trơ có thể chia làm 2 phần: Giai đoạn đầu ngay lập tức theo sau giai đoạn khử cực, tế bào hoàn toàn không phản ứng lại với kích thích bên ngoài và được gọi là giai đoạn trơ tuyệt đối. Giai đoạn sau là giai đoạn sự khử cực có thể thực hiện được mặc dù điện thế tương đối khá nhỏ nên xung không đủ lan ra các tế bào bên cạnh. Trong giai đoạn này tế bào được gọi là trơ tương đối.4 Chu kỳ trơ của tim Điện trường của tim Sự lan truyền xung trong tim và ở môi trường trung gian từ tim đến da cũng như hình dạng bề mặt cơ thể. Xét phân bố điện thế: Giả sử cơ thể là môi trường dẫn điện và điện môi không đồng nhất.
Điện thế sẽ tăng trong các mô dẫn truyền của cơ tim trong lúc khử cực và tái cực. Sự phân bố điện thế có thể được xem tương đương với sự phân bố điện trường. Theo tính chất của điện trường, mỗi điểm của cơ thể có một vector mật độ dòng điện. Tim nằm trong một chất không đồng nhất lớn vô hạn có cùng độ dẫn truyền.
Trong trường hợp chất trung gian có giới hạn, các điểm trên bề mặt có vector mật độ dòng điện khác nhau nên xem như cấu trúc của tim tạo một đường cong không gian phức tạp khép kín. Lúc đó điện trường của tim được biểu diễn bằng những đường đẳng áp [4]. Vì thế điện thế tim có thể đo gián tiếp nhờ các điện cực đặt lên những điểm xác định trên bề mặt cơ thể. Nếu như ta đặt tim vào trong một hệ tọa độ vuông góc ba chiều thì hình chiếu đường cong của không gian này lên cả ba mặt phẳng đều có dạng ba đường 10 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cong có tên là P, QRS, T.
Vector tạo đường cong trên mặt phẳng chính diện này bằng chính vector điện tim. Phương pháp này được gọi là điện tim đồ. ECG là tín hiệu điện thu được từ các điện cực gắn lên cơ thể người để đo các hoạt động của tim người.