MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, có nhiều thiết bị chăm sóc sức khỏe có sẵn trên thị trường, bệnh nhân có thể theo dõi sức khỏe của mình một cách thường xuyên sự thoải mái trong nhà của họ. Các thiết bị này có một tác động rất lớn về chi phí chăm sóc sức khỏe khi chúng được giảm thời gian và nguồn lực của các bác sĩ y tế và các cơ sở yêu cầu của bệnh nhân. Đây là lợi thế cho cả bệnh nhân và bác sĩ. Bệnh nhân có thể theo dõi sức khỏe thường xuyên và điều chỉnh chế độ ăn uống của họ và tập thể dục là cần thiết để giữ tin quan trọng của họ trong sự cân bằng.
Các chuyên gia chăm sóc sức khỏe có thể truy cập thông tin này từ các máy tính của họ thông qua Ethernet và có thể kiểm tra tin quan trọng bệnh nhân của họ ở thời của họ. Nếu họ nhận thấy bất thường, họ luôn luôn có thể sắp xếp một cuộc hẹn với bệnh nhân của họ. Các đối tượng của dự án này là phát triển một thiết bị theo dõi được dễ dàng và an toàn để sử dụng, trong khi được các chi phí thấp cho khách hàng. Trong quá trình học chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông thuộc khoa Điện Tử - Viễn Thông của trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN, được tiếp cận với những kiến thức thuộc hai lĩnh vực điện tử và viễn thông.
Từ những kiến thức đã học được và nhu cầu thực tế trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của bệnh động mạch vành lên tín hiệu điện tim” làm luận văn tốt nghiệp. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Máy điện tim là một thiết bị y sinh đặc trưng cho một hệ thống cơ điện tử hiện đại. Bao hàm trong đó nhiều kiến thức tổng hợp về hệ thống điều thu thập tín hiệu tương tự, xử lý tín hiệu số và tương tự, xử lý cảm biến. Nó cũng là một thiết bị quan trọng trong việc chăm sóc sức khỏe mọi người.
Tuy nhiên ở Việt Nam, tất cả các thiết bị này đều phải nhập ngoại. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo máy điện tim không chỉ củng cố những kiến thức đã được học trong nhà trường mà còn là cơ sở để khi phát triển thêm, chúng ta có thể tự sản xuất các máy đo điện tim, phục vụ các yêu cầu cấp thiết như đã đề cập trên. Đối tượng nghiên cứu: Máy đo điện tim Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm, dựa trên các demo từ một số nhà sản xuất làm cơ sở, thiết kế mạch sản phẩm, tiến hành đo đạc, kiểm thử, cải tiến sản phẩm cho phù hợp với yêu cầu. 5 z Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của tim.
Nghiên cứu nguyên lý máy thu nhận tín hiệu điện tim. Thiết kế mạch phần cứng và phần mềm cho mạch với chức năng đo thông số: dạng sóng của tín hiệu điện tim, mạch xử lý tín hiệu và hiển thị kết quả lên máy tính. Thiết kế phần mềm giao diện trên máy tính với ngôn ngữ C#, giao tiếp với máy tính qua cổng USART. Giới hạn của đề tài: Do thời gian và sự hiểu biết còn có hạn, đề tài chỉ giới hạn trong việc thiết kế, chế tạo mạch đo, xử lý tín hiệu bằng phần cứng (mạch analog) và tiến hành đọc thô tín hiệu điện tim, chưa triển khai các thuật toán lọc nâng cao bằng phần mềm.
6 z CHƢƠNG I TÍN HIỆU ĐIỆN TIM VÀ HỆ THỐNG CÁC CHUYỂN ĐẠO 1.1 Tế bào và dòng sinh học Dòng sinh học là dòng sinh ra do sự hoạt động của các tế bào sống Dòng sinh hóa là dòng gây nên bởi sư thay đổi nồng độ ion trong và ngoài tế bào Tế bào là đơn vị sống nhỏ nhất của sinh vật. Tế bào gồm nhân tế bào, màng tế bào, chất nguyên sinh. Nhân tế bào có chức năng sinh sản, màng tế bào giữ chức năng trao đổi chất với môi trường. Chất nguyên sinh giữ chức năng mang tải các chất dinh dưỡng và các chất đào thải.
Màng tế bào có tính bám thấu do đó duy trì những nồng độ khác nhau của các vật trong và ngoài tế bào. Các quá trình điện học của tim: Ngày nay khoa điện sinh lý học hiện đại đã cho ta biết rõ, dòng điện do tim phát ra vì đâu mà có? Đó là do sự sự biến đổi hiệu điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào cơ tim. Sự biến đổi hiệu điện thế này bắt nguồn từ sự di chuyển của các ion (K+, Na+.) từ ngoài vào trong tế bào và từ trong ra ngoài tế bào cơ tim hoạt động, lúc này tính thẩm thấu của màng tế bào đối với các loại ion luôn luôn biến đổi. Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng tế bào sẽ trở thành âm tính tương đối (bị khử mất cực dương) so với mặt trong: người ta gọi đó là hiện tượng khử cực (despolarisation).
Sau đó, tế bào lập lại thế thăng bằng ion nghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại dương tính tương đối (tái lập cực dương) người ta gọi đó là hiện tượng tái cực (repolarisation).1 Sự di chuyển của các ion Na+, K+, Ca++ qua màng tế bào, hình thành đường cong điện thế hoạt động, nguồn gốc của dòng điện tim[1] 1.2 Khái niệm về điện tâm đồ Điện tâm đồ là những xung điện do tế bào cơ tim phát ra và đường biểu diễn những hoạt động điện này được gọi là điện tâm đồ. Điện lực đó rất nhỏ, chỉ tính bằng milivôn nên rất khó ghi. Cho đến năm 1993, Einthoven mới lần đầu ghi được bằng môt điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm. Phương pháp ghi điện tim đồ cũng như cách ghi các đường cong biến thiên tuần hoàn khác: người ta cho dòng điện tim tác động lên một bút ghi làm bút này dao động qua lại và tác động lên một mặt giấy, nó được động cơ chuyển động đều với một vận tốc nào đó.
Ngày nay, người ta sáng chế ra rất nhiều loại máy ghi điện tim rất nhạy cảm, tiện lợi. Các máy đo có bộ phận khuếch bằng đèn điện tử hay bán dẫn và ghi điện tim đồ trực tiếp lên giấy, vẽ lên màn huỳnh quang, hiển thị lên màn hình GLCD hoặc là màn hình máy tính thông qua phần mềm quản lý. Ngoài ra, chúng còn có thể có một hay nhiều dòng, ghi đồng thời được nhiều chuyển đạo cũng một lúc, ghi điện tim đồ liên tục 24h.3 Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng dạy mỏng không đều nhau, co bóp khác nhau. Cấu trúc phức tạp đó làm cho dòng điện hoạt động của tim (khử cực và tái cực) cũng biến thiên phức tạp hơn ở tế bào đơn giản như đã nói ở trên.2 Vị trí các nút và bó His Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự động của tim.
Đầu tiên, xung động đi từ nút xoang tỏa ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực trước, nhĩ bóp đẩy mau xuống thất. Sau đó nút nhĩ – thất Tawara tiếp nhận xung động truyền qua bó His xuống thất làm thất khử cực: lúc này thất đã đầy máu và bóp mạnh đẩy máu ra ngoại biên. Hiện tượng nhĩ và thất khử cực lần lượt trước sau như thế chính là để duy trì quá trình huyết đông bình thường của hệ thống tuần hoàn. Điều đó cũng làm cho điện tim đồ bao gồm 2 phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng điện của nhĩ đi trước; một thất đồ, ghi lại dòng điện của thất đồ đi sau.
Để thu được điện tim, người ta đặt những điện cực của máy ghi điện tim lên cơ thể. Tùy theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tim đồ sẽ khác nhau. Nhưng trong mấy ví dụ dưới đây, để cho thống nhất và đơn giản, quy ước đặt điện cực dương (B) ở bên trái quả tim và điện cực âm (A) ở bên phải quả tim. 9 z Như vậy: Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trương) không có dòng điện nào qua máy và bút chỉ ghi lên giấy một đường thẳng ngang, người ta gọi đó là đường đồng điện (isoelectric line).
Khi tim hoạt động (tâm thu) điện cực B thu được một điện thế dương tính tương đối so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dương, nghĩa là ở phía trên đường đồng điện. Trái lại, điện cực A dương tinh tương đối thì bút sẽ vẽ một làn sóng âm, nghĩa là ở phía dưới đường đồng điện.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ) Như đã nói ở trên, xung động ở nút xoang sẽ tỏa ra làm khử cực cơ nhĩ như hình các đợt sóng với hướng chung là từ trên xuống dưới và từ phải qua trái.3 Nhĩ đồ Vậy vecto khử cực nhĩ có hướng từ trên xuống dưới và từ phải qua trái, làm với đường ngang 1 góc 49o, đường thẳng nằm với vecto này gọi là trục điện nhĩ. Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay đặt điện cực trực tiếp lên nhĩ (mổ tim, thực nghiệm) Lúc này, điện cực B sẽ là dương tương đối và ta sẽ thu được một sóng dương thấp, nhỏ, tầy đầu với khoảng thời gian 0.8s gọi là sóng P. Khi nhĩ tái cực nó phát ra một sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T).
Nhưng ngay lúc này cũng xuất hiện khử cực thất với điện thế mạnh hơn nhiều. Nên trên điện tâm đồ gần như ta không thấy sóng T nữa. Kết quả nhĩ đồ chỉ thể hiện trên điện tâm đồ một sóng đơn độc là sóng P. Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay đặt điện cực trực tiếp lên nhĩ.1 Khử cực Ngay khi còn đang khử cực thì xung động đã bắt vào nutx nhĩ-thất rồi truyền qua thân và 2 nhánh bó His xuống khử cực thất.
10 z Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa liên thất đi xuyên qua mặt phải vách này, tạo ra một vecto khử cực đầu tiên hướng từ trái qua phải: điện cực A sẽ dương tính tương đối và máy ghi sẽ thu được một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng Q. Sau đó xung động truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả 2 tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim. Lúc này vecto khử cực hướng nhiều về bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nghiêng về bên trái. Do đó vecto khử cực có chung hướng từ phải qua trái và điện cực B lại dương cao hơn, nhọn gọi là sóng R.
Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hướng từ trái sang phải, máy ghi được sóng âm gọi là sóng S.