Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, thiết bị, phần cứng sử dụng thiết kế. • Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống Chương này tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối và thực thi chương trình trên FPGA. • Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá Chương này nêu kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá hệ thống.
• Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày những gì đã đạt được và chưa đạt được so với mục tiêu ban đầu, nêu hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM ECG 2.1 Khái niệm về tín hiệu điện tim ECG Một trong các tín hiệu điện sinh học quan trọng và kinh điển nhất ứng dụng trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh là tín hiệu điện tim đồ (hay còn gọi là điện tâm đồ, tiếng Anh: Electrocardiogram hay thường gọi tắt là ECG hay EKG). ECG là tín hiệu điện thu được từ các điện cực gắn lên cơ thể người để đo các hoạt động của tim người.
Khi tim đập tác dụng lên các điện cực tạo ra các xung điện. Thông thường các xung điện này rất nhỏ do đó cần phải khuếch đại lên rồi mới được xử lí. Tín hiệu điện tim được đặc trưng bởi các dạng sóng được ký hiệu P, Q, R, S, T và U [2, 3]. Do trái tim trong hệ tuần hoàn là bộ phận có cấu tạo hoàn toàn bằng cơ.
Mỗi khi co lại trong quá trình bơm máu, nó sẽ tạo ra một điện trường sinh học và truyền qua khối dẫn liên hợp từ ngực, bụng tới bề mặt da. Vì thế, chúng ta có thể đo được sự chênh lệch điện thế sinh học này từ bất kỳ 2 điểm nào trên bề mặt da. Tín hiệu thu được tại mỗi cặp 2 điểm này được gọi là một đạo trình của tín hiệu điện tim đồ. Biên độ và dạng sóng của tín hiệu ECG phụ thuộc vào cặp điện cực được đặt ở đâu trên bề mặt da của bệnh nhân.2 Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim Hình 2.1 Cấu tạo tim người Tim là một tổ chức cơ rỗng gồm 4 buồng.
Bên ngoài được bao bọc bởi một túi sợi gọi là bao tim, bên trong được cấu tạo bằng cơ tim có vách ngăn chia tim thành hai nửa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT riêng biệt gọi là tim trái và tim phải. Tim trái bơm máu ra ngoại vi, còn tim phải bơm máu lên phổi. Mỗi nửa tim lại được chia ra thành hai buồng, buồng trên là tâm nhĩ có thành mỏng làm nhiệm vụ chứa máu, buồng dưới là tâm thất có thành dày, khối cơ lớn giúp cung cấp lực đẩy máu đi đến các bộ phận.
Giữa tâm nhĩ và tâm thất có van nhĩ thất, giữa tâm thất trái và động mạch chủ, tâm thất phải và động mạch phổi có van bán nguyệt. Các van này đảm bảo cho máu chỉ di chuyển theo một chiều từ tâm nhĩ xuống tâm thất, từ tâm thất xuống động mạch chứ không cho đi ngược lại, nhờ vậy đảm bảo được sự tuần hoàn máu. Ngoài ra, tim còn có một cấu trúc đặc biệt thực hiện chức năng phát và dẫn truyền xung được gọi là hệ dẫn truyền. Hệ thống dẫn truyền gồm: + Nút xoang nhĩ (SAN): là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim, nằm ở cơ tâm nhĩ phải, phát xung với tần số khoảng 120 lần/phút.
+ Các đường liên nút: nằm ở giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất, thực hiện chức năng dẫn truyền các xung động giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất. + Nút nhĩ thất (AVN): nằm ở bên phải vách liên nhĩ, giữ nhiệm vụ làm chậm dẫn truyền trước khi các xung động được truyền xuống thất với tần số khoảng 50-60 lần/phút. + Bó His: bắt đầu từ nút nhĩ thất đến vách liên thất thì chia thành hai nhánh trái và phải chạy dưới nội tâm mạc hai thất để dẫn truyền xung động đến hai thất, tại đây, chúng phân nhánh thành mạng lưới Purkinje chạy giữa các sợi cơ tim giúp dẫn truyền xung động xuyên qua các thành của thất. Bó His phát xung khoảng 30-40 lần/phút.2 Hệ thống dẫn truyền tim BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 5 do an CHƯƠNG 2.3 Nhịp tim Nhịp tim là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được tính bằng số nhịp/phút.
Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxi và bài tiết CO2 của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ. 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).4 Các quá trình điện học của tim 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 90mV so với bên ngoài. Khi tế bào bị kích thích (bằng cách cho dòng điện vốn làm tăng tạm thời thế ngang màng), các tính chất của màng thay đổi theo chu trình, pha thứ nhất của nó là độ thẩm mạnh đối với Natri, dòng Natri lớn (sớm) chảy vào trong do các gradient khuếch tán và điện. Dòng chảy tạo ra dòng điện.
Trong khi di chuyển tiếp, tế bào về cơ bản có tính chất như nguồn lưỡng cực 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.5 Quá trình hình thành tín hiệu điện tim 2.1 Nhĩ đồ Tim hoạt động được nhờ vào một xung động truyền qua một hệ thống thần kinh tự kích của tim. Đầu tiên, nút xoang nhĩ sẽ phát xung tự động, xung động tỏa ra làm cơ nhĩ khử cực trước. Sóng khử cực có hướng chung là từ trên xuống dưới, từ phải sang trái và hợp với phương ngang một góc 490. Đợt sóng này được máy ghi điện tim ghi lại với dạng một sóng dương, đơn, thấp, nhỏ và có biên độ khoảng 0,25mV gọi là sóng P (hình 2.3) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 6 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3 Khử cực tâm nhĩ và sự hình thành sóng P 2.2 Thất đồ Ngay khi nhĩ còn đang khử cực thì xung động đã bắt đầu truyền vào nút nhĩ thất xuống thất và hai nhánh bó His xuống khử cực thất. Sóng khử cực hướng từ giữa mặt trái đi xuyên qua mặt phải của vách liên thất. Máy sẽ ghi nhận được một sóng âm nhỏ, gọn gọi là sóng Q (hình 2.4 Khử cực vách liên thất và sự hình thành sóng Q Xung tiếp tục truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả hai tâm thất theo hướng xuyên qua bề mặt dày cơ tim, từ dưới nội tâm mạc ra dưới thượng tâm mạc. Véc- tơ khử cực hướng từ phải sang trái và máy ghi nhận được một làn sóng dương, cao và nhọn gọi là sóng R.
Sau cùng, xung động truyền xuống và khử cực vùng đáy thất. Véc- tơ khử cực hướng từ trái sang phải, máy sẽ ghi nhận được một sóng âm, nhỏ và nhọn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT gọi là sóng S (hình 2.5 Khử cực ở tâm thất và sự hình thành sóng R, S Hình 2.6 Tái cực tâm thất và sự hình thành sóng T Sau khi thất khử cực xong sẽ qua thời kỳ tái cực chậm. Giai đoạn này được thể hiện trên điện tâm đồ bằng một đường đẳng điện gọi là đoạn S – T (hình 2.
Sau đó là thời kỳ tái cực nhanh tạo nên sóng T. Tái cực có hướng xuyên qua cơ tim, từ lớp dưới thượng tâm mạc vào lớp dưới nội tâm mạc. Véc-tơ tái cực có hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái tạo ra một sóng dương, thấp, không đối xứng mà có sườn lên thoai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT thoải hơn và sườn xuống dốc đứng hơn gọi là sóng T.
Sau khi kết thúc sóng T còn có thể thấy được một sóng chậm nhỏ gọi là sóng U đặc trưng cho giai đoạn tái cực muộn.6 Sự hình thành các dạng sóng của tim 2.1 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. Nút SA là một chùm nhỏ tế bào (khoảng 3x10 mm) nằm ở cuối thành của tâm nhĩ, ngay dưới điểm gắn vào của tĩnh mạch trên (đóng vai trò khởi phát). Nó cung cấp tín hiệu kích thích truyền xung ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực, nhĩ bóp trước đẩy máu xuống thất. Vận tốc truyền đối với thế động năng của nút SA là khoảng 30cm/s trong mô tâm nhĩ.
Sau đó nút nhĩ thất Tawara (AV node: Aschoff - Tawara node) nhờ tiếp nhận 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.