đặt vấn đề, dẫn nhâp lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn các thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày khái quát về các khái niệm và lý thuyết cơ bản về tim và điện tâm đồ, Bluetooth, các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều khiển (module MH ET LIVE ESP32 MINIKIT, module cảm biến ECG ADS1292r), kiến thức cơ bản về hệ điều hành Android hỗ trợ cho lập trình phần mềm trên điện thoại. Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của hệ thống đo tín hiệu ECG, đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, phương án thực hiện và lựa chọn phương án tối ưu nhất để thực hiện. Đồng thời trình bày các yêu cầu cần có đối với phần mềm điều khiển trên điện thoại, từ đó làm cơ sở để viết ứng dụng trên điện thoại.
Ngoài ra còn trình bày phần yêu cầu đối với phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chưng trình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương này gồm có các nội dung sau: Xây dựng App trên điện thoại, thi công mô hình, lưu đồ giải thuật phần mềm và quy trình thao tác. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài gồm cáo hình ảnh về sản phẩm (mô hình thiết bị và ứng dụng trên điện thoại), đánh giá sai số, tính ổn định của thiết bị, thời gian đáp ứng của sản phẩm. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này sẽ đưa ra những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm, hướng phát triển của đề tài có thể phát triển và ứng dụng sản phẩm tốt hơn trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sau khi lựa chọn được đề tài, nhóm xin trình bày một số lý thuyết liên quan tới các phần trong đề tài để đề tài được rõ ràng hơn, nhóm trình bày những phần chính sau: Tổng quan về hoạt động của tim và điện tim, Lý thuyết về bộ lọc số, Giới thiệu sơ lược về Android, Bluetooth, cũng như phần cứng và phần mềm được sử dụng để thực hiện đề tài này.1 TỔNG QUAN VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TIM, ĐIỆN TIM 2.1 Cấu tạo tim và hoạt động của tim Tim là một bộ phận trung tâm và rất quan trọng trong hệ tuần hoàn của cơ thể người. Tim đưa máu giàu Oxy đến nuôi tế bào và mang Cacbonic đi từ tế bào[13]. Do đó, các bộ phận của tim cần hoạt động nhịp nhàng dưới sự điều khiển của hệ thần kinh giao cảm [14].
Tim có tính tự động Tính tự động của tim chính là khả năng co dãn tự động theo chu kỳ, khả năng này có được là nhờ vào hệ dẫn truyền được điều khiển bởi hệ thần kinh giao cảm. Hệ dẫn truyền này bao gồm: nút xoang nhĩ, nút nhĩ thất, bó His và mạng Puskinje [15] như ở hình 2. Hệ thống nút có cấu trúc đặc biệt, gồm các tế bào mãnh có khả năng phát nhịp (pacemaker) cho toàn bộ tim, tạo thành hệ thống dẫn truyền, giúp tim hoạt động đồng bộ. Hệ thống nút gồm nút xoang 80-100 nhịp/phút (nút Keith-Flack), nút nhĩ-thất 40-60 nhịp/phút (nút Aschoff-Tawara) và bó His phát xung 30-40 nhịp/phút [16].
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an Hình 2.1: Cấu tạo của tim Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của tim Đo ở các vùng khác nhau của tim sẽ có khả năng sinh học khác nhau. Do đó tạo ra các dạng sóng ECG khác nhau. ECG được tạo ra bởi mỗi chu kỳ tim.2 trên mô tả cấu trúc của tim bao gồm RA (right atrium) là tâm nhĩ phải, RV (right ventricular) là tâm thất phải, LA là tâm nhĩ trái, LV là tâm thất trái. Chu kì hoạt động của tim Mỗi người có chu kì hoạt động tim lúc nghỉ ngơi hay hoạt động khác nhau.
Thông thường, một chu kì tim kéo dài 0. Mỗi chu kì tim được tính từ pha co tâm nhĩ 0,1s, đến pha co tâm thất 0,3s và cuối cùng là pha dãn chung 0,4s.2 Lý thuyết về điện tim a. Điện tâm đồ là gì? Điện tâm đồ (tiếng Anh: electrocardiographic) viết tắt là ECG, là phương pháp theo dõi hoạt động, tốc độ cũng như nhịp điệu của tim. Khi tim hoạt động, tim co bóp sẽ phát ra các biến thiên của dòng điện, lúc này điện tâm đồ là một đường cong ghi lại các biến thiên đó.
Thông qua đọc điện tim, ta có thể biết được khả năng tống máu của tim, biết được nhịp điệu và tốc độ của tim [17]. Khi một phần của trái tim bị phân cực và phần liền kề bị khử cực, một dòng điện được tạo ra. ECG đại diện cho tổng của tất cả các thay đổi từ tim, như BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an được phát hiện trên bề mặt của cơ thể chứ không đo trực tiếp từ các cơn co thắt cơ học của tim [18]. Dòng điện được tạo ra bởi sự chênh lệch nồng độ giữa các ion Na+, K+, Ca2+,Cl- ,… giữa hai thành mạch.
Sự hình thành điện tâm đồ Tổng hợp dòng điện hoạt động của các sợi cơ tim là dòng điện hoạt động của tim. Cơ thể là môi trường dẫn điện tương đối đồng nhất, do đó, điện thế hoạt động của tim được tạo ra trong quá trình khử cực và tái cực của cơ tim lan ra khắp cơ thể và được ghi lại bằng các điện cực ở bề mặt da. Nhờ các điện cực này, mỗi nhịp tim sẽ được phát hiện ra, khuyếch đại những xung điện và hiển thị ra kết quả. Các điện cực được gắn trên các phần khác nhau của cơ thể sẽ phát hiện được các xung điện từ các hướng của tim.
Các thành phần trong một nhịp tim Hình 2.3: Thành phần cơ bản của Hình 2.4: Các thành phần cơ bản chứa đựng điện tim trong một nhịp tim Tín hiệu một nhịp tim chứa đựng các thông tin cơ bản gồm các điểm P, Q, R, S, T và U. Các điểm này tạo thành các khoảng PR, phức bộ QRS, khoảng ST, khoảng QT, khoảng RR và các đoạn PR, và đoạn ST. Phức hợp QRS: Thời gian khử cực 2 tâm thất, được đo từ điểm cuối của khoảng PR đến hết sóng S (0. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an Khoảng QT: khoảng thời gian cho thấy hoạt động khử cực và tái khử cực của tâm thất, là khoảng từ điểm đầu QRS đến cuối sóng T (0.
Đoạn ST: Thời gian 2 tâm thất hoàn toàn bị khử cực và bắt đầu ở điểm cuối QRS đến điểm đầu sóng T (0. Sóng T: Sóng tái cực 2 tâm thất (0. Sóng U: là 1 sóng nhỏ sau sóng T (<0.1mV, V2-V3), có thể có hoặc không, tùy cơ địa người. Các đạo trình Hình 2.5: Cách mắc các đạo trình cơ bản Khi đo điện tim, người ta đặt các điện cực ở những vị trí thuận lợi nhất, phản ánh trung thực tín hiệu ECG, gọi là những điểm chuẩn: tại cẳng tay trái (điện cực tay trái – TT); cẳng tay phải (điện cực tay phải –TP) và chân trái (điện cực chân trái – CT).
Có 12 đạo trình chính (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6). Đạo trình I được định nghĩa là sự khác biệt điện thế giữa cánh tay trái và cánh tay phải (LA-RA), đạo trình II được định nghĩa là độ chênh lệch điện thế giữa chân trái và cánh tay phải (LL-RA), và đạo trình III được định nghĩa là sự khác biệt điện thế giữa chân trái và cánh tay trái (LL-LA). Một số vấn đề phát sinh khi xử lý tín hiệu điện tim Hình thái của nhịp tim là trích xuất các đặc tính cơ bản của tín hiệu ECG, được phác họa trong hình 2.6: Mô hình xung nhịp tim đại diện với các đặc tính BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an Một số vấn đề phát sinh khi xử lý tín hiệu ECG thường bị sai lệch bởi các nguồn nhiễu khác nhau như là thành phần điện áp cao, thành phần DC hoặc bị ảnh hưởng bới các điện sinh học khác nhau trong cơ thể. Các đặc tính điện tim chuẩn phải được ước tính với độ chính xác cao nhất để tránh các sai lầm y học.
Vì các vấn đề đó nên hai phương pháp dựa vào việc xác định chính xác các xung nhịp tim thường được xem xét để trích xuất ra các đặc tính tín hiệu ECG: fiducial và non- fiducial. Cách tiếp cận fiducial đề cập đến các đặc điểm như biên độ và nhịp tim, có liên quan đến thời lượng, biên độ và hình dạng sóng [19]. Cách tiếp cận non-fiducial đề cập đến đặc tính sinh lý của tín hiệu ECG [20] và tất cả các tính năng được phân tách thành ba loại chính dựa trên phân tích tự động, không gian pha và phân tích miền tần số.2 sẽ trình bày rõ hơn về các bộ lọc cũng như cách xử lý tín hiệu ECG.2 LÝ THUYẾT VỀ BỘ LỌC SỐ 2.1 Giới thiệu sơ lược về bộ lọc Trong quá trình thu tín hiệu trong thực tế, quá trình lọc nhiễu tín hiệu là rất cần thiết cho việc phân bố lại các thành phần tần số của tín hiệu. Quá trình này được thực hiện thông qua các bộ lọc với hai mục đích chính sau: Phân tích tín hiệu được áp dụng khi tín hiệu mong muốn bị giao thoa với các tín hiệu khác (nhiễu).
Phục hồi tín hiệu khi tín hiệu ta mong muốn hay cần đánh giá bị sai lệch bởi các tác động không mong muốn từ môi trường xung quanh làm cho nó bị biến dạng. Gồm 2 bộ lọc chính: bộ lọc tương tự và bộ lọc số. Bộ lọc tương tự là một mạch điện tử tương tự bao gồm một số thành phần chính như: điện trở, tụ điện, bộ khuếch đại thuật toán, ghép với nhau theo một sơ đồ cụ thể. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an Bộ lọc số thường dùng một chip DSP để xử lý.
Ngoài ra cũng có thể sử dụng máy tính để xử lý, tuy nhiên trước khi xử lý tín hiệu thì tín hiệu phải qua bộ ADC và sau khi xử lý xong thì đi qua bộ DAC.2 Bộ lọc số Bộ lọc số là hệ thống tuyến tính bất biến theo thời gian. Đặc trưng bởi một đáp ứng xung và một đáp ứng tần số. Mỗi đáp ứng đều chứa đầy đủ thông tin về bộ lọc nhưng ở dạng khác nhau.