Đồ án: Thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG của sinh viên Kỹ thuật Y sinh HUTECH

Đồ án Kỹ thuật Y sinh về thiết kế, thi công thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG, giúp kỹ sư y tế bảo trì và vận hành máy chính xác, hiệu quả.

• Tác giả: Phan Nguyễn Hoài Thương
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Thị Ngọc Oanh
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh
• Đề tài: Thiết bị kiểm tra hoạt động của máy ECG
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết bị Kiểm tra Hoạt động Máy ECG

Thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG là một giải pháp công nghệ y sinh hiện đại, được thiết kế để giám sát và đánh giá hiệu suất hoạt động của các máy điện tâm đồ trong môi trường lâm sàng. Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện bởi nhóm sinh viên ngành Kỹ Thuật Y Sinh tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Ngọc Oanh. Thiết bị này nhằm mục đích hỗ trợ các kỹ sư y tế trong công tác bảo trì, sửa chữa và vận hành máy ECG một cách chính xác nhất. Với ba đạo trình chính, thiết bị tập trung vào đạo trình 2 - thiết kế và thi công mạch điện, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và độ tin cậy của hệ thống Monitor ECG trong các cơ sở y tế.

1.1. Khái niệm và Ứng dụng của Máy ECG

Điện tâm đồ (ECG) là phương pháp ghi lại các tín hiệu điện từ tim để chẩn đoán các bệnh lý tim mạch. Máy ECG ghi nhận các hoạt động điện của tim thông qua các cặp điện cực được đặt trên cơ thể bệnh nhân. Ứng dụng máy ECG rất quan trọng trong việc phát hiện rối loạn nhịp tim, thiếu máu cơ tim, và các bệnh tim mạch khác. Thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG giúp đảm bảo máy luôn hoạt động chính xác và an toàn cho bệnh nhân.

1.2. Mục tiêu Thiết kế Thiết bị Kiểm tra

Mục tiêu chính của đồ án thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG là phát triển một công cụ hỗ trợ bảo trì và kiểm định máy ECG hiệu quả. Thiết bị này cung cấp các tính năng đo lường tín hiệu, phân tích chất lượng dữ liệu, và kiểm tra độ chính xác của các thông số tim. Với thiết kế này, kỹ sư y tế có thể dễ dàng phát hiện các lỗi kỹ thuật, đảm bảo máy ECG hoạt động với độ chính xác cao nhất.

II. Các Thành phần Cấu trúc của Thiết bị Kiểm tra ECG

Thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG được cấu thành từ ba đạo trình chính, mỗi đạo trình có chức năng riêng biệt nhưng tương bổ sung. Đạo trình 1 tập trung vào nghiên cứu lý thuyết điện tâm đồ, bao gồm cơ chế hình thành sóng tim, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ECG Monitor. Đạo trình 2 là trọng tâm của đồ án, bao gồm thiết kế thông số kỹ thuật và thi công mạch điện để tạo ra thiết bị kiểm tra chức năng. Đạo trình 3 dành cho đánh giá và kiểm tra hoạt động của thiết bị, cùng với hướng phát triển tương lai. Cấu trúc ba đạo trình này đảm bảo tính toàn diện và khoa học trong thiết kế thiết bị.

2.1. Đạo trình 1 Nghiên cứu Lý thuyết Điện Tâm Đồ

Đạo trình 1 bao gồm tìm hiểu chi tiết về điện tâm đồ, cơ chế hình thành các sóng P, QRS, T trên báo cáo ECG. Sinh viên nghiên cứu về cấu tạo hệ thống dẫn điện tim, ý nghĩa từng loại sóng và các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu ECG. Đồng thời, tìm hiểu về các thiết bị ECG Monitor hiện có trên thị trường, so sánh tính năng và ưu nhược điểm của chúng để làm cơ sở cho thiết kế.

2.2. Đạo trình 2 Thiết kế và Thi công Mạch Điện

Đạo trình 2 là nội dung chính của đồ án, tập trung vào thiết kế thông số kỹ thuật như độ nhạy, dải tần số, độ chính xác của thiết bị kiểm tra. Sinh viên tiến hành thi công mạch điện bao gồm mạch khuếch đại tín hiệu, bộ lọc tần số, và mạch chuyển đổi tương tự số. Các thông số được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu thực tế của bệnh viện.

2.3. Đạo trình 3 Kiểm tra và Phát triển Tương lai

Đạo trình 3 bao gồm đánh giá toàn bộ hiệu suất của thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG. Nhóm tiến hành thử nghiệm chức năng, kiểm tra độ chính xác và so sánh với tiêu chuẩn. Từ kết quả kiểm tra, sinh viên đề xuất các hướng phát triển tương lai như thêm giao diện người dùng hiện đại, kết nối mạng không dây, hoặc tích hợp trí tuệ nhân tạo.

III. Nguyên lý Hoạt động Thiết bị Kiểm tra ECG

Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG dựa trên việc phát sinh và đo lường tín hiệu đại diện cho hoạt động tim. Thiết bị sử dụng generator tín hiệu analog để tạo ra các tín hiệu chuẩn tương ứng với các loại sóng ECG (sóng P, QRS, T) ở các tốc độ tim khác nhau. Tín hiệu này được đưa vào máy ECG cần kiểm tra, và thiết bị sẽ ghi nhận và phân tích kết quả để đánh giá độ chính xác của máy. Mạch điện bao gồm các bộ khuếch đại, bộ lọc, và mạch điều chỉnh tần số để đảm bảo tín hiệu chuẩn xác và ổn định. Phương pháp này cho phép kỹ sư y tế nhanh chóng phát hiện lỗi và đánh giá chất lượng của máy ECG.

3.1. Quy trình Phát sinh Tín hiệu Chuẩn

Quy trình phát sinh tín hiệu chuẩn bắt đầu từ bộ tạo tín hiệu chính (Signal Generator) với các tham số điều chỉnh như biên độ, tần số, và hình dạng sóng. Thiết bị có khả năng tạo ra các mô hình tim khác nhau như tim bình thường, loạn nhịp, tachycardia. Tín hiệu được tạo ra phải tuân thủ tiêu chuẩn IEC 60601 để đảm bảo tính khoa học và độ tin cậy trong kiểm tra.

3.2. Quy trình Đo lường và Phân tích Dữ liệu

Quy trình đo lường bao gồm việc ghi nhận tín hiệu từ máy ECG đang kiểm tra thông qua các đầu nối tiêu chuẩn. Dữ liệu được thu thập được lưu trữ và xử lý bằng phần mềm chuyên dụng để so sánh với tín hiệu tham chiếu. Thiết bị sẽ tính toán sai số, đánh giá độ chính xác, và cung cấp báo cáo chi tiết về tình trạng hoạt động của máy ECG.

IV. Ý nghĩa và Ứng dụng Thực tế Thiết bị Kiểm tra

Thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG có ý nghĩa rất lớn trong quản lý chất lượng y tế và an toàn bệnh nhân. Trong các bệnh viện và phòng khám, máy ECG là công cụ chẩn đoán không thể thiếu, do đó độ chính xác của nó là yếu tố quan trọng. Thiết bị kiểm tra giúp kỹ sư y tế định kỳ kiểm định máy, phát hiện lỗi kỹ thuật sớm, và bảo trì phòng ngừa. Điều này giảm thiểu sai sót chẩn đoán, nâng cao chất lượng điều trị, và bảo vệ quyền lợi bệnh nhân. Ngoài ra, thiết bị còn có giá trị kinh tế cao, vì sửa chữa kịp thời tốt hơn thay máy mới, giúp tiết kiệm chi phí cho các cơ sở y tế.

4.1. Ứng dụng trong Quản lý Chất lượng Y tế

Thiết bị kiểm tra là công cụ quan trọng trong quản lý chất lượng của các cơ sở y tế. Nó cho phép kiểm định định kỳ các máy ECG theo tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo tất cả thiết bị y tế hoạt động chính xác và an toàn. Hồ sơ kiểm tra được lưu trữ cung cấp bằng chứng cho kiểm định ISO và chứng chỉ chất lượng của bệnh viện. Điều này tăng cường uy tín và lòng tin của bệnh nhân vào cơ sở y tế.

4.2. Lợi ích cho Kỹ sư Y tế và Hoạt động Bảo trì

Kỹ sư y tế sử dụng thiết bị kiểm tra ECG để giảm thời gian bảo trì và nâng cao hiệu quả công việc. Chức năng tự động kiểm tra giúp phát hiện lỗi nhanh chóng, từ đó định hướng sửa chữa chính xác. Thiết bị cung cấp dữ liệu chi tiết về trạng thái máy, hỗ trợ quyết định nâng cấp hay thay thế. Kết quả là chi phí bảo trì giảm, máy hoạt động ổn định hơn, và thời gian ngưng hoạt động được tối thiểu hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU Theo thống kê thực trạng về các vấn đề về tim mạch từ Liên đoàn Tim mạch Thế giới (Wold Heart Federation) năm 2020, hơn 18.6 triệu người chết mỗi năm do các vấn đề về tim mạch, nhiều hơn cả số người chết vì ung thư, các vấn đề về hô hấp và HIV cộng lại, nó cũng chiếm 1 phần 3 số ca tử vong trên toàn thế giới. Điều này là do chế độ sinh hoạt thiếu vận động, chế độ ăn không lành mạnh, lạm dụng chất kích thích (rượu, thuốc lá…) ô nhiễm…Không những vậyviệc điều trị các vấn đề về tim mạch còn làm tiêu tốn một lượng lớn chi phí. Trung bình cứ 12 người Mỹ trưởng thành thì sẽ có 1 người mắc các vấn đề về tim mạch, chi phí chữa trị trung bình các vấn đề về tim mạch của một người sẽ vào khoảng 5,216 USD một năm, tổng chi phí chữa trị sẽ rơi vào khoảng 109 tỷ USD, đây là một khoảng chi phí vô cùng lớn. Có thể nói các vấn đề về tim mạch chính là mối đe dọa hàng đầu đếnsức khỏe của phần lớn dân số thế giới Hình 1.1: Bảng thống kê thực trạng về các vấn đề về tim mạch (2020) từ hiệp hội WOLD HEART FEDERATION 1 Hình 1.2: Chi phí cho việc điều trị các vấn đề về tim mạch (USA-2020) Để có thể giải quyết vấn đề đấy bên cạnh công tác điều trị,công tác xác định và chuẩn đoán chính xác, kịp thời các vấn đề tim mạch cần được quan tâm hơn cả, và ECG là một thiết bị tuyệt vời để có thể đáp ứng đủ các điều kiện đó, kết quả từ ECG có thể giúp các bác sĩ chuẩn đoán được phần lớn các bất thường ở tim.

Do đó trong lĩnh vực y tế nói chung và khoa tim mạch nói riêng thì thiết bị đo điện tâm đồ ECG đã trở thành một phần thiết yếu quan trọng không thể thay thế. Tuy nhiên với lưu lượng bệnh nhân lớn trong các bệnh viện cơ sở y tế hiện nay thì việc đảm bảo các thiết bị hoạt động hiệu quả và chính xác là một việc hết sức cần thiết. Hiện nay với sự phổ biến rộng rãi và độ cần thiết của thiết bị ECG thì 95% đến 100% là độ chính xác cần thiết nhất đối với một thiết bị kiểm tra hoạt động máy ECG vì thế trong quá trình thiết kế cần phải tìm hiểu kĩ lưỡng về nguyên lý hoạt động cũng như là các bước sóng tần số của từng kết quả đo, dựa vào đó thiết kế chọn lựa linh kiện phù hợp để thi công mạch cho ra một sản phẩm hoàn thiện với độ chính xác cao. Để đảm bảo hình ảnh cũng như chất lượng của kết quả đo ECG mỗi phòng khám, bệnh viện cũng như mỗi kỹ sư trực thuộc các cơ sở y tế cần phải có một thiết bị kiểm tra cầm tay để có thể kiểm tra liên tục mỗi ngày và trước khi tiến hành khám bệnh.

Nhưng song song đó thiết bị kiểm tra trực tiếp hoạt động ECG hiện nay chưa được thi công cung cấp nhiều trên thị trường cũng như vẫn chưa phổ biến rộng rãi trong các phòng khám và bệnh viện, cũng có thể coi đó là một sự thiếu sót đáng lo ngại của mỗi cơ sở y tế. Vì hiện tại công tác kiểm tra tình trạng hoạt động của máy ECG tại các bệnh viện và trung tâm y tế vẫn áp dụng phương pháp cổ điển là sẽ kết nối các điện cực vào cơ thể 2 một đối đối tượng bệnh nhân cụ thể dựa vào các thông số của sóng tim thu được ta sẽ đánh giá được tình trạng của thiết bị, phương pháp này tồn tại rất nhiều hạn chế như: tiêu tốn nhiều thời gian cho công tác chuẩn bị, mắc sai điện cực, các điện cực bị đặt lệch, sai vị trí có thể ảnh hưởng đến hiệu quả kiểm tra, các tình trạng khác thường của sóng tim đối tượng bệnh nhân được chọn cũng có thể gây ra những đánh giá sai lầm ảnh hưởng đến quá trình kiểm tra thiết bị… Hình 1.3: Kiểm tra hoạt động của máy ECG bằng phương pháp cổ điển Với thiết bị kiểm tra hoạt động của máy ECG mà chúng em đang nghiên cứu chúng ta sẽ không cần phải kết nối điện cực với một đối tượng con người thay vào đó chỉ cần kết nối các điện cực của máy ECG với các cổng được thiết lập trước trên thiết bị. Nguyên lý hoạt động của thiết bị được dựa trên cơ sở phương pháp tạo sóng tim giả, khi được kích hoạt thiết bị sẽ tạo ra các bước sóng với cường độ và biên độ giống như của một quả tim 3 thật, dựa vào đó ta có thể kiểm tra được mức độ hiệu quả trong hoạt động của máy ECG từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục, nâng cấp thiết bị để có thể cho kết quả chính xác nhất tim của đối tượng…Sản phẩm được tạo ra do tính thiết yếu về độ chính xác của ECG để đảm bảo độ chính xác kết quả đo là tuyệt đối, nếu không có thiết bị này thì việc xác định sóng tim có chính xác hay không phải phụ thuộc vào cơ thể con người và điều đó không tiện lợi và mất thời trong quá trình làm việc. Như những gì đã nêu trên thiết bị có thể thỏa mãn các nhu cầu của người tiêu dùng về tính chính xác, tiết kiệm thời gian, tài chính, giúp các kĩ sư bác sĩ y tế dễ dàng tiến hành kiểm tra bất cứ lúc nào, ngoài ra có thể đảm bảo kết quả đo sóng tim của bệnh nhân là chính xác tuyệt đối.

Các bước sử dụng thiết bị khá đơn giản, đầu tiên ta sẽ kết tối 3 đầu dò của ECG hoặc MONITOR với 3 cổng nối của thiết bị sau đó nhấn nút khởi động sẽ cho ra kết quả nhịp tim với tính liên tục trên màn hình máy(63 nhịp/phút và 126 nhịp /phút), gạt thanh để đưa ra mức cao hay thấp dựa vào đó để xem chuyển động nhịp tim trong mỗi trường hợp, nếu kết quảcó thay đổi nhịp không đều hay máy không hiện nhịp thì kĩ sư sẽ biết máy có lỗi và tiến hành sửa chữa. Hình ảnh kết nối điện cực: 4 Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP Tìm hiểu về điện tâm đồ Điện tâm đồ là gì ? Điện tâm đồ (Electrocardiogram) là đồ thị ghi lại quá trình hoạt động điện của tim, các biến thiên của các xung điện khử cực và tái cực của nhĩ và thất để giúp bác sĩ chuẩn đoán, phát hiện và theo dõi các bệnh lý về tim mạch, tìm nguyên nhân bệnh tim để xử trí và điềutrị kịp thời. Tim co bóp theo điều khiển của một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim. Các cực điện được đặt để ghi lại điện thế này và chuyển đến máy ghi.

Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ.1: SE-1200 Express ECG 5 Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo điện tâm đồ Thiết bị đo điện tâm đồ hoạt động dựa trên nguyên lý thu nhận các tín hiệu sóng điện tim sau đó trải qua các bước xử lý sẽ cho ra hình ảnh của sóng hiện trên màn hình hoặc in ra giấy. RL MẠCH KHỬ NGUỒN NGUỒN CHÍNH NHIỄU CHUYỂN ĐỔI RA LA LL V1 V2 ĐIỆN CỰC V3 MẠCH KIỂM V4 TRA V5 V6 MẠCH MẠCH MẠCH BỘ MẠCH BẢO VỆ CHỌN TIỀN CHUYỀN KHUẾCH KHUẾCH CÁCH ĐẠI MẠCH KHÔI PHỤC ĐƯỜNG BỘ GHI ĐẴNG ĐIỆN NHẬN Hình 2.2: Sơ đồ khối máy ECG Các điện thế từ cơ thể được thu nhận bởi các điện cực R, L ,F, V1, V2, V3, V4, V5 và V6. Mạch bảo vệ được sử dụng để bảo vệ bộ các thiết bị từ điện áp lớn đến từ bệnh nhân sử dụng máy khử rung tim hoặc phẫu thuật bằng dao mổ điện. 6 Các tín hiệu được kết nối với mạch tiền khuếch đại thông qua mạch chọn.

Mạch chọn giúp lựa chọn các điện áp thích hợp với đạo trình cần đo thông qua thao tác lựa chọncủa kỹ thuật viên, tín hiệu điện áp sau đó được truyền tới mạch tiền khuếch đại. Tín hiệu đầu ra mạch tiền khuếch đại được sử dụng để tạo ra tín hiệu thích hợp để kết nối với chân phải của đối tượng thông qua mạch khử nhiễu. Điều này giúp loại bỏ nhiễu trong tín hiệu. Tín hiệu đầu ra mạch tiền khuếch đại cũng được kết nối với đến mạch khôi phục đường đẳng điện trong vòng phản hồi.

Mạch khôi phục đường đẳng điện sẽ điều chỉnh độ lệch của đường đẳng điện do sự thay đổi điện áp nhỏ vẫn xảy ra trong giai đoạn nghỉ của tế bào cơ tim. Điện áp cung cấp cho tất cả các phía các khối, ở phía bên trái của dấu gạch trong hình, được cấp nguồn từ nguồn chuyển đổi. Sự tách biệt giữa hai nguồn cung cấp năng lượng này cung cấp sự bảo vệ đầy đủ cho bệnh nhân chống lại bất kỳ nguy cơ ngẫu nhiên nào về điện và giữ cho dòng rò rỉ nhỏ hơn 50 A, thấp hơn các giới hạn được cung cấp bởicác tiêu chuẩn an toàn quốc tế(IEC 60601-1-1: 2000). Mạch truyền được cấp nguồn từ nguồn chuyển đổi cho đầu vào và cấp nguồn từ nguồn thông thường cho đầu ra.

Cần phải được đảm bảo không có bất kì kết nối điện nào giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra.Tín hiệu đầu vào được chuyển thành tín hiệu đầu ra thông qua máy biến áp cách điện cao hoặc các thiết bị quang điện. Tín hiệu đầu ra từ mạch truyền được khuếch đại bằng bộ khuếch đại và cuối cùng được kết nối với các thiết bị ghi nhận. Các khối này được cung cấp bởi nguồn cấp điện thông thường. Hiện nay việc sử dụng màn hình và máy in đã thay thế các cần ghi cổ điển, vốn có thể có nhiều vấn đề về tính chuẩn xác cũng như việc sử dụng máy tính cá nhân đã trở nên thông dụng.

7 Cấu tạo và chức năng hoạt động điện của tim Cấu tạo và chức năng tim Tim là bộ phận quan trọng trong hệ tuần hoàn của con người. Tim được cấu tạo từ một loại cơ đặc biệt là cơ tim. Tim là một khối cơ rỗng, được chia thành 4 buồng: 2 tâm nhĩ và 2 tâm thất. Nhĩ phải và nhĩ trái, thành mỏng, nhận máu tĩnh mạch, đưa xuống thất; thất phải và thất trái, thành dày, bơm máu vào động mạch với áp lực cao.

Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai tâm thất ngăn cách nhau bởi vách liên thất, tâm nhĩ trái nối với tâm thất trái qua van ba lá, tâm nhĩ trái nối với tâm thất trái qua van hai lá.3: Cấu tạo của tim Tâm nhĩ phải được nối với cả tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới, tâm nhĩ trái được nối với hai tĩnh mạch phổi.