Thiết kế dụng cụ tự động phân tích tín hiệu điện tim trên cơ sở DSP 56002

Hiện nay để chuẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch th-
ờng sử dụng hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu điện tim (ECG). Đặc
biệt là phơng pháp Holter đang đợc sử dụng rộng rãi, ghi liên tục (khoảng 24
tiếng ) tín hiệu ECG đo từ các điện cực gắn trên khoang ngực của bệnh nhân
nối với một máy đo xách tay. Ban đầu các tín hiệu ECG đợc ghi trên băng từ,
sau đó đợc cải tiến ghi vào các bộ nhớ RAM.
Khi đọc và xử lý tín hiệu ECG ghi đợc trên bệnh nhân, ngời ta thấy rằng
phần lớn các tín hiệu ghi đợc là các tín hiệu biểu thị nhịp tim bình thờng, các
tín hiệu này không phục vụ cho việc chuẩn đoán bệnh, chỉ có một vài chu kỳ
biểu thị nhịp tim không bình thờng kèm theo sự thay đổi hình dạng của ECG.
Nh vậy dùng phơng pháp Holter tốn rất nhiều bộ nhớ để ghi các tín hiệu
không phục vụ cho chuẩn đoán bệnh trong khi đó bộ nhớ của máy ghi không
đủ để có thể ghi lại các chu kỳ bệnh lý dài hơn.
Để tiết kiệm phần lớn bộ nhớ của một máy ghi điện tim xách tay nhỏ
tôi đã thiết kế cài đặt mạch xử lý tín hiệu trong thời gian thực ghi liên tục và
xử lý tức thời các tín hiệu thu đợc nhằm giữ lại các tín hiệu có biểu hiện dạng
không bình thờng của bệnh nhân. Còn các tín hiệu dạng bình thờng chiếm một
phần lớn bộ nhớ của máy ghi sẽ bị loại bỏ.
Trong khuôn khổ nghiên cứu, tôi đã sử dụng Card xử lý số tín hiệu
DSP56002EVM của hãng Motorola và dùng phơng pháp nhận dạng để phân
loại tín hiệu điện tim.
Sau khoảng thời gian làm luận văn, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ đợc
giao. Tiến hành thử nghiệm thu đợc kết quả tốt. Tuy nhiên vì thời gian có
hạn chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy
cô góp ý để thiết bị đợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Kĩ
Thuận Đo và Tin Học Công Nghiệp-Khoa Điện và các bạn đồng nghiệp
trong và ngoài trờng, đặc biệt là giáo viên hớng dẫn Tiến sĩ Phạm Ngọc
Yến đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản
luận văn này.

Hà nội, ngày 10 tháng 12 năm 2002
1


!"

- Dòng sinh học là dòng sinh ra do sự hoạt động của các tế bào sống.
- Dòng sinh hoá là dòng gây nên bởi sự thay đổi nồng độ iôn 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 giữ chức năng sinh sản, màng tế
bào giữ chức năng trao đổi với môi trờng. Nguyên sinh chất giữ chức năng
mang tải các chất dinh dỡng và các chất đào thải. Màng tế bào có tính bán
thẩm thấu do đó duy trì những nồng độ khác nhau của các vật trong và ngoài
tế bào.
Hình vẽ 1.1
Sức điện động của các điện cực của một dung dịch điện phân.
E = E
0
+
C
nF
RT
ln


Khi hai tế bào nồng độ C
1
, C
2

khác nhau nối với nhau bằng một cầu điện hóa.

E = E
0
+
2
1
ln
C
C
nF
RT
ở 18
o
C E = 0.058.log
2
1
C
C
2
Conductance
(mesure ò pẻmeability)
Na
+
K
+
0
1 2 3 4
Time, ms
mV

k+
(-75mV)

Na+
(+55mV)

m
(-61mV)
0
1 2 3 4
Time, ms
+60
+30
0
-30
-60
-90
Nếu hai môi trờng là chất khác nhau
E =
22
11
ln
fC
fC
nF
RT

1
F

:hệ số hoạt động của các chất C1; f2 hệ số hoạt động của các chất C2
Biến đổi E =
2
1
ln
C
C
vu
vu
x
nF
RT
+

u hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của cation.
v hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của anion.
Chất H
+
K
+
Na
+
NH
4
+
1/2Mn
++
U,v 32.7 6.7 4.5 6.7 4.5
Chất 1/2Ca
++

OH
-
Cl
-
HCO
-
1/2SO
4

U,v 5.3 18 6.8 4.6 7.1
Đa điện cực vào trong và ngoài tế bào xuất hiện điện sức điện động:
E = E
k
+ E
Na
+ E
E
k
=






+
+
e
i
K

K
F
RT
ln
E
Na
=






+
+
e
i
Na
Na
Ln
F
RT
5020 ữ=






=

+
+
e
i
e
i
Cl
Cl
K
K
10
1
=






+
+
e

i
Na
Na
Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài tế bào sẽ
trở thành âm tính tơng đối (bị khử mất cực dơng) so với mặt trong: ngời ta gọi
là hiện tợng khử cực (depolarisation). Sau đó, tế bào lập lại thế thăng bằng ion
nghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại dơng tính tơng đối (tái lập cực dơng) ngời ta
gọi đó là hiện tợng tái cực (repolarisation).
Hình vẽ 1.2
!"#
Ngày nay khoa điện sinh lí học hiện đại đã cho ta biết rõ, dòng điện do
tim phát ra vì đâu mà có ?
Đó là do 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 khi tế bào cơ tim
3
hoạt động, lúc này tính thẩm thấu của màng tế bào đối với các loại ion luôn
luôn biến đổi.
$ :Sự di chuyển của các ion Na
+
,K
+
,Ca
++
qua màng tế bào, hình thành đờng cong điện thế hoạt động,
nguồn gốc của dòng điện tim

Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng tế
bào sẽ trở thành âm tính tơng đối (bị khử mất cực dơng) so với mặt trong:
ngời ta gọi đó là hiện tợng khử cực (despolarisation) (Hình1và2).
%: Khử cực (b) và tái cực (c) trên một tế bào đơn giản.
Sau đó, tế bào dần dần lập lại thế thăng bằng ion lúc nghỉ, điện thế mặt
ngoài trở lại dơng tính tơng đối (tái lập cực dơng): ngời ta gọi đó là hiện tợng
tái cực (repolaisation).
$& #' #(
Điện tâm đồ là một đờng cong ghi lại các biến thiên của các điện lực do
tim phát ra trong hoạt động co bóp. Điện lực đó rất nhỏ, chỉ tính bằng milivôn
nên rất khó ghi. Cho đến năm 1903, Einthoven mới lần đầu ghi đợc nó bằng
một điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm.
4
Phơng pháp ghi điện tim đồ cũng giống nh cách ghi các đờng cong biến
thiên tuần hoàn khác: ngời ta cho dòng điện tim tác động lên một bút ghi làm
bút này dao động qua lại và vẽ lên một mặt giấy, nó đợc động cơ chuyển động
đều với một tốc độ nào đó. Ngày nay, ngời ta đã sáng chế ra rất nhiều loại
máy ghi điện tim nhạy cảm, tiện lợi. Các máy đó có bộ phận khuếch đại bằng
đèn điện tử hay bán dẫn và ghi điện tim đồ trực tiếp lên giấy hay vẽ lên màn
huỳnh quang. Ngoài ra, chúng còn có thể có một hay nhiều dòng, ghi đồng
thời đợc nhiều chuyển đạo cùng một lúc, ghi điện tim đồ liên tục 24 giờ trên
băng của một máy gắn nhỏ gắn vào ngời (Cardiocassette Type Holter).
%) #
Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng dày 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 nh đã nói ở
trên.
*Tim với hệ thần kinh tự động của nó.
Quy ớc mắc điện cực và định nghĩa sóng âm sóng dơng.
5

Tim hoạt động đợc là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự
động của tim. Đầu tiên, xung động đi từ nút xoang toả ra cơ nhĩ làm cho nhĩ
khử cực trớc; nhĩ bóp trớc đẩy máu 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 sẽ bóp mạnh đẩy máu ra ngoài biên. Hiện tợng nhĩ và thất
khử cực lần lợt trớc sau nh thế chính là để duy trì quá trình huyết động bình
thờng của hệ thống tuần hoàn. Đồng thời điều đó cũng làm cho điện tim đồ
bao gồm hai phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng điện của nhĩ, đi trớc, và một thất
đồ, ghi lại dòng điện của thất đi sau.
Để thu đợc dòng điện tim, ngời ta đặt những điện cực của máy ghi điện tim
lên cơ thể. Tuỳ theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tim đồ sẽ khác nhau.
Nhng trong mấy ví dụ dới đây, để cho thống nhất và đơn giản, quy ớc
(Hình1.5) đặt điện cực dơng (B) ở bên trái quả tim và điện cực âm (A) ở bên
phải quả tim.
Nh vậy (Hình1.5):
- Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trơng) không có dòng điện nào qua máy và
bút sẽ chỉ ghi lên giấy một đờng thẳng ngang, ta gọi đó là đờng đồng điện
(isoelectric line).
- Khi tim hoạt động (tâm thu) điện cực B thu đợc một điện thế dơng tính t-
ơng đối so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dơng, nghĩa là ở mé
trên đờng đồng điện.
Trái lại, điện cực A dơng tính tơng đối thì bút sẽ vẽ lên một làn sóng âm,
nghĩa là ở mé dới đờng đồng diện.
%+,(- ./!",0
Nh trên đã nói, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) sẽ toả ra làm khử cực
cơ nhĩ nh hình các đợt sóng với hớng chung là từ trên xuống dới và từ phải
sang trái (Hình1.6). Nh vậy, véctơ khử cực nhĩ có hớng từ trên xuống dới và từ
phải sang trái, làm với đờng ngang một góc 49
o
(Hình1.6), đờng thẳng nằm

trùng với véctơ này gọi là trục điện nhĩ.
6
Lúc này, điện cực B sẽ là dơng tơng đối và ta có thể ghi đợc một sóng
dơng thấp, nhỏ, tầy đầu với thời gian khoảng 0.08s gọi là sóng P. Do đó, trục
điện nhĩ gọi là sóng P kí hiệu là ÂP (P axis). Khi nhĩ tái cực nó phát ra một
sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T). Nhng ngay lúc này cũng xuất hiện
khử cực thất với điện thế mạnh hơn nhiều. Nên trên điện tâm đồ gần nh ta
không thấy sóng T nữa. Kết quả nhĩ đồ chỉ thể hiện trên điện tâm đồ một sóng
đơn độc là sóng P.
1 Nhĩ đồ
a) Quá trình khử cực ở nhĩ ; trục điện nhĩ;
b) Nhĩ đồ bình thờng: sóng P;
c) Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay
đặt điện cực trực tiếp lên nhĩ (mổ tim, thực nghiệm)
7
%2(-34. !"20
"0 &56
Ngay khi nhĩ còn đang khử cực thì xung động đã bắt vào nút nhĩ-thất rồi
truyền qua thân và hai nhánh bó His xuống khử cực thất.
Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa liên thất đi xuyên qua mặt phải vách này,
tạo ra một véctơ khử cực đầu tiên hớng từ trái sang phải: điện cực A sẽ dơng
tính tơng đối và máy ghi đợc một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng Q (Hình1.7a).
Sau đó xung động truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả 2 tâm
thất theo hớng xuyên qua bề dày cơ tim. Lúc này, véctơ khử cực hớng nhiều
về bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nằm nghiêng về bên trái. Do đó,
véctơ khử cực chung hớng từ phải qua trái và điện cực B lại dơng cao hơn,
nhọn gọi là sóng R (Hình1.7b).
Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hớng từ trái sang phải, máy ghi
đợc sóng âm nhỏ gọi là sóng S (Hình1.7c).
8

7Qu¸ tr×nh khö cùc thÊt vµ sù h×nh thµnh phøc bé QRS.
9
Tóm lại, khử cực thất bao gồm 3 làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phức
tạp nên đợc gọi là phức bộ QRS (QRS complex).Vì nó có sức điện động tơng
đối lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0,07s nên
còn gọi là phức bộ nhanh. Trong phức bộ này sóng chính lớn nhất là sóng R.
Nếu đem tổng hợp 3 véctơ khử cực lại ta đợc véctơ khử cực trung bình hớng
từ trên xuống dới, từ phải qua trái và làm với đờng ngang một góc 58
o
. Véctơ
này gọi là trục điện trung bình của tim hay trục điện tim.
06
Thất khử cực xong sẽ qua giai đoạn tái cực chậm, không thể hiện trên điện
tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đoạn thẳng đồng điện gọi là đoạn
T_S. Sau đó là thời kì tái cực nhanh (sóng T).
Tái cực có xu hớng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dới thợng tâm mạc tới lớp d-
ới nội tâm mạc. Sở dĩ tái cực đi ngợc chiều với khử cực là vì nó tiến hành đúng
vào lúc tim co bóp với cờng độ mạnh nhất, làm cho lớp cơ tim dới nội tâm
mạc bị lớp ngoài nén vào mạnh nên tái cực muộn đi. Do đó, tuy tiến hành ng-
ợc chiều với khử cực, nó vẫn có véctơ tái cực hớng từ trên xuống dớivà từ phải
qua trái làm phát sinh làn sóng dơng thấp, tầy đầu gọi là sóng T (Hình1.8).

8Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T
Sóng T này không đối xứng và còn gọi là sóng chậm vì nó kéo dài 0.2s.
Sau khi sóng T kết thúc có thể thấy một sóng chậm, nhỏ gọi là sóng U.
Đây là giai đoạn muộn của tái cực.
10
Tóm lại, thất đồ chia làm hai đoạn:
- Giai đoạn khử cực gồm phức bộ QRS đợc gọi là pha đầu.
- Giai đoạn tái cực gồm ST và T (cả U nữa) gọi là pha cuối.

%$9'.,2
Nh trên đã nói, khi sóng P kết thúc là hết nhĩ đồ, khi bắt đầu sóng Q là bắt
đầu thất đồ. Nhng nhìn vào điện tim đồ, ta thấy P và Q có một khoảng ngắn
đồng điện (gọi là khúc PQ) chứng tỏ ràng sau khi nhĩ khử cực xong rồi, xung
đột vẫn cha truyền đạt xuống tới thất. Nhung khúc PQ không thể đại diện cho
thời gian truyền đạt từ nhĩ tới thất. Vì ngời ta biết rằng ngay khi nhĩ còn đang
khử cực (nghĩa là còn đang ghi sóng P) thì xung động đã bắt vào nút nhĩ-thất
và bắt đầu truyền đạt xuống phía thất rồi. Do đó, để đạt một mức chính xác
cao hơn (tuy rằng không hoàn toàn đúng), ngời ta thờng đo khởi điểm sóng P
đến khởi điểm sóng Q (hay khởi điểm sóng R (nếu không có Q) Tức khoảng
PQ và gọi là thời gian truyền đạt nhị- thất, bình thờng dài từ 0,12s đến 0,20s.
:Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kì tâm thu và tâm trơng
trên điện tim đồ
Tóm lại,điện tim đồ bình thờng của mỗi nhát bóp tim (chu chuyển tim) gồm
sáu làn sóng nối tiếp nhau mà ngời ta dùng sáu chữ cái liên tiếp để đặt tên là:
P,Q,R,S,T,U, trong đó ngời ta phân ra một nhĩ đồ: sóng P; một thất đồ: các
sóng Q,R,S,T,U-với thời gian truyền đạt nhĩ-thất: khoảng PQ.
Với tần số tim bình thờng (khoảng 75 nhịp/min), thì sau sóng T (hoặc sóng
U);tim sẽ nghỉ đập khoảng 0,28s thể hiện bằng một khoảng thẳng đồng diện
(hình1.9) rồi lại tiếp sang lần bóp sau với một loạt sóng P,Q,R,S,T,U khác và
11
cứ nh thế tiếp diễn. Thời gian nghỉ trên gọi là thời kỳ tâm trơng toàn thể của
tim.
* ;9<.
Cơ thể con ngời là một môi trờng dẫn điện, vì thế dòng điện do tim phát ra
đợc truyền đi khắp cơ thể, biến cơ thể thành điện trờng của tim. Nếu đặt 2
điện cực lên bất cứ điểm nào đó của điện trờng này, ta thu đợc dòng điện thể
hiện điện thế giữa hai điểm đó gọi là chuyển đạo hay đạo trình (Lead). Nó thể
hiện trên máy ghi bằng một đờng cong điện tâm đồ có hình dạng khác nhau
tuỳ thuộc vị trí đặt điện cực. Do đó cần thiết phải qui chuẩn vị trí đặt điện

cực để đạt đợc hiệu quả cao nhất.
Hiện nay ngời ta đặt điện cực theo 12 cách thu đợc 12 chuyển đạo thông
dụng gồm 3 chuyển đạo mẫu, 3 chuyển đạo đơn cực các chi và 6 chuyển đạo
trớc tim. Tại mỗi chuyển đạo ta đợc một dạng sóng điện tim đồ khác nhau.
*9<.#=
Còn gọi là các chuyển đạo lỡng cực các chi hay lỡng cực ngoại biên.Vì cả
hai điện cực của chúng đều là những điện cực thăm dò, đợc đặt nh sau:
- Chuyển đạo I: Điện cực âm ở cổ tay phải, điện cực dơng ở cổ tay trái, gọi
đó là chuyển đạo I, viết tắt là D1 (Hình 1.10).
>Sơ đồ mắc các chuyển đạo mẫu. Điện cực đặt ở chân phải là
dây nối đất để chống ảnh hởng tạp.
- Chuyển đạo II: Điện cực âm ở cổ tay phải, dơng ở cổ tay trái, gọi đó là
chuyển đạo 2 viết tắt là D2.
12
- Chuyển đạo III: Điện cực âm ở tay trái, điện cực dơng ở chân trái., gọi đó
là chuyển đạo 3, viết tắt là D3.
*9<.6
Nh trên đã thấy các chuyển đạo mẫu đều có hai điện cực thăm dò để ghi
hiệu điện thế giữa hai điểm của điện trờng tim. Nhng khi muốn nghiên cứu
hiệu điện thế riêng biệt của một điểm thì ta phải biến một cực thành trung
tính. Muốn vậy ngời ta nối điện cực đó (điện cực âm) với một điện cực trung
tâm gọi là CT (điện cực dơng) thì đem đặt các vùng thăm dò.
Khi điện cực thăm dò đặt ở chi thì gọi là chuyển đạo đơn cực chi, thờng hay
đặt điện cực thăm dò ở 3 vi trí sau:
- Cổ tay phải: Ta đợc chuyển đạo VR (Voltage right) thu đợc điện áp ở mé
bên phải và đáy tim. Trục chuyển đạo là đờng thẳng nối tâm điểm (O) ra vai
phải (R).
Cách dấu cực trung tâm CT và mắc một chuyển
đạo đơn cực chi (ở đây là VR)
- Cổ tay trái: ta đợc chuyển đạo VL (voltage left) nó nghgiên cứu điện thế

về phía thất trái. Trục chuyển đạo ở đây là đờng thẳng OL.
13
- Cổ chân trái: ta đợc chuyển đạo VF (voltage food) đây là chuyển đạo độc
nhất có thể nhìn thấy đợc thành sau dới đáy tim. Trục chuyển đạo là đờng
thẳng OF.
Sau này, cải tiến thành chuyển đạo cực chi tăng thêm (kí hiệu AVL, AVR,
AVF).
Tất cả 6 chuyển đạo I, II, III, AVR, AVL, AVF đợc gọi là chuyển đạo
ngoại biên vì đều có chuyển đạo thăm dò đặt tại các chi. Để xem xét một cách
đầy đủ về các tín hiệu của tim ta phải ghi thêm các chuyển đạo trớc tim.
*$9<.?#
Thờng ghi đồng loạt cho bệnh nhân 6 chuyển đạo trớc tim thông dụng nhất
kí hiệu là V1-V6: đó là các chuyển đạo đơn cực có một điện cực trung tính nối
vào cực trung tâm (CT) và một điện cực thăm dò đặt lần lợt trên 6 điểm ở vùng
trớc tim.
V1: Khoảng liên sờn 4 bên phải, sát bờ xơng ứu.
V2: Khoảng liên sờn 4 bên trái, sát bờ xơng ứu.
V3: Điểm giữa đờng thẳng nối V2 và V4.
V4: Giao điểm của đờng dọc đi qua điểm giữa xơng đòn trái với đờng
đi qua mỏm tim (hay nếu không xác định đợc vị trí mỏm tim thì lấy khoảng
liên sờn 5 trái).
V5: Giao điểm của đờng giao điểm của đờng nách trớc với đờng
ngang đi qua V4.
V6: Giao điểm của đờng nách giữa với đờng V4, V5.
Nh vậy, trục chuyển đạo của chúng sẽ là những đờng thẳng hớng từ tâm
của tim đến tới điểm cực tơng ứng, các trục đó nằm trên các đờng thẳng nằm
ngang (horixontal plane) hay phần nằm ngang.
14
Vị trí đặt điện cực của các chuyển đạo trớc tim
1@A<#!") #

Về nguồn gốc tín hiệu điện tim đã trình bày ở trên, phần này sẽ trình bày
các dặc trng cơ bản của tín hiệu điện tim:
- Tín hiệu điện tim là tín hiệu có dạng phức tạp với tần số lặp lại khoảng từ
0.05-300Hz. Về hình dạng các sóng P, Q, R, S, T, U, V đợc trình bày ở mục
trên. Qúa trình tính toán, phân tích, kể cả trờng hợp bệnh lí, trờng hợp méo tín
hiệu, ngời ta xác định đợc dải tần tiêu chuẩn bảo đảm thể hiện trung thực tín
hiệu điện tim là từ 0.05-100Hz. Giới hạn trên để đảm bảo phức bộ QRS không
bị méo. Giới hạn dới để đảm bảo trung thực sóng P và T.
- ở các máy điện tim hiện đại nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn
này cao hơn từ 0.01-2000Hz.
Xét về dải rộng của tín hiệu thì biên độ các sóng P, Q, R, S, T, U rất khác
nhau. Biên độ các sóng ghi đợc trong các chuyển đạo mẫu là nhỏ nhất (do
điện trờng tim ở các chi là yếu nhất). Biên độ các chuyển đạo ở lồng ngực là
lớn nhất.
15
Biên độ các sóng P, Q, S nhỏ nhất cỡ 0.2 - 0.5mV.
Biên độ lớn nhất là sóng R cỡ 1.5 - 2mV.
Quãng thời gian tồn tại của sóng :
P R: 0.12s đến 0.2s
Q T : 0.35s đến 0.44s
S T : 0.05s đến0.15s
QRS : 0.05s đến 0,09s
P: 0,05s đến 0,11s
PQ: 0,11s đến 0,2s
Toàn bộ các sóng điện tim gồm :
- Chuyển đạo trớc tim V1,V2,V2,V4,V5,V6.
- Chuyển đạo mẫu I ,II, III.
- Chuyển đạo ngoại biên tăng cờng aVR, aVL, aVF.
Điện tâm đồ bình thờng và các con số chủ yếu
7) ##/;)B'.) CDE

F
"02G#
Dấu hiệu chủ yếu: PQ dài ra; ngoài ra còn có thể có QT dài ra, T dẹt, ST
chênh, P cao hay dẹt, QRS có móc và có các rối loại nhịp. Các dấu hiệu đó
16
có thể chuẩn đoán sớm các ca thấp tim mới phát, tiềm tàng hay không điển
hình, nhất là ở trẻ em.
$PQ dài ra trong bệnh thấp tim.
0 H2
Thờng gặp trong các bệnh: tăng huyết áp, hở hay hẹp động mạch chủ, hẹp
eo động mạch chủ, hở hai lá, ống động mạch, phồng động-tĩnh mạch, thiếu
năng vành. Với các triệu chứng nh:
- Biên độ R cao lên nhiều khi vợt quá 25mm.
- Sóng Q hơi sâu nhng không rộng.
- Sóng S vắng mặt hoặc rất nhỏ.
- Nhánh nội điện muộn tới trên 0.045s.
17
%Các triệu chứng của bệnh tăng gánh thất trái.
0I4;
Do một bệnh tim thực thể có dày thất trái: bệnh mạch vành, tăng huyết áp,
hẹp hay hở động mạch chủ, bệnh cơ tim Vì tiên l ợng của nó không tốt.
Với các triệu chứng nh:
- Triệu chứng quan trọng nhất không thể thiếu đợc là QRS tiêu biểu, giãn
rộng (>= 0.12s).
- Sóng R giãn rộng có móc ở đỉnh. Sóng Q và sóng S biến mất.
- Nhánh nội điện muộn quá 0.055s.
*: Các triệu chứng của bệnh Bloc nhánh trái hoàn toàn.
18
#$ % &
'(

+J2'!"#9 #
@A<#!"#9 #
Dòng điện hoạt động của tim là tín hiệu một chiều rất nhỏ biến thiên chậm
nên rất dễ bị ảnh hởng của các nguyên nhân tác động của bên ngoài nh điện l-
ới công cộng, các thiết bị điện khác đặt bên cạnh hoặc các nguồn cảm ứng bên
ngoài Mặt khác nó cũng dễ bị tác động của các dòng điện phát sinh từ các cơ
quan khác nh cơ và da bệnh nhân. Nếu việc gắn điện cực lên bệnh nhân không
tiếp xúc tốt thì tín hiệu cũng dễ bị sai lệch.
Khi có các nguồn nhiễu ở bên ngoài tác động lên các điện cực và sẽ đợc
qua mạch khuyếch đại lên cùng với tín hiệu điện tim. Các tín hiệu nhiễu này
nh là các tín hiệu đồng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống nhiễu
tốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha.
Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghép
giữa nguồn tín hiệu đầu vào và mạch khuyếch đại, giữa các tầng khuyếch đại
sẽ không thể ghép điện dung và ghép điện cảm mà phải dùng ghép trực tiếp.
Nhng khi ghép trực tiếp, do không có thành phần cách ly một chiều nên khi có
sự thay đổi nào đó nh thay đổi về chế độ một chiều, sự thay đổi của nhiệt độ
sẽ làm cho tham số của linh kiện thay đổi sự thay đổi này cũng sẽ đợc đa
đến đầu ra của máy.
Sự thay đổi một cách ngẫu nhiên của tín hiệu khi tín hiệu vào không thay
đổi gọi là hiện tợng trôi, hiện tợng trôi do nhiều nguyên nhân gây ra nh nhiệt
độ nguồn bức xạ bên ngoài tác động vào các linh kiện
Từ các đặc điểm trên máy điện tim phải có các khả năng sau:
- Vì tín hiệu nhỏ nên máy phải có hệ số khuyếch đại lớn.
- Trở kháng vào lớn để việc phối hợp trở kháng giữa đầu vào mạch khuyếch
đại với nguồn tín hiệu để lấy ra điện áp đủ lớn cấp cho bộ khuyếch đại làm
việcvà thu tín hiệu mà không bị ảnh hởng của sự thay đổi bên ngoài nh do
các bệnh nhân khác nhau, do tiếp xúc của các điện cực.
- Độ méo của các thiết bị phải nhỏ, để tín hiệu thu đợc chính xác phục vụ
cho việc chuẩn đoán bệnh.

19
- Khả năng chống nhiễu tốt ,đặc biệt là nhiễu đồng pha.
- Có độ ổn định cao và lọc nhiễu tốt để phản ánh trung thực tín hiệu điện
tim.
- Có độ cách điện tốt để đẩm bảo an toàn điện cho cả ngời và máy.
D;CKLM!"#9
1) Dải thông tần của máy ghi đợc giới hạn trên và giới hạn dới, giới hạn dới
đảm bảo cho đờng ghi cơ bản (vì loại đợc các tần số quá thấp). Chỉ tiêu kỹ
thuật này cũng có thể biểu diễn bằng hằng số thời gian của mạch ghép tầng.
Hằng số thời gian càng lớn thì độ méo tín hiệu càng giảm trong khu vực tần
số thấp. Hạn chế trên là giảm độ méo tín hiệu ở khu vực tần số cao. Đôi khi
để tránh can nhiễu do nguồn điện gây ra ngời ta bố trí các bộ lọc phụ cắt các
tần số 40/50/60Hz.
Để đảm bảo trung thực, các bộ khuyếch đại tín hiệu điện tim cho qua tín
hiệu có tần số 0.05- 100Hz. Giới hạn dới của dải tần tơng ứng với hằng số
thời gian của mạch ghép RC. Nếu hằng số thời gian càng lớn càng tốt (xét về
độ trung thực của tín hiệu) song nếu quá lớn thì thời gian phục hồi của bộ
khuyếch đại sẽ quá lâu và nó sẽ rơi vào trạng thái bão hoà.
2) Hệ số méo phi tuyến :
Độ méo cho phép là 5%. Tham số này thể hiện độ chính xác của thiết bị
trong quá trình khuyếch đại tín hiệu đối với tần số khác nhau.
3) Độ nhậy :
Đợc xác định trên giấy ghi tín hiệu điện tim bằng chỉ số mm/mV. Là khả
năng làm lệch đờng ghi tính ra mm theo điện áp vào là 1 mV. Thờng các máy
điện tim có một số độ nhậy nhất định và có thể chuyển từ độ nhậy này sang độ
nhậy khác(5mm/mV, 10mm/mV ).
4) Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR):
Hệ số khử nhiễu đồng pha lớn hơn 60(CMMR > 60dB)
5) Trở kháng vào :
- Để tái tạo trung thực tín hiệu thì trở kháng vào bộ khuyếch đại lớn hơn rất

nhiều so với trở kháng nguồn tín hiệu.
- Với các chuyển đạo mẫu I, II, III thì trở kháng vào của bộ khuyếch đại
phải đạt tới 10M.
6) Hệ số khuyếch đại
Bảo đảm mức với Uv = 1mV cho Ura = 1V.
7) Dòng dò < 10 àA.
20
N # .
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điện tử y tế nói
chung và thiết bị ghi điện tim nói riêng ngày càng có thêm nhiều tính năng.
Việc xử dụng kỹ thuật vi xử lý và ghép nối thiết bị ghi điện tim với mạch điện
toán đã nâng cao tính năng và chất lợng của thiết bị. ở mức độ bình thờng
chúng có thể lu trữ số liệu, so sánh cập nhật và in các số liệu về điện tim cùng
tên tuổi bệnh nhân một cách tự động. ở mức độ cao hơn nữa là chuẩn đoán
bệnh (kết hợp với các khám nghiệm khác). Đồng thời tính an toàn của thiết bị
cũng đợc nâng lên nh báo động mất nguồn, dòng dò tăng, điện cực tiếp xúc
xấu.Với kích thớc gọn nhẹ, giá thành ngày càng hạ, chắc chắn chúng sẽ thâm
nhập ngày càng sâu hơn vào các bệnh viện và phòng khám bệnh, không chỉ ở
các bệnh viện, trung tâm y tế lớn mà còn ở các tuyến dới, tơng lai có thể đến
tận các tuyến cơ sở.
Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối của một thiết bị ghi điện tim sở dụng vi xử
lý. Thiết bị ghi điện tim ghép nối với máy điện toán cũng có sơ đồ nh vậy.
Trong máy điện toán cũng dùng vi xử lý.
àP là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh toán học, logic và chuyển dữ
liệu.RAM là bộ nhớ tạm thời, ROM là bộ nhớ chỉ đọc.
21
CPU
(àP)
@((
Lấy mẫu

A/D và
I/O



O3
PQ
<N
G)#R#9

PQ
PQ

IH,"
S

TUV
TQV
'
C<
Sơ đồ khối của thiết bị
ghi điện tim dùng vi xử lý (àP)
Vi xử lý và máy điện toán chỉ làm việc với các đại lợng số (đếm đợc)
khác với khái niệm điện tim mà chúng ta đang xét ở trên là đại lợng liên tục
(tơng tự). Vì thế tín hiệu điện tim trớc khi đa vào vi xử lý hay máy điện toán
phải chuyển đổi sang dạng số. Thông tin này là dữ liệu về điện tim. Cũng
không thể lấy quá nhiều dữ liệu. Cứ cách một khoảng thời gian nào đó ngời ta
mới lấy tín hiệu điện tim đa vào bộ chuyển đổi ra dạng số. Bộ chuyển đổi này
gọi là bộ chuyển đổi tơng tự số (A/D). Khoảng thời gian lặp lại đó gọi là chu
kỳ lấy mẫu. Tần số lấy mẫu bằng nghịch đảo của chu kỳ lấy mẫu.

Ta đã biết rằng phức bộ của sóng điện tim bao gồm sóng P, Q, R, S, T.
Khoảng cách QRS là hẹp nhất khoảng 0.06 0.12 giây, nếu chu kỳ lấy mẫu
là 0.005 giây thì trong khoảng QRS lấy đợc từ 12 đến 24 mẫu đủ để phản ánh
nhóm sóng này.
Phần trên ta đã trình bày phổ của điện tim là từ 0.05 đến 100 hz, do đó tần
số lấy mẫu tối thiểu là 200 hz. Độ chính xác của dữ liệu điện tim còn phụ
thuộc vào mức số hoá (mức lợng tử). Với yêu cầu cao ngời ta có thể chia
thành 1000 mức từ 0 đến 999 và để biểu diễn có thể dùng 3 chữ số thập phân.
Vi xử lý hay máy điện toán chỉ dùng hai trạng thái có điện (1) hay không có
điện (0) trong các phần tử. Cách biểu diễn này là biểu diễn nhị phân. Mời chữ
số có thể biểu diễn từ 0 đến 1023. Tuy nhiên trong một số thiết bị ngời ta chỉ
cần đến 8 bit để biểu diễn tín hiệu điện tim (0 255).
Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu là 5ms, trong khi vi xử lý thực hiện
một lệnh cở às. Điều đó cho thấy giữa hai lần lấy mẫu vi xử lý có thể thực
hiện đợc vài nghìn lệnh, số lệnh này đủ để vi xử lý thực hiện một số lệnh nh lu
trữ, hiển thị, quản lý, phím bấm, báo động, nhận dạng, lọc số. Nhng cha đủ để
phân tích phổ kể cả phân tích phổ nhanh FFT.
Thiết bị hiển thị ở đây có thể là màn hình chấm điểm (Bit map) hay màn
hình x,y (Vector), là các LED. Thiết bị lu trữ nh băng đĩa từ.Thiết bị ghi nh
máy in kim, lazer, máy in nhiệt hay bút ghi nhiệt. Trong trờng hợp dùng màn
hình x, y để hiển thị và bút ghi nhiệt để ghi thì phải có bộ chuyển đổi tơng tự
số (A/D).
Việc thiết kế hệ điện tim dùng vi xử lý hay máy điện toán ngoài thiết kế
phần cứng nh mạch điện,còn phải thiết kế phần mềm để vi xử lý thực hiện các
chức năng đề ra.
22
Ghép nối thiết bị điện tim với máy điện toán đơn giản hơn xây dựng từ vi
xử lý. Công việc phần cứng là thiết kế chế tạo phần điện tim và ghép nối. Phần
ghép nối bao gồm mạch vào/ra, mạch chuyển đổi A/D, D/A (nếu cần). Phần
mềm có thể đợc viết phần lớn bằng ngôn ngữ bậc cao, phần còn lại đợc viết

bằng ngôn ngữ máy.
23
)*+**,-!.-
/
Sau khi phân tích đờng cong điện tim đồ, tim ra các dấu hiệu bệnh lý, các
bác sĩ chuyên khoa về tim mạch đã tập hợp chúng lại thành những hội chứng
điện tim đồ, rồi dựa vào đó mà chuẩn đoán bệnh.
Có hai loại hội chứng đợc xét đến là:
- Các hội chứng về hình dạng sóng: Các bệnh lý làm thay đổi hình dạng
điện tim đồ chuẩn.
- Các hội chứng về rối loạn nhịp: Các bệnh lý làm thay đổi tần số điện
tim đồ chuẩn .
Đề tài của luận văn mới chỉ xét tới các bệnh lý làm thay đổi hình dáng của
điện tim đồ chuẩn và để giải quyết vấn đề này là bài toán về nhận dạng.
3? GGGL.
Phơng pháp nhận dạng tín hiệu đợc sử dụng để xử lý các thông tin đa
chiều khi các thông tin này không thể biểu diễn đợc dới dạng biểu thức logic
đơn giản hoặc không thể định nghĩa trớc.
Có hai phơng pháp nhận dạng tín hiệu :
1. Phơng pháp nhận dạng thống kê: sử dụng lý thuyết quyết định.
2. Phơng pháp nhận dạng cú pháp hay cấu trúc: nghĩa là chia tín
hiệu thành nhiều phần dễ nhận dạng, các phần này liên quan với
nhau theo một nguyên tắc cấu trúc định trớc.
Hai phơng pháp trên không tách rời mà bổ trợ cho nhau. Trong đồ án này, ứng
dụng đồng thời hai phơng pháp để phân tích nhận dạng tín hiệu điện tim.
+9WXL.YGG)
Nhận dạng cú pháp tín hiệu dựa trên cơ sở các hệ thống toán học trong đó
có hính dạng của một tập đợc biểu diễn bằng các phần tử của ngôn ngữ hình
thức. Quy tắc điều khiển sắp xếp các nguyên hàm tạo thành dạng tín hiệu tuân
theo ngữ pháp sau :

G = (V
T
, V
N
, P, S)
24
Trong đó :
V
T
là từ vựng hoặc biểu diễn câu của ngôn ngữ, th ờng đợc biểu
diễn bằng các chữ cái thờng (từ: a z)
V
N
là từ vựng hay chữ cái không tận cùng, thờng đợc biểu diễn
bằng chữ cái in hoa.
P - là tập hợp các quy tắc cấu tạo cho phép xây dựng đầy đủ một
câu từ các chữ cái.
S - là định lý của ngữ pháp hay kí hiệu cấu tạo liên quan tới V
N
.
Khi các nguyên hàm của một dạng cho trớc đợc xác định, quá trình nhận
dạng tín hiệu đợc tiến hành phân tích cú pháp của câu xem cú pháp này có
đợc viết đúng theo quy tắc đã đợc định nghĩa bằng ngữ pháp của quá trình hay
không.
GBGGGL.YGG) #
Khi phân tích tín hiệu ECG, ta nhận thấy rằng đoạn thẳng T P biểu
diễn đờng cách điện giữa hai chu kỳ nhịp và cho chúng ta những thông tin
quan trọng nh đoạn PQRST. Vì vậy, ta chọn của sổ phân tích tín hiệu bao
trùm tất cả chu kỳ nhịp của tín hiệu ECG, nghĩa là giữa hai đỉnh R-R.
Cửa sổ quan sát của một chu kỳ điện tim đợc chia thành 40 đoạn, cũng có

thể ít hoặc nhiều hơn. Nếu ít hơn thì khoảng cách của đoạn cong tín hiệu đợc
lấy để lấy để tuyến tính hoá lớn lên do đó độ chính xác xẽ nhỏ đi. Còn nếu
nhiều hơn thì ngợc lại nhng thời gian thực để xử lý tín hiệu dài ra có thể sẽ
ảnh hởng đến việc lấy đợc đầy đủ một chu kỳ của tín hiệu. Trong thực tế của
sổ quan sát trên đợc chia thành 40 đoạn là hợp lý. Quá trình nhận dạng tín
hiệu điện tim sẽ đợc thực hiện trên các từ chia thành 40 ký tự. ở đây, ta chọn
trờng hợp đơn giản nhất để làm ví dụ mô tả ý nghĩa của các chữ cái nh sau :
V
T
= (a, b, c)
Trong đó :
a biểu diễn đoạn thẳng nằm ngang:
b biểu diễn đoạn thẳng có góc dơng:
c biểu diễn đoạn thẳng có góc âm:
Từ các giá trị thu thập đợc ta tạo đợc ngôn ngữ cấu thành bao gồm các từ
có dạng ví dụ nh: b c a c b c b a b c a vv
25