thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ ecg
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (878.71 KB, 20 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU Y SINH
Đề tài:
THIẾT KẾ MẠCH THU NHẬN TÍN
HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ
Sinh viên thực hiện : Ngô Sơn Tùng :shsv 2008
Đỗ Đức Cường :shsv 20083278
Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027
Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716
Giáo viên hướng dẫn : ThS. Vũ Duy Hải
Hà Nội – 05/2012
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
2
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay đi cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì vấn đề sức khỏe con người
luôn được đặt lên hàng đầu .Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào y tế hiện nay chính là sự
quyết định đến hiệu quả của việc phòng khám chữa bệnh cũng như nâng cao yêu cầu chăm
sóc sức khỏe.
Đến với môn học Mạch xử lý tín hiêu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao kiến
thức, kỹ năng thực hành, khả năng phân tích, giải quyết vấn để nhóm em đã chọn đề tài
thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tim – ECG. Qua đề tài nhóm em mong muốn dựa trên
những hiểu biết về mạch có thể thực hiện thiết kế chế tạo các mạch đơn giản. Đồng thời có
thể củng cố và vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế; đồng thời nâng cao
được khả năng phân tích, tìm hiểu, thiết kế mạch xử lý tín hiệu y sinh.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Duy Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ
nhóm em hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn chế
nên nhóm em không tránh khỏi sai sót, tín hiệu nhận được vẫn chưa được hoàn chỉnh…
Chúng em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy để đề tài của nhóm em được
hoàn thiện hơn.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2012
Nhóm sinh viên thực hiện
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
3
1.1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ – ECG”
1.1.1. Lý do chọn đề tài
Như chúng ta đã biết trong bốn chỉ số sinh tồn : nhiệt độ, mạch, huyết áp, nhịp tim thì
việc đo nhịp tim là một thông số cực kỳ quan trọng. Đồng thời hiện nay trên thế giới các
bệnh về tim mạch cũng rất phổ biến. Do đó, việc xây dựng và thiết kế một máy ghi nhận
tín hiệu điện tim với giá thành phù hợp, dễ sử dụng là rất hữu ích. Chúng em cũng nhận
thấy tín hiệu điện tim hiện nay đã được mọi người quan tâm rất nhiều, dạng tín hiệu nhận
được cũng dễ nhận biết hơn các dạng tín hiệu . Vì thế, đối với những sinh viên mới tìm
hiểu, kỹ năng chưa có nhiều như nhóm em thì việc xử lý tín hiệu điện tim là phù hợp hơn
cả. Hơn nữa, qua đề tài nhóm em mong muốn có thể hiểu hơn về các tín hiệu y sinh và
cách xử lý chúng. Do đó nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện
tâm đồ - ECG”.
1.1.2. Khả năng ứng dụng của đề tài
Khi cuộc sống càng ngày càng phát triển như hiện nay thì vấn đề chăm sóc sức khỏe
ngày càng được thế giới quan tâm. Đồng thời với một nền công nghiệp phát triển, tần suất
công việc, nhịp sống ngày càng tăng thì vấn đề tim mạch là một trong những nguy cơ ngày
càng gia tăng, càng đặt được mối quan tâm của mọi người. Ngày nay, các phòng khám tim
mạch cũng ngày càng nhiều. Do đó có rất nhiều nhu cầu về thiết bị y tế đặc biệt là máy
điện tâm đồ. Nhưng hiện nay, các thiết bị y tế trên thị trường có giá thành không phải nhỏ.
Vì thế nhóm em mong muốn có thể tạo ra một thiết bị ghi nhận tín hiệu điện tim với giá
GIỚI THIỆU CHUNG
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
4
thành vừa phải với khả năng chi trả của những phòng khám nhỏ. Nó sẽ hỗ trợ cho khả năng
thăm khám, chuẩn đoán bệnh của bác sĩ được chính xác hơn.
Nhóm em nhận thấy nếu có thể phát triển thành một sản phẩm hoàn chỉnh thì khả năng
ứng dụng của đề tài là rất lớn.
1.1.3. Khả năng thực hiện của nhóm
Theo như yêu cầu mà nhóm đặt ra ban đầu là mạch của nhóm cần phải hoàn thiện phần
cơ bản (mạch thu nhận được tín hiệu điện tim hiển thị trên oscilloscope); sau khi hoàn
thiện tốt phần tương tự nhóm sẽ phát triển để hiển thị tín hiệu thu được lên máy tính.
Về phần cơ bản, mạch yêu cầu cần đạt được các chức năng sau:
- Mạch thu nhận được tín hiệu điện tim
- Mạch gồm các khối cơ bản: Mạch khuếch đại đo, mạch lọc thông thấp, mạch lọc
thông cao, mạch triệt tần 50 Hz, mạch khuếch đại cách ly, mạch khuếch đại đệm.
Bộ khuếch đại cần khuếch đại được tín hiệu lên khoảng 10
3
lần
1.2 GIỚI THIỆU VỀ NHÓM VÀ TIMELINE CÔNG VIỆC:
Nhóm thiết kế mạch của chúng em gồm 4 thành viên gồm :
1.Ngô Sơn Tùng :shsv 20083008 mail :
2.Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 mail :
3.Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027
4.Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
5
Timeline công việc của nhóm :
Công việc
Phân công
Thời gian hoàn thành
Tìm hiều về đề tài, tìm kiếm tài liệu
Cả nhóm
1 tuần
Thiết kế mạch nguyên lý, chạy mô phỏng
Tùng ,Cường
2 tuần
Mua linh kiện
Phương,Toàn
2 ngày
Thiết mạch thực tế
Cả nhóm
1 tuần
Test mạch
Cả nhóm
2 tuần
1.3 GIỚI THIỆU VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM
Tín hiệu điện tim là một trong các đại lượng sinh học quan trọng nhất trong việc
chẩn đoán và chăm sóc bệnh nhân. Khi tim co bóp thể thực hiện chức năng tuần
hoàn của mình thì nó sẽ tạo ra một điện trường sinh học qua khối dẫn liên hợp từ
ngực và cơ bụng tới bề mặt da. Sự chênh lệch điện thế sinh học đó có thể đo được
từ bất kỳ hai điểm nào trên bề mặt da. Biên độ của dạng sóng tín hiệu thu được phụ
thuộc vào cập điện cực được đặt ở đâu trên bề mặt da bệnh nhân.
Sóng điện tim là tín hiệu biến đổi theo thời gian, phản ánh dòng điện ion gây ra
bởi các tế bào tim khi co lại hay giãn ra. Tín hiệu này thường rất nhỏ. Mỗi chu kỳ
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
6
tim thường khoảng là 0,8 giây, thể hiện quá trình khử cực và tái khử cực của tâm
nhĩ và tâm thất
Hình 2.1 Lược đồ của quá trình tạo nhịp bằng cơ tim, điện thế qua màng bó
dẫn trong tim người và quan hệ của chúng với dạng sóng ECG ở đạo trình III
Một chu kỳ tim chuẩn có chu kỳ là 0,8 giây với năm đỉnh là P, Q, R, S, T và một
đỉnh U ( đỉnh này rất nhỏ). Biên độ sóng P, Q, S nhỏ nhất khoảng 0,2 – 0,5 mV.
Biên độ sóng R lớn nhất, khoảng 1,5 – 2 mV. Do đó đỉnh sóng QRS của tín hiệu
ECG thường nằm trong dải 400 µV – 2,5 mV. Biên độ này phụ thuộc vào vị trí đo
và thể trạng của bệnh nhân. Dải tần hoạt động là khoảng 0,05 Hz – 100 Hz.
Các đạo trình đo
Cơ thể người là một môi trường dẫn điện, vì thế dòng điện do tim được phát đi
ra được truyền đi khắp cơ thể. Khi đặt hai điện cực trên bất kỳ hai điểm nào của cơ
thể đều thu được dòng điện thế giữa hai điểm đó và được gọi là đạo trình ( hay
chuyển đạo). Mỗi đạo trình sẽ có một dạng sóng khác nhau. Thông thường người ta
hay sử dụng 12 đạo trình để ghi tín hiệu điện tâm đồ bao gồm:
- Đạo trình mẫu : 3 đạo trình
- Đạo trình đơn cực các chi: 3 đạo trình
- Đạo trình trước ngực: 6 đạo trình
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
7
Hình 2.2 Tín hiệu ECG chuẩn
Nhóm em đã chọn thiết kế mạch thu nhận tín hiệu một đạo trình chuẩn của tín
hiệu điện tim. Sau đây em xin giới thiệu chi tiết hơn về đề tài của nhóm.
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
8
2.1 SƠ ĐỒ KHỐI:
Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch xử lý tương tự
Điện cực
tiếp xúc
Lọc thông
thấp
Lọc triệt
tần 50 Hz
Lọc thông
cao
Bảo vệ đầu
vào và đệm
Khuếch
đại đệm
OUTPUT
THIẾT KẾ
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
9
2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:
2.2.1 Mạch vào
2.2.2 Mạch khuếch đại đo
MACH VAO
J2
CON2
1
2
J3
CON2
1
2
TAY TRAI
TAY PHAI
+
-
U3
OP07
3
2
6
7
1
4
8
+
-
U4
OP07
3
2
6
7
1
4
8
R3
47k
R4
47k
D8
1N4148
D9
1N4148
L1
+12V-12V+12V-12V
D10
1N4148
D11
1N4148
R1
Mach Khuech Dai Do
+
-
U5
AD620
3
2
6
7
1
4
8
CHAN TRAI
L1
R1
+12V-12V
OUT1
R5 22k
R6 22k
R21
20K
R7
5K
C9
104
R8 10K
R9 1M
+
-
U6
OP07
3
2
6
7
1
4
8
CHAN TRAI
-12V +12V
R10
10k
J5
CON2
1
2
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
10
2.2.3 Mạch lọc thông thấp
2.2.4 Mạch lọc thông cao
OUT3
Mach Loc Thong Thap
R13
203
OUT2
R14
22K
+
-
U8
OP07
3
2
6
7
1
4
8
C12
104
C13
473
+12V-12V
C10
10uF
C11
10uF
+
-
U7
OP07
3
2
6
7
1
4
8
R11
220k
-12V +12V
OUT1
OUT2
R12
504
MACH LOC THONG CAO
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
11
2.2.5 Mạch lọc lọc tần 50Hz
2.2.6 Mạch khuếch đại tín hiệu ra( KĐ Đệm):
+12V-12V
OUT4
C14
104
C15
104
Mach Loc 50Hz
R15 33k R16 33k
OUT4
C16
104
C17
104
OUT3
+
-
U9
OP07
3
2
6
7
1
4
8
R17 4k7 R18 10k
Khuech Dai Tin Hieu Ra
+
-
U10
OP07
3
2
6
7
1
4
8
OUT4
R19
4k7
R20
504
OUTPUT
+12V-12V
J4
CON2
1
2
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
12
2.2.7 Nguồn vào ( điều chỉnh 12V):
J1
CON3
1
2
3
- +
D1
2A
2
1
3
4
AC1
AC2
VPP1
+
C1
2200uF
+
C2
2200uF
C3
104
C4
104
VPP2
U1
7812
VIN
1
VOUT
3
+12V
D2
DIODE
12
D3
DIODE
1 2
+
C5
2200uF
C6
104
D4
LED
12
R1
10k
VPP1
U2
7912
VIN
2
VOUT
3
+
C7
2200uF
C8
104
D5
LED
12
-12V
R2
10k
D6
DIODE
1 2
D7
DIODE
12
VPP2
Nguon +12V
Chinh Luu Cau
Nguon -12V
J6
CON2
1
2
J7
CON2
1
2
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
13
3.1.HÌNH ẢNH
3.1.1.Mạch sau khi hoàn thành :
Mạch sau khi thiết kế xong
KẾT QUẢ
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
14
Cắm nguồn và bật công tắc, led sáng mạch hoạt động
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
15
3.1.2 Hình ảnh sử dụng mạch đo :
a) Cắm vào đầu vào một tín hiệu hình sin, tần số 97 Hz, kết quả thu được
trên OXILO:
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
16
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
17
b) Dùng điện cực dán lên các phần tay trái, tay phải và chân phải, hình
ảnh thu được trên OXILO:
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
18
3.2 KẾT LUẬN, NHẬN XÉT:
Nhóm em đã ghép nối mạch phần cơ bản. Do kỹ năng xử lý và kinh
nghiệm chưa có nhiều nên tín hiệu nhóm thu được vẫn chưa được ổn
định. Nhóm đang cố gắng xử lý để tín hiệu thu được có thể tốt hơn.
Kinh nghiệm của chùng em còn khá ít về chế tạo mạch cho y tế nên có
thể có nhiều sai sót mắc phải.
Qua việc làm với nhóm thấy rằng cả nhóm đã có tinh thần rất tốt khi làm
việc theo nhóm.
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
19
Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG
Hà Nội, 18/05/2012
20
STT
Tên linh kiện
Nơi mua
Số lượng
Giá thành (VNĐ)
1
Biến áp
Chợ trời
1
50 000
2
OP07
Chợ Trời
7
7 000
3
CON2
Chợ Trời
6
2000
4
AD620
17A Hàn Thuyên
1
80000
5
LED
Chợ Trời
2
500
6
Đế
Chợ Trời
8
1500
7
Trở 4K7
Chợ Trời
2
500
8
Trở 47K
Chợ Trời
2
500
9
Trở 22K
Chợ Trời
3
500
10
Trở 10 K
Chợ Trời
5
500
11
Trở 33K
Chợ Trời
2
500
12
7812+7912
Chợ Trời
2
4000
13
1N4148
Chợ Trời
4
500
14
1N4007
Chợ Trời
4
500
15
VR
Chợ Trời
5
3000
16
SW
Chợ Trời
1
3000
17
Cáp nguồn
Chợ Trời
1
15000
18
Tụ Gốm 104
Chợ Trời
10
2000
19
Tụ 2200µF
Chợ Trời
4
16000
20
Tụ 10µF
Chợ Trời
2
2000
21
Cầu 1A
Chợ Trời
1
2000
