đồ án tìm hiểu hệ thống monitor

MỤC LỤC
Chương 1 : Khảo sát hệ thống monitor tại giường bệnh trong y tế
1.1. Giới thiệu về hệ thống giám sát bệnh nhân
Trong y tế, monitor là một thiết bị dùng để giám sát một căn bệnh, một tình trang
hoặc một vài thông số y tế của bệnh nhân theo thời gian thực.
1
Hình 1.1:Thiết bị monitor
Hệ thống giám sát bệnh nhân (PMS) là một hệ thống theo dõi rất quan trọng, nó được
sử dụng cho giám sát tín hiệu sinh lý bao gồm điện tâm đồ (ECG), hô hấp, huyết áp xâm
lấn và huyết áp không xâm lấn, độ bão hòa oxy trong máu (SpO2 ), nhiệt độ cơ thể và
nồng độ các khí gây mê,… Trong PMS, nhiều cảm biến và các điện cực được sử dụng
cho việc nhận tín hiệu sinh lý như là điện cực ECG, cảm biến ngón tay SpO2, băng quấn
đo huyết áp và que dò nhiệt độ để đo các tín hiệu sinh lý.
Việc giám sát của monitor y tế được thực hiện bằng cách đo đạc liên tục các thông số
nhất định thông qua một màn hình y tế, ví dụ như đo liên tục một tín hiệu sự sống bằng
màn hình theo dõi tại giường bệnh nhân hay việc thực thiện lặp đi lặp lại các xét nghiệm
y tế, chẳng hạn như theo dõi lượng đường huyết với máy đo lượng đường ở những người
mắc bệnh đái tháo đường.
Trong khi điều trị, theo dõi liên tục các dấu hiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân là
điều hết sức cần thiết. Vì vậy PMS luôn có vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực thiết
bị y tế. Các cải tiến liên tục về công nghệ không chỉ giúp chúng ta truyền tải những tín
hiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân tới các nhân viên y tế mà còn đơn giản hóa việc đo
lường, từ đó làm tăng hiệu quả giám sát bệnh nhân.
Trong những năm gần đây, những cải tiến công nghệ liên quan đến đo lường và thông
tin truyền thông đã dẫn đến việc theo dõi bệnh nhân có hiệu suất toàn diện hơn và chất
lượng ổn định.
Trong quá khứ, các sản phẩm của các nhà sản xuất thiết bị y tế chỉ đo được một thông
số duy nhất. Tuy nhiên hiện nay, công nghệ theo dõi bệnh nhân đa thông số mới được sử
dụng phổ biến. Ngày nay trong công nghiệp, hệ thống giám sát bệnh nhân gồm 2 loại:hệ
thống monitor đơn thông số và hệ thống monitor đa thông số.
1.2. Giới thiệu về hệ thống monitor đơn thông số tại giường bệnh

2
Hệ thống giám sát đơn thông số chỉ có khả năng đo lường 1 tín hiệu sinh lý duy nhất.
Ngày nay, đây là công nghệ cũ, nhưng nó vẫn được sử dụng ở các nước đang phát triển
như Ấn Độ, Pa-ki-xtan, Băng-la-đét,… Các hệ thống giám sát đơn thông số có chi phí rất
thấp nên rất dễ sản xuất và duy trì. Hệ thống giám sát đơn thông số có thể dùng để đo
huyết áp cơ thể, ECG (Điện tâm đồ), SpO2 (Độ bão hòa oxy trong máu),…
Màn hình hiển thị bệnh nhân theo kiểu tương tự cũ dựa trên nguyên lí bộ tạo dao động
và chỉ có duy nhất một kênh, thường dành riêng cho điện tim đồ (ECG). Một monitor
phải theo dõi huyết áp của bệnh nhân, một cái khác thì phải theo dõi lượng SPO2, một cái
khác nữa là ECG. Các mẫu máy tương tự sau này có thêm 2 hoặc 3 kênh đo và hiển thị
trên cùng một màn hình, thông thường theo dõi huyết áp và sự hoạt động của hô hấp. các
loại máy này thường được sử dụng rộng rãi và đã cứu sống nhiều sinh mang, nhưng
chúng có một vài hạn chế, bao gồm sự nhạy cảm với nhiễu điện, sự lên xuống thất
thường của mức cơ sở và thiếu sự cảnh báo.
1.3. Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh
Hệ thống giám sát bệnh nhân đa thông số (PMS) được dùng để đo nhiều dấu hiệu sinh
lý quan trọng của bệnh nhân để truyền tải các thông tin quan trọng như điện tâm đồ, nhịp
hô hấp, huyết áp,… Vì vậy, PMS luôn có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực thiết bị y
tế. Sự cải tiến liên tục về công nghệ trong PMS đã giúp máy đo được nhiều dấu hiệu sinh
lý quan trọng cho nhân viên y tế.
Các thiết bị theo dõi tại giường có các cấu hình khác nhau phụ thuộc vào các nhà sản
xuất. Chúng được thiết kế để theo dõi các thông số khác nhau nhưng đặc tính chung giữa
tất cả các máy đó là khả năng theo dõi liên tục và cung cáp sự hiển thị rõ nét đường sóng
ECG và nhịp tim. Một số thiết bị còn bao gồm khả năng theo dõi áp suất, nhiệt độ, nhịp
thở, nồng độ oxi bão hòa SpO2, …
3
Hình 1. 2 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân
PMS mới nhất giúp đơn giản hoá các phép đo dấu hiệu sinh lý và tăng hiệu quả theo
dõi. Vì vậy, ngày nay PMS rất linh hoạt và nó có thể theo dõi nhiều tín hiệu sinh lý trong
cùng một hệ thống duy nhất.

Sự xuất hiện của các máy vi tính đã đánh dấu sự mở đầu của một hướng phát triển cơ
bản mới trong các hệ thống theo dõi bệnh nhân. Những hệ thống như vậy có một khối
CPU chính có khả năng tổng hợp, ghi nhận bản chất của nguồn tín hiệu và xử lý chúng
một cách thích hợp. Phần cứng chịu trách nhiệm cho việc phân tích tín hiệu sinh lý, hiển
thị thông tin và tương tác với người sử dụng trên thực tế là một tập hợp các khối phần sụn
được thực hiện dưới chương trình vi tính. Phần sụn đem lại cho hệ thống tính chất của nó
các công tắc, nút, núm xoay,và đồng hồ đo được thay thế bằng màn hình sờ ( cảm ứng).
Trong đó:
ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ
4
RESP: Respiration – hô hấp
SpO2: Nồng độ Oxi trong máu
BP: Blood Pressure – huyết áp
TEMP: Temperature – nhiệt độ
NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp
Khối đầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, SpO2/BP/TEMP, NIBP.
1.4. Chức năng của monitor đa thông số
1.4.1. Hiển thị tín hiệu điện tim
• Quá trình hình thành tín hiệu điện tim
Điện tim ECG (Electrocadiography) là các hoạt động điện của tim được tạo ra bởi
quá trình co bóp của cơ tim. Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ
thống thần kinh tự kích của tim. Đầu tiên xung động đi từ nút xoang tỏa ra cơ nhĩ làm cho
tâm nhĩ khử cực, tâm nhĩ co làm đẩy máu xuống tâm thất, tiếp đó nút nhĩ thất AV tiếp
nhận xung động rồi truyền qua bó His xuống tâm thất làm tâm thất khử cực, lúc này tâm
thất đầy máu co mạnh sẽ đẩy máu ra ngoại biên. Hiện tượng tâm nhĩ và thất khử cực lần
lượt trước sau như vậy chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thống
tuần hoàn. Vì thế điện tim đồ gồm hai phần, phần nhĩ đồ đi trước ghi lại hoạt động điện
của tâm nhĩ và thất đồ đi sau ghi lại hoạt động điện của tâm thất.
Với qui ước đặt điện cực dương bên trái quả tim và điện cực âm bên phải quả tim
ta thu được các dạng sóng điện tim.

5
Hình 1.4: Dạng tín hiệu điện tim chuẩn
Dạng sóng điện tim bao gồm một chuỗi các sóng lặp lại theo mỗi chu kỳ tim.
Những sóng thành phần này được ký hiệu bằng các ký tự P, Q, R, S, T theo quy ước
thường dùng trong lâm sàng. Các sóng thành phần này tương ứng với các hoạt động của
một chu kỳ tim. Tổng thời gian cho một chu kì tín hiệu điện tim là khoảng 800ms, tương
ứng với khoảng 75 nhịp/phút.
 Dạng sóng P: Là quá trình khử cực tâm nhĩ, xung động đi từ nút xoang tại nhĩ
phải sẽ tỏa ra làm khử cực cơ tâm nhĩ, hình thành một điện thế dương hướng từ
trên xuống, từ phải sang trái của tim. Thời gian khử cực này khoảng 80 ms.
Khi tâm nhĩ tái cực, nó cũng tạo ra một điện thế cực tính âm nhỏ hơn nhiều so
với điện thế khử cực tâm thất cùng lúc đó, nên ta không nhìn thấy trên điện tim
đồ. Như vậy, hoạt động của tâm nhĩ trên điện tim đồ chỉ tồn tại một sóng đơn -
sóng p.
 Sóng phức họp QRS: Là quá trình khử cực tâm thất, bắt đầu từ lúc tâm nhĩ vẫn
còn đang khử cực. Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa mặt trái vách liên thất đi
xuyên sang mặt phải vách này tạo nên một vectơ điện thế khử cực đầu tiên
6
hướng từ trái sang phải tạo nên một sóng âm nhỏ nhọn trên điện tim đồ gọi là
sóng Q. Tiếp đó, xung động được truyền hướng xuống và bắt đầu khử cực cả
hai tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim. Lúc này, quá trình khử cực
hướng nhiều về phía bên trái hơn vì thất trái dày hom và tim nằm nghiêng
hướng trục giải phẫu sang bên trái. Vì thế vectơ điện thế khử cực lúc này
hướng từ phải sang trái hình thành một sóng dương rất cao và nhọn gọi là sóng
R. Sau cùng là vùng đáy thất được khử cực tạo nên một vectơ điện thế hướng
từ trái sang phải tạo nên một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng s. Như vậy, trong
quá trình khử cực tâm thất đã sinh ra một sóng phức hợp QRS có biên độ
tương đối lớn, biến thiên nhanh chỉ trong một khoảng thời gian ngắn khoảng
70ms.
 Sóng T và U: Khi tâm thất khử cực xong sẽ qua một thời gian tái cực chậm

không thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đường
thắng, đoạn S-T sau đó là đến một thời kỳ tái cực nhanh và xuất hiện sóng T.
Tái cực tiến hành từ vùng điện dương đến vùng điện âm và có vectơ tái cực
hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái làm phát sinh một làn sóng
dương thấp. Sóng T thường có dạng không đối xứng, sườn lên thoai thoải và
sườn xuống dốc đứng hơn. Người ta không đo khoảng thời gian của sóng T vì
nó thay đổi theo từng người và điểm bắt đầu của sườn lên là không rõ ràng.
Ngay sau khi sóng T kết thúc, ta còn có thể thấy một sóng chậm nhỏ gọi là
sóng U. Sóng U là giai đoạn muộn của quá trình tái cực. Sóng T thường có độ
rộng khoảng 0,2s và sóng u có độ rộng khoảng 0,08s.
• Sơ đồ khối quá trình xử lí tín hiệu điện tim
Thực hiện đo một kênh tín hiệu ECG và đường sóng hô hấp (RESP) hình (3.2).
Các mạch trở kháng cao và các bộ hãm khí bảo vệ các bộ khuếch đại đầu vào khỏi sốc
tim và các tín hiệu nhiễu tần sô cao từ các điện cực gắn trên người bệnh nhân. Các mạch
đầu vào của khối này được cách ly với các mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy
biến thế. Khối này nhận một kênh tín hiệu ECG từ các đạo trình 3 điện cực hoặc 5 điện
cực. Phụ thuộc vào cài đặt phần mềm mà bộ chọn đạo trình ở khối này chọn đạo trình
7
phù hợp từ 3 đến 5 điện cực đặt trên người bệnh nhân. Mạch xử lý đường sóng hô hấp có
khả năng đo trở kháng của các tín hiệu đầu vào. Sự thay đổi trở kháng của các tín hiệu
đầu vào gây ra sự thay đổi điện áp của tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện áp này
máy tính ra số nhịp thở của bệnh nhân.
Bảng1.3 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP
• Đặc điểm của tính hiệu điện tim đầu ra
Tín hiệu điện tim là tín hiệu sinh học lấy từ cơ thể người thông qua các điện cực, do
vậy nó có một số đặc điểm sau:
- Biên độ của tín hiệu điện tim tương đối nhỏ, khoảng lmV.
- Tần số nằm trong khoảng từ: 0.1Hz đến 250Hz.
- Dễ bị can nhiễu, nguồn nhiễu này sinh ra do một số nguyên nhân cơ bản như:
Nhiễu 50Hz (nhiễu của nguồn điện áp xoay chiều cung cấp cho thiết bị), nhiễu

do tiếp xúc của các điện cực, do sự chuyển động của bệnh nhân, do sự co cơ
1.4.2. Hiển thị tín hiệu SPO2
• Độ bão hòa Oxy trong máu
8
Máu trong cơ thể người mang oxy theo hai cách: Hòa tan dưới dạng chất dịch
trong máu hay gọi là huyết tương và kết hợp với hemoglobin. Lượng oxy ở dạng chất
dịch chiếm khoảng 3% toàn bộ oxy. Giá trị này đo được dưới dạng các khí trong máu
(blood gases). Do hầu hết oxy đều kết hợp với hemoglobin, nên có ba yếu tố ảnh hưởng
đến lượng oxy cung cấp cho cơ thể:
- Dịch truyền mô
- Lượng hemoglobin
- Sự bão hòa hemoglobin bởi oxy.
Nếu mọi phân tử hemoglobin kết hợp với một phân tử oxy thì toàn bộ hemoglobin
trong cơ thể bão hòa hoàn toàn (100% bão hòa). Khi hít thở không khí (21% oxy), lượng
oxy này là rất ít để hemoglobin được bão hòa hoàn toàn. Nhưng ái lực của hemoglobin
với oxy là rất cao nên gây ra sự bão hòa gần như là hoàn toàn trong máu (khoảng 97%).
Khi hemoglobin không mang oxy tới các mô (mức mao dẫn), sự bão hòa
hemoglobin trong mao dẫn tăng dần. Thông thường sự bão hòa trong tĩnh mạch vào
khoảng 75%. ái lực của hemoglobin đối với oxy cao hạn chế oxy khi bão hòa mức thấp,
bởi vậy mức chênh lệch giữa mức bão hòa ở trạng thái khỏe “ từ 95 - 98%” và mức thở
kém (85-90%) là rất thấp. Nếu oxyhemoglobin thấp (dưới 90%) thì không đủ lượng oxy
cung cấp cho cơ thể.
• Sơ đồ khối đo tín hiệu SPO2
Khối này được dùng để đo một kênh đường sóng huyết áp, một kênh đường sóng
nhiệt độ và giá trị của SpO2. Các mạch đầu vào trên bảng này được cách ly khỏi các
mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy biến thế. Thường ở trên khối này có một
công tắc ngầm dùng để cài đặt các thông số cần đo trong khối. Trong mạch xử lý nhiệt
độ, tín hiệu đầu vào từ các thermistor được lọc qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ nhiễu tần
sô cao. Bộ ghép kênh sau đó sử dụng đồng thời điện áp tham chiếu 270C, điện áp định cỡ
cho 370C và tín hiệu nhiệt độ cơ thể từ các thermistor. Trong mạch xử lý huyết áp(hình

3.4) bộ kích thích điều khiển hoạt động của đầu đo huyết áp. Những tín hiệu đầu vào từ
9
transducer được khuếch đại và sau đó được lọc qua bộ lọc thông thấp. Mạch xử lý SpO2
(hình 3.3) bao gồm 3 mạch nhỏ: mạch điều khiển LED, mạch phát điện ID đầu đo, và
mạch xử lý tín hiệu đầu vào. Mạch điều khiển LED điều khiển hoạt động của LED ở
trong đầu đo. Mạch phát hiện ID đầu đo tìm dạng và sự hiện diện của đầu đo. Trong
mạch xử lý tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu vào từ photodiode được khuếch đại và được lọc
qua bộ lọc thông thấp. Trong quá trình này, một phần tín hiệu khi không dò được ánh
sáng đượcgiữ lại như đường gốc của tín hiệu.
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của khối SpO2
10
Hình 1.6 . Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP
Dạng sóng Pleth được tạo ra từ tín hiệu thu được của cảm biến đo SpO2 nhưng
dạng sóng Pleth không phải là sự dao động của giá trị SpO2. Giá trị SpO2 thường được
thể hiện bằng dạng số trên các monitor theo dõi bệnh nhân.
Pleth được viết tắt từ Plethysmography có nghĩa là biểu đồ đo thể tích. Nó thể hiện
sự thay đổi thể tích trong một cơ quan hay trong toàn bộ cơ thể (thường là thể tích máu
hoặc khí). Các cảm biến SpO2 dựa trên hiện tượng hấp thụ ánh sáng để tính toán lượng
máu lưu thông trong phần mô giữa đầu phát và đầu thu ánh sáng, do đó đồ thị tạo ra cũng
được gọi là Plethysmography hay cụ thể hơn là Photopethysmography (PPG).
11
Hình1.7: dạng sóng Pleth
Mỗi chu kỳ trên dạng sóng này ứng với một nhịp đập của tim. Đường đi lên ứng
với quá trình tâm thu, máu từ động mạch chủ được bơm đến ngón tay. Đường đi xuống
ứng với quá trình tâm trương. Trên đường đi xuống có một gai nhỏ, gai này được tạo ra
do máu từ động mạch chủ khi được bơm đến các phần dưới cơ thể tạo sẽ áp lực lên trên
và truyền đến ngón tay. Độ cao của sóng cho biết dung lượng máu lưu thông trong động
mạch, chiều dài bước sóng cho biết nhịp tim. Các dạng sóng Pleth không bình thường sẽ
cho bác sỹ một số thông tin về tình trạng của bệnh nhân.
Một số monitor không vẽ sóng Pleth mà biểu diễn sự thay đổi thể tích máu lưu

thông trong động mạch diễn bằng sự dao động của một chuỗi vạch. Ngày nay, nhờ sự
phát triển của công nghệ, thiết bị đo SpO2 ngày càng đơn giản và rẻ, do đó giá trị SpO2
cùng sóng Pleth đã và đang trở thành một thông tin quan trọng phục vụ cho công tác chẩn
đoán của bác sĩ.
1.4.3. Hiển thị tín hiệu huyết áp
• Sự hình thành huyết áp
Huyết áp là áp lực gây ra cho thành mạch máu khi máu lưu thông trong mạch máu.
Sự hình thành của huyết áp động mạch là kết quả của tác dụng tương quan giữa tim bom
máu và lực cản bên ngoài.
12
Khi tim co lại, tâm thất sẽ đẩy máu vào mạch máu. Cơ tâm thất phóng thích ra
năng lượng, một phần dùng để đẩy máu di chuyển, một phần sẽ chuyển hóa thành áp lực
lên thành mạch máu. Trị số huyết áp và lượng máu do tim đẩy ra có liên quan mật thiết
với nhau. Lượng máu đẩy ra là tích số của lượng máu được đẩy ra sau mỗi lần tim đập và
nhịp tim. Vì vậy, nhịp tim nhanh hay chậm đều ảnh hưởng đến trị số huyết áp.
Sức cản ngoại vi được hình thành chủ yếu do lực cản huyết quản, là một nhân tố
quan trọng hình thành nên huyết áp. Neu không có sức cản ngoại vi thì lượng máu từ tim
bơm ra sẽ chảy nhanh ra ngoài. Chỉ khi phối họp với sức cản ngoại vi, lượng máu do tim
bơm ra sẽ không chảy quá nhanh mà lưu lại ở mạch máu. Như thế, năng lượng phóng
thích ra khi tâm thất co lại mới có thể biểu hiện dưới dạng áp lực, hình thành nên huyết
áp tương đối cao. Áp lực ngoại vi tăng cao chủ yếu là do sự thay đổi của đường kính
mạch máu và liên quan mật thiết đến hoạt động co, giãn của thành mạch máu.
Độ đàn hồi của động mạch và độ dính của máu cũng sẽ ảnh hưởng đến trị số huyết
áp. Khi độ đàn hồi của động mạch tăng có tác dụng làm giảm biên độ dao động của huyết
áp, ngăn ngừa hiện tượng áp suất tâm thu quá cao và áp suất tâm trương quá thấp. Độ
dính của máu tăng cao, sức cản ngoại vi lớn cũng sẽ làm cho huyết áp tăng cao.
• Sơ đô khối đo huyết áp
Sau khi tín hiệu nhận từ đầu đo huyết áp, khối này khuếch đại các tín hiệu đầu vào
rồi sau đó cho qua các bộ lọc và đau vào bộ ghép kênh. Các tín hiệu từ bộ ghép kênh sau
đó được đưa vào bảng mạch mẹ để xử lý tiếp. Trong khối này có một bộ điều khiển van

an toàn để kiểm tra trạng thái của van an toàn. Van an toàn được thiết kế sao cho nó tự
động làm giảm bớt áp suất của Cuff khi áp suất này vượt quá 300mmHg. Van này giúp
bảo vệ bệnh nhân trong trường hợp mạch an toàn không dừng tăng áp suất của cuff khi áp
suất đã đạt đến 300mmHg.
13
Hình1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP
Để theo dõi huyết áp liên tục và vẽ đồ thị, các bác sĩ phải sử dụng phương pháp đo
huyết áp xâm lấn (Invasive Blood Pressure hay IBP). Người ta có thể đo IBP tại nhiều vị
trí trên cơ thể nhưng thông thường nhất là đo ở động mạch quay, đùi,…Dạng sóng huyết
áp có hình dạng gần giống với hình dạng sóng Pleth do cả hai đều liên quan đến mức độ
bơm máu đến động mạch.
Hình1.9: dạng sóng huyết áp
1.4.4. Hiển thị nhịp thở
• Tổng quan về hệ hô hấp của người
14
Phổi thực hiện chức năng thông khí vào trao đổi O2, CO2 với máu. về mặt trao đổi
khí, máu sẽ nhận O2 từ không khí hít vào và thải CO2 ra ngoài theo đường thở ra. về mặt
thông khí, khi phổi co lại sẽ tạo nên một áp lực âm so với áp lực khí quyển và không khí
sẽ đi vào qua đường dẫn khí (mồm, mũi- khí quản, phế quản-phổi). Đây là quá trình hít
vào của con người. Khi phổi dãn ra, lượng khí trong phổi bị đẩy ra ngoài do áp lực phổi
cao hon áp lực khí quyển. Đây là quá trình thở ra của con nguời. Hoạt động của hệ hô hấp
đuợc theo dõi qua các thông số khí có trong khí thở của con nguời như C02, lượng 02
tiêu thụ cũng như sự co bóp của phổi và số lần hít vào, thở ra (nhịp thở).
• Sơ đồ khối
Các điện cực được đặt ở trước ngực bệnh nhân (tùy theo vị trí của điện cực thì ta
có ÀZ) để đo tín hiệu thở, bộ tạo dao động sẽ tạo ra tín hiệu dòng điện xoay chiều có tần
số từ 20KHz đến 100KHz, cường độ từ 25pA đến 500pA tác động vào điện cực mục đích
để thu được giá trị điện áp để đưa vào bộ khuếch đại. Tín hiệu ra của bộ khuếch đại sẽ
được lọc, xử lý và tính toán bởi bộ vi xử lý. Trên màn hình sẽ hiển thị dạng tín hiệu thở
và nhịp thở/phút, tất cả quá trình này đuợc thể hiện ở hình 1.12.

Hình 1.10: sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị
theo dõi bệnh nhân
1.4.5. Hiển thị nhiệt độ
• Giới thiệu chung
15
Nhiệt độ (temperature) được đo tại một số vị trí khác nhau trên cơ thể để chẩn
đoán và theo dõi bệnh nhân. Ở người, nhiệt độ phần giữa cơ thể là ổn định nhờ chức năng
điều hòa nhiệt độ (thermoregulatory) sinh lý. Nhiệt độ của các mô nằm sâu trong phần
giữa cơ thể được gọi là nhiệt độ lõi hay nhiệt độ cơ thể sâu (deep body). Thuật ngữ “nhiệt
độ cơ thể” thường dùng cho nhiệt độ lõi mặc dù nhiệt độ của cơ thể là không đồng đều
mà thay đổi từ điểm này tới điểm khác. Nhiệt độ lõi luôn nằm trong khoảng 35 - 40°c.
Hầu hết các thay đổi nhiệt độ sinh lý hay bệnh lý đều nằm trong dải này, từ thấp nhất vào
sáng sớm hay trong thời tiết lạnh tới cao nhất do sốt hay do vận động mạnh.
• Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị
Điện trở nhiệt trong đầu đo nhiệt độ được kết nối với bộ so sánh. Bộ so sánh này
sẽ liên tục so sánh đầu vào với các điện trở chuẩn để liên tục hiệu chuẩn phép đo. Điện áp
được tạo ra sau đó sẽ được khuếch đại, lọc và được số hóa rồi đưa đến bộ vi xử lý. Việc
hiệu chỉnh liên tục, tuyến tính hóa, điều khiển, biến đổi sang °c và hiển trên màn hình đều
được thực hiện bởi bộ vi xử lý.
Hình 1.11: Sơ đồ khối phần xử lý tín hiệu nhiệt độ
1.4.6. Hiển thị nhịp tim
16
Nhịp tim (Heart Rate) được xác định là số lần tim đập trong một phút. Việc theo
dõi nhịp tim là để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm. Nhịp tim được lấy từ quá
trình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng
thòi gian tức thời giữa hai đỉnh R liền nhau. Nhịp tim có khoảng giá trị từ 0-250
nhịp/phút.
Do nhịp tim được lấy từ quá trình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim ECG nên sơ
đồ khối của quá trình xử lý nhịp tim cũng là sơ đồ khối hình 1.6. Bộ vi xử lý sẽ thực hiện
việc tính toán và hiển thị giá trị nhịp tim khi tín hiệu điện tim đã được xử lý.

Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các khối đo, ta cần tìm hiểu lý thuyết về
phương pháp đo các thông số. Nội dung về các phương pháp đo được trình bày dưới đây.
1.5. Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh
1.5.1. Phương pháp đo nhịp tim
Nhịp tim được xác định là số lần tim đập trong một phút. Việc theo dõi nhịp tim là
để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm. nhịp tim lấy được từ sự khuếch đại xung
ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng thời gian tức thì giữa 2 đỉnh R liền
nhau. Dải đo từ 0-300 nhịp/phút. Các điện cực ECG ngực hay chi được sử dụng là các
cảm biến. Đo nhịp tim gồm có phép đo trung bình, phép đo tức thì.
Phép đo trung bình:
Dựa trên cơ sở chuyển đổi mỗi đỉnh sóng R của ECG thành một xung có
biên độ và thời gian cố định và sau đó xác định dòng trung bình từ những xung đó.
Chúng kết hợp mạch được thiết kế một cách đặc biệt để chuyển đổi tần số sang điện
áp để hiển thị nhịp tim trung bình theo đơn vị nhịp/ phút. Mạch trung bình thông
thường được sử dụng để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị hịp tim trung bình
là mạch “bơm điot”:
17
Hình1.12: Mạch bơm Diot
Nếu một tụ C được nạp đầy bằng một xung có biên độ điện áp V, thì điện
tích được giữ trong nó với một xung là: q = CV
Nếu có N xung trong một khoảng thời gian t, sao cho mỗi xung nạp một
lượng điện tích q lên tụ, sau đó tổng điện tích là: Q = Nq = NCV
Do đó dòng trung bình trong chu kì t là:
Khi một xung dương có biên độ V được đưa vào đầu vào của mạch, tụ C
1
sẽ
được nạp đến C
1
V thông qua diot D
1

, diot này sẽ dẫn và tạo ra một điện trở
không đáng kể. Do đó, sự nạp tụ sẽ do hằng số thời gian R
1
C
1
khống chế, và hằng
số này nhỏ hơn rất nhiều chiều rộng của xung đầu vào.
Khi xung đầu vào chuyển thành 0, cathode của D
2
là âm V vôn so với anode, do
đó điot D
2
phân cực thuận và bắt đầu dẫn điện. Tụ C
1
sau đó phóng điện qua diot D
2
,
đồng hồ đo và các điện trở R
1,
R
2
. Tụ C
2
được sử dụng để trung bình hóa dòng qua
đồng hồ đo và do đó nó phải lớn hơn nhiều so với tụ C
1
. Mạch được sắp xếp sao cho
tụ C
1
phóng điện hoàn toàn trước khi xung tiếp theo xuất hiện tại đầu vào. Một xung

khác có độ lớn V lại một lần nữa nạp một điện tích q, sau đó lại được bơm qua đồng hồ
đo khi xung đầu vào quay lại bằng 0.
Nếu
dòng trung bình i
tb
chạy qua một điện trở R
2
(điện trở đồng hồ đo chỉ thị),
thì điện áp của tụ là: e = C.V.f.R
2
18
Mối liên hệ này là đúng chỉ khi e có một tỉ lệ nhở so với V. Tính tuyến tính
0.1% có thể đạt được bằng cách sử dụng V = 150V và e = 1V. Nhưng cách này không
thực tế đối với hầu hết các mạch. Do đó một số dạng biến đổi được thực hiện để có
được một điện áp đầu ra có mối quan hệ tuyến tính với tần số.
Sơ đồ khối của một dụng cụ đo nhịp tim trung bình đọc trực tiếp được mô tả trong
hình 1.8. Xung ECG nhận được từ các điện cực được khuếch đại tại một bộ tiền khuếch
đại tới mức có thể vận hành mạch kích hoạt Schmidt. Bộ kích hoạt Schmidt chuyển đổi
mỗi sóng R thành một xung hình chữ nhật, sau đó được lấy vi phân trong một bộ vi phân
RC để mạng lại các xung đỉnh nhọn cho việc kích hoạt Monostable Multivibrator. Đầu
ra của bộ Multivibrator này bao gồm các xung đồng dạng có cùng một biên độ và thời
gian đi tới bộ tích phân (mạch bơm diot), mạch này tạo ra một dòng tỉ lệ thuận với tần số
đầu vào.
Hình 1.13: Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình
Phép đo tức thì:
Nhịp tim tức thì giúp cho viếc phát hiện ra sự rối loạn nhịp và cho phép theo dõi
kịp thời các trường hợp tim mạch khẩn cấp khi chúng mới chớm xuất hiện. Hình 3.9 cho
thấy nguyên lý của một dạng dụng cụ đo nhịp tim tức thì. Nó cung cấp đầu ra ổn định
giữa các xung, biểu diễn tần số tức thì giữa hai xung trước. Điện áp đầu ra giữa R2 và
R3 tỉ lệ với tần số xung của R1 và R2 tức là tỉ lệ với 1/T1.

19
Đầu ra giữa R3 và R4 tỉ lệ với 1/T2, nếu nhịp tim trở nên thấp hơn ( với T4>T3)
và xung không xuất hiện tại thời điểm thời gian bằng T3 sau R4, đầu ra bắt đầu giảm và
hiệu chỉnh thành giá trị mới. Kỹ thuật này có ưu điểm là thiết kế đơn giản nhưng nó
không cho ra đầu ra tuyến tính cho một dải tần số rộng.
Một kỹ thuật khác được dùng rộng rãi cho việc đo nhịp tim tức thì bao gồm 2 tụ,
một được sử dụng như tụ đo thời gian và tụ kia được sử dụng như một tụ bộ nhớ. Hoạt
động phụ thuộc vào việc nạp tụ đo theo chu kì thời gian giữa hai quãng thời gian cuối,
trong khi đó “tụ bộ nhớ” hiển thị giá trị được lưu trữ tương ứngvới quãng thời gian giữa
hai quãng thời gian cuối. Ở đây đầu ra không tuyến tính. Cisek (1972) đưa ra một thiết
kế cho một Cardiotachometer xung – xung tuyến tính sử dụng kĩ thuật này. Trong mạch
của ông mạch đo thời gian được nạp theo hàm hypecbol giã hai xung liên tục tạo ra giá
trị điện áp cuối, có quan hệ tuyến tính với tần số xung tức thời.
Hình 1.14: Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức
thì
Hình trên là sơ đồ khối của một Cardiotachometer. ECG được lấy mẫu trong mỗi
bước 2ms. Sự chuyển tiếp nhanh của các thành phần biên độ cao được làm suy yếu đi
băng một bộ hạn chế tỉ lệ xoay, bộ này làm giảm biên độ nhiễu do máy tạo nhịp tim gây
ra và làm giảm khả năng tính những nhiễu này thành các nhịp đập của tim.
Hai mẫu 2ms gần nhau được lấy trung bình và kết quả là một chuỗi mẫu 4ms được
tạo ra. Để loại bỏ những thành phần tần số cao không cần thiết của tín hiệu, người ta
dùng một bộ lọc Butterworth xung phản hồi không giới hạn tần số 30Hz. Bộ lọc này cho
20
ra các mẫu 8ms trong quá trình hoạt động. Bất kì một sóng DC nào cuối cùng cũng phải
qua một bộ lọc so sánh QRS, bộ dò nhịp đập nhận biết các tổ hợp QRS trong các giá trị
của đường điện tim đang được ghi. Nếu giá trị này vượt quá giá trị ngưỡng thì một nhịp
tim được đếm. Ngưỡng này được hiệu chỉnh tự động phụ thuộc vào giá trị của biên độ
sóng QRS và khoảng thời gian giữa các tổ hợp QRS. Tiếp theo mỗi nhịp đập là chu kì ức
chế 200ms được đưa vào, trong qua trình dó không có nhịp tim nào được nhận ra. Điều
này làm giảm khả năng sóng T được tính nhầm. Chu kì ức chế cũng được duy trì biến đổi

như một phương trình nghích đảo giới hạn nhịp tim trên với các giới hạn nhịp tim cao
thấp hơn thi chu kì ức chế dài hơn.
Hình 1. 15: Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh
1.5.2. Phương pháp đo nhịp mạch
Nhịp mạch được xác định là số lần máu được đẩy vào trong động mạch. Theo dõi
thông số nhịp mạch là để biết xem tim có đẩy được máu đi lên động mạch hay không. Để
đo nhịp mạch người ta sử dụng một transducer điện quang thích hợp để đặt lên ngón tay
hay dái tai. Tín hiệu từ tế bào quang học được khuếch đại và được lọc và khoảng thời
gian được đo giữa hai xung liên tục. Dải đo từ 0-250bpm.
Theo dõi xung ngoại vi có ích hơn và độc lập hơn so với việc tính nhịp tim từ
đường điện tim trong trường hợp tắc tim bởi vì nó có thể ngay lập tức chỉ ra sự ngừng lưu
thông máu trong các chi. Thêm vào đó các Transducer điện quang rất dễ dùng so với ba
21
điện cực điện tim. Biên độ của tín hiệu thu được bằng phương pháp này cũng đủ lớn để
so sánh với tín hiệu điện tim và do đó nó cho ra tỉ lệ tín hiệu – nhiễu tốt hơn. Tuy nhiên,
kĩ thuật này chịu ảnh hưởng khá lớn của các tác nhân nhiễu do chuyển động.
1.5.3. Phương pháp đo huyết áp
Huyết áp là một thông số phổ biến và hiệu quả nhất trong y tế để thực hành
sinh lý. Thực hiện xác định giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của áp suất máu trong
mỗi chu kì nhịp tim, bổ xung thêm thông tin về các thông số sinh lý, hỗ trợ cho việc
chẩn đoán để đánh giá điều kiện củ mạch máu và một vài khía cạnh về hoạt động của
tim. Có nhiều phương phương pháp đo huyết áp khác nhau, nhưng phân ra làm 2 loại:
đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp và đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp.
Các giá trị áp suất trong hệ thống chức năng được chỉ ra:
- Hệ thống động mạch 30 – 300mmHg
- Hệ thống tĩnh mạch 5 – 15mmHg
- Hệ thống phổi 6 – 25mmHg
Đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp IBP:
Là phương pháp đo chính xác nhất vì cảm biến được cấy trực tiếp vào động mạch
của cơ thể. Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xác cao đáp ứng cho yêu cầu

theo dõi liên tục của hệ thống monitor. Phương pháp này cho phép đo huyết áp trong các
vùng sâu mà phương pháp đo gián tiếp không đo được. Trong phương pháp đo trực tiếp
người ta sử dụng các loại ống thông có gắn cảm biến để đưa vào trong động mạch hoặc
tĩnh mạch đế vùng quan tâm. Có hai loại ống thông được sử dụng, một loại có cảm biến
được gắn ở đầu ống và thực hiện chuyển đổi áp lực của máu thành tín hiệu điện. Một loại
khác là ống chứa đầy chất lỏng, áp lực máu sẽ được truyền đến đầu dò thông qua chất
lỏng trong ống. Sau đó đầu dò sẽ chuyển đổi sang các tín hiệu điện tương ứng. Các tín
hiệu điện này sau đó được khuếch đại và hiển thị hoặc là ghi lại để xem xét. Trong
phương pháp đo này trước khi đưa các ống thông vào trong mạch máu phải được tiệt
trùng trước.
22
Hình 1. 16: Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch
Việc đo áp suất tĩnh mạch chính CVP (central Venous Pressure) được thực hiện
với kĩ thuật ống dẫn đặc biệt. Các đầu dò với độ nhạy cao được đưa vào trong tĩnh mạch
để đo áp suất máu. Tuy nhiên các đầu dò không thể gắn trực tiếp lên đầu của ống và
không thể thay đổi vị trí của ống trong khi đo. Việc đo áp suất tĩnh mạch chính thường
được đo từ một ống dẫn định vị cao cấp, các ống dẫn này thường dài từ 25 – 30cm.
Sử dụng phương pháp gián tiếp NIBP:
Kĩ thuật này dùng để xác định áp suất của máu tại tâm thu và tâm trương bằng
cách cuốn quanh cánh tay để lấy áp lực của động mạch. Phương pháp này được thực hiện
bằng cách cuốn quanh cánh tay một túi chịu áp lực, sau đó dùng bóng hơi để bơm hơi vào
túi đến một giá trị nhất đinh. Cho giảm dần áp suất trong túi một cách đều đặn, tới khi
nào có máu chảy trong động mạch thì đó là giá trị áp suất tâm thu, tiếp tục giảm dần áp
suất trong túi đến khi máu chảy bình thường thì giá trị đó là áp suất tâm trương. Nhưng
vấn đề xác định ngưỡng của hai áp suất trên là rất khó, mà theo cách trên là rất thủ công
thực hiện bằng tay, kết quả phụ thuộc nhiều vào khả năng của y tá. Nên từ đó đã tìm ra
các phương pháp đo hoàn toàn tự động có thể thực hiện trên máy:
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp KorotKoff:
Phương pháp này thực hiện giống như khi làm bằng tay nhưng có thêm cảm biến
âm được đặt vào túi khí để thu các âm thanh Korokoff. Các âm thanh này qua chất áp

điện sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu điện tương ứng. Sau đó các tín hiệu này được
23
khuếch đại và truyền đi qua các bộ lọc thông dải để loại bỏ nhiễu. Từ các tín hiệu thu
được người ta xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng. Quá trình diễn ra
trong khoảng thời gian từ 2-5s.
Hình 1.17: Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao
động kế.
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp dịch pha
Dựa vào sự xuất hiện mạch tại thời điểm tâm thu và biến mất tại thời điểm tâm
trương. Xác định tức thì các giá trị áp suất tâm trương và tâm thu. Để thực hiện được điều
đó, người ta sắp xếp trên túi khí gồm 3 túi con hoặc là 3 ngăng con được bơm cao hơn áp
suất suất tâm thu khoảng 30 mmHg. Một trong các tui đó được gọi là túi tâm thu, hai túi
còn lại được gọi là túi tâm trương. Gía trị áp suất tâm thu được xác định bằng cách cảm
nhận mạch máu đầu tiên đi qua các túi tâm trương. Còn giá trị áp suất tâm trương được
xác định bằng cách phát hiện ra khi tín hiệu từ các túi tâm trương không còn bị dịch pha
so với nhau nữa
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Rheographic:
Dựa vào sự thay đổi trở kháng tại 2 điểm dưới sức ép của túi khí để xác định áp
suất tâm trương thay cho việc dựa vào sự dịch pha mạch máu ở phương pháp trên.
24
Hình 1.10 mô tả cách đặt điện cực để đo huyết áp trong phương pháp này. Ba điện
cực gắn trên túi khí được đặt áp sát vào da trên cánh tay của bệnh nhân. Việc tiếp xúc tốt
sẽ làm giảm trở kháng tiếp xúc giữa điện cực và da. Điệc cực B hoạt động như là một
điện cực chính được đặt ở giữa túi khí, các điện cực A và C được gắn ở hai bên điện cực
B. Một nguồn xoay chiều tần số cao cơ 100KHz được đưa vào cực A và C, khi thực hiện
đo trở kháng giữa điện cực bất kì dưới áp lực của túi khí thì nó sẽ đưa ra giá trị tương ứng
của các nhịp đập trong mạch. Do đó các xung mạch có thể được nhận biết và đưa đi
khuếch đại.
Khi túi khí được bơm lên tới khoảng giá trị của áp suất tâm thu thì không có một
xung mạch nào được nhân biết bởi điện cực A. Xung mạch sẽ xuất hiện khi áp suất của

túi khí giảm xuống dưới mức áp suất tâm thu. Sự xuất hiện cảu xung thứ nhất sẽ tạo ra
một tín hiệu điện để đánh dấu giá trị của áp suất tâm thu trên áp kế. Khi áp suấttúi khí
giảm và nằm trong khoảng giữa áp suất tâm thu và áp suất tâm trương thì các tín hiệu này
sẽ không được điện cực A và C nhận biết, do dòng máu bị ngăn cản bởi túi khí làm cho
các xung xuất hiện tại A trễ hơn sơ với xung xuất hiện tại C. Khi áp suất túi khí giảm
xuống giá trị áp suất tâm trương thì dòng máu không còn bị cản trở và các tín hiệu này sẽ
biến mất. Một tín hiệu chính xuất hiện và áp suất của tâm trương được hiển thị trên áp kế.
Hình 1. 18 Phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic
25