HỆTHỐNG THEO DÕI TÍN HIỆU BỆNH NHÂN

MỤC LỤC


LỜI CAM ĐOAN..............................................................Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................................. 3
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 5
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 5
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ............................................................................................... 6
HỆ THỐNG THEO DÕI TÍN HIỆU BỆNH NHÂN.......................................................... 6
Chương I: Khảo Sát Hệ Thống Monitor đa thông số.............................................................. 6
I.1 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số....................................................................... 6
I.2 Chức năng của monitor đa thông số.............................................................................. 8
I.2.1 Hiển thị
tín hiệu điện tim........................................................................................ 8
I.2.2 Hiển thị tín hiệu SPO2............................................................................................ 9
I.2.3 Hiển thị tín hiệu huyết áp ..................................................................................... 10
I.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số...................................................... 11
I.3.1 Phép đo nhịp tim(HR) .......................................................................................... 11
I.3.2 Phép đo nhịp mạch ............................................................................................... 15
I.3.3 Phép đo huyết áp .................................................................................................. 16
I.3.4 Phép đo nhiệt đô................................................................................................... 24
I.3.5 Phép đo nhịp thở................................................................................................... 25
I.3.6 Phương pháp CO2 ................................................................................................ 27
I.3.7 Ghi tín hiệu điện tim ECG.................................................................................... 29
I.3.8 Độ bão hòa oxi trong máu SpO2.......................................................................... 43
I.3.9 Đo cung lượng tim CO ......................................................................................... 45
Chương II: Khảo sát card thu thập và xử lý tín hiệu CSN 608............................................. 54
II.1 Gi
ới thiệu về card CSN 608....................................................................................... 54

II.2 Các module của card CSN 608 .................................................................................. 57
II.2.1Module tín hiệu và dạng sóng điện tim................................................................ 57
II.2.2 Module tín hiệu và dạng sóng SPO2................................................................... 61
II.2.3 Module tín hiệu và dạng sóng RESP................................................................... 63
II.2.4 Module tín hiệu huyết áp..................................................................................... 68
II.3 Phân tích luồn dữ liệu trong card CSN 608 ............................................................... 75
II.3.1 Giao tiếp với card CSN 608................................................................................ 75
II.3.2 Cấu trúc và định dạng khung dữ liệu .................................................................. 76
Chương III: Khảo sát hệ thống PC nhúng ............................................................................ 81
III.1 Giới thiệu về hệ thống PC nhúng.............................................................................. 81
III.2 Các đặc điểm cơ bản của hệ thống PC nhúng........................................................... 81
III.3 Giới thiệu hệ điều hành Windows XPE rút gọn dùng cho PC nhúng....................... 82
PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................................. 86
Chương IV: Thu nhận và xử lý thông tin phần cứng........................................................... 86
IV.1 Đặc điểm cơ bản ....................................................................................................... 86
IV.2 Thu nhận thông tin từ hệ thống CSN608.................................................................. 86
Chương V: Xây dựng cấu trúc phần mềm ............................................................................ 90
V.1 Phần mềm thu nhận, hiển thị và lưu trữ thông tin bệnh nhân.................................... 90
V.2 Cấu trúc phần mềm và các module............................................................................ 91
V.2.1 Cấu trúc phần mềm ............................................................................................. 91
V.2.2 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng điện tim ..................................................... 92
V.2.3 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng SPO2 ......................................................... 93
V.2.4 Module xử lý tín hiệu và dạng sóng RESP ......................................................... 94
V.2.5 Module xử lý tín hi
ệu nhiệt độ............................................................................ 95
V.2.6 Module xử lý tín hiệu huyết áp ........................................................................... 96
Chương VI: Phần mềm lập trình thu nhận, hiển thị và lưu trữ ............................................. 97
VI.1 Giao diện và chức năng phần mềm........................................................................... 97
VI.1.1 Các giao diện phần mềm ................................................................................... 97
VI.1.2 Các chức năng chính của phần mềm ................................................................. 98

KẾT LUẬN .................................................................................................................... 102
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 103

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BMS : Bedside Monitor System
SPO2: ECG: Electrocardiogram
TEMP: Temperature
HR: Heart Rate
XPE : XP embed PC: Personal Computer
ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ
RESP: Respiration – hô hấp
SpO2: Saturation of Peripheral Oxygen - Nồng độ Oxi trong máu
BP: Blood Pressure – huyết áp TEMP: Temperature – nhiệt độ
NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP ..................................................................................... 8
Bảng 1. 2 Sơ đồ nguyên lý của khối SpO
2
.................................................................................. 9
Bảng 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP................................................................. 10
Bảng 1. 4 Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh.............................. 15
Bảng 1. 5 Sự sắp xếp của các tầng............................................................................................ 40
Bảng 1. 6 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu của Pulse Oximetor.......................................................... 44
Bảng 1. 7 Áp suất khí áp của nước ........................................................................................... 47

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân ....................................................................... 6
Hình 1. 2 Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường .......................................................... 7

Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP............................................................... 10
Hình 1. 4 Mạch bơm Diot......................................................................................................... 12
Hình 1. 5 Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình.................................................... 13
Hình 1. 6 Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì ................... 14
Hình 1. 7 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch.............................................................. 17
Hình 1. 8: Sơ đồ mạch điệ
n dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương ..................................... 17
Hình 1. 9 Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao động kế........ 19
Hình 1. 10 Phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic ........................................... 21
Hình 1. 11 Các khối chính trong thiết bị đo huyết áp siêu âm.................................................. 23
Hình 1. 12 Sơ đồ khối chi tiết đo nhiệt độ hiển thị số trực tiếp................................................ 25
Hình 1. 13 Nguyên lý phương pháp đo trở kháng phổi ............................................................ 26
Hình 1. 14 Nồng độ CO
2
khi hít vào và thở ra ......................................................................... 28
Hình 1. 15 Sơ đồ khối của quá trình phân tích khí CO
2
trong hơi thở ..................................... 29
Hình 1. 16 Các đạo trình chuẩn ................................................................................................ 30
Hình 1. 17 Các đạo trình chi đơn cực ....................................................................................... 30
Hình 1. 18 Các đạo trình trước ngực ........................................................................................ 31
Hình 1. 19 Điện tim 12 kênh ghi .............................................................................................. 31
Hình 1. 20 Điện tim 6 kênh ghi ................................................................................................ 32
Hình 1. 21Điện tim 3 kênh ghi ................................................................................................. 32
Hình 1. 22 Điện tim 3 kênh ghi + 1 nhịp tim chuẩn ................................................................. 32
Hình 1. 23 Sơ đồ khối của việc thu nhận và xử lý tín hiệu ECG.............................................. 33
Hình 1. 24 Tín hiệu điện tim đặc trưng..................................................................................... 37
Hình 1. 25 Nhiễu do hoạt động mạnh ( kiểm tra dây đất, điều kiện điện cực)......................... 38
Hình 1. 26 Mạch khuếch đại vi sai gồm 3 bộ khuếch đại thuật toán........................................ 38
Hình 1. 27 Mạch điều khiển chân phải để tối thiểu hóa nhiễu mode chung............................ 39

Hình 1. 28 Ví dụ về sự giảm nhiễu trong thiết kế một hê thống đa tầng................................ 40
Hình 1. 29 Sơ đồ mạch bên trong của INA 118........................................................................ 41
Hình 1. 30 Ví dụ đơn giản về mạch lọc thông cao Sallen-Key 2 cực....................................... 42
Hình 1. 31 Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điện tim............................................................ 42
Hình 1. 32 Mô phỏng kết quả kiểm tra..................................................................................... 43
Hình 1. 33 Hình sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của máu tĩnh mạch, mô, xương và da......... 45
Hình 1. 34 Sự đo Oxi trong ống với một dung kế (phải).......................................................... 46
Hình 1. 35 Phương pháp pha loãng nhiệt (a), và đường cong đặc trưng (b) ............................ 51
Hình 1. 36Đường cong pha loãng bị che khuất bởi sự quay vòng (a), ..................................... 53

Hình 2. 1 Cấu trúc phần cứng ECG.......................................................................................... 57
Hình 2. 2 Cấu trúc phần cứng SPO2......................................................................................... 61
Hình 2. 3 Cấu trúc phần cứng ................................................................................................... 63
Hình 2. 4 Cấu trúc phần cứng ................................................................................................... 68

Hình 4. 1 Sơ đồ khối của modul ghép nối dữ liệu .................................................................... 87
Hình 4. 2 Chương trình tạo kết nối ảo cổng COM ................................................................... 88
Hình 4. 3 Chương trình thu và hiển thi dữ liệu lấy từ cổng COM............................................ 88

Hình 6. 1 Chức năng chương trình ........................................................................................... 98
Hình 6. 2 Chức năng cài đặt...................................................................................................... 99
Hình 6. 3 Điều chỉnh các thông số ECG................................................................................... 99
Hình 6. 4 Điều chỉnh các thông số RESP ............................................................................... 100
Hình 6. 5 Lựa chọn các tham số cảnh báo .............................................................................. 100
Hình 6. 6 Lưu trữ dữ liệu và thông số bệnh nhân................................................................... 100
Hình 6. 7 Hiển thị các thông số huyết áp................................................................................ 101
Hình 6. 8 Hiển thị nhịp tim..................................................................................................... 101
Hình 6. 9 Hiển thị thông số SPO2 .......................................................................................... 101
Hình 6. 10 Hiển thị các thông số nhịp hô hấp......................................................................... 101
MỞ ĐẦU

Ngày nay, tại Việt nam, việc thăm khám, theo dõi và điều trị bệnh đã và
đang trở nên là nhu cầu thiết yếu của người dân, đặc biệt là ở các thành phố lớn.
Hơn nữa, hầu hết trong các gia đình này đều sử dụng máy tính cá nhân là phương
tiện làm việc, học tập, nghiên cứu. Xuất phát từ những điều này, em đã thực hiện
nghiên cứu thiết kế và bước đầu chế
tạo ra thiết bị theo dõi sức khỏe. Đó là sự
kết hợp giữa phần cứng thu nhận, xử lý các thông số sinh học và phần mềm điều
khiển và hiển thị trên máy tính cá nhân. Các thông số sinh học chứa những thông
tin về bệnh lý bao gồm: Điện tim ECG, nhịp tim HR, nhịp thở RESP, nhịp mạch
PR, nồng độ ôxy bão hòa SpO2, huyết áp không thiệp NIBP, nhiệt độ cơ thể
TEMP. Thiết bị
đã được thiết kế khá ổn định, hoạt động tin cậy, độ chính xác và
đảm bảo an toàn, phần mềm điều khiển đơn giản, hiển thị kết quả đo rõ rang
bằng giao diện tiếng việt.


PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG THEO DÕI TÍN HIỆU BỆNH NHÂN
Chương I: Khảo Sát Hệ Thống Monitor đa thông số
I.1 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số
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, …

Hình 1. 1 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân

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 t
ương 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). Hình 3.1 minh
họa sơ đồ khối của chung của một Bedside monitor.
Trong đó:
ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ
RESP: Respiration – hô h
ấp SpO
2
: Nồng độ Oxi trong máu
BP: Blood Pressure – huyết áp TEMP: Temperature – nhiệt độ
NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp
Khối dầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, khối
SpO
2
/BP/TEMP, khối NIBP.

Hình 1. 2 Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường
I.2 Chức năng của monitor đa thông số
I.2.1 Hiển thị 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 đ
iện cực hoặc 5 điện cực. Phụ thuộc vào cài đặt phần
mềm mà bộ chọn đạo trình ở khối này chọn đạo trình 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 c
ủa tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện áp này
máy tính ra số nhịp thở của bệnh nhân.

Bảng 1. 1
Sơ đồ mạch khối ECG/RESP

I.2.2 Hiển thị 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 SpO
2
. 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 đ
iện áp tham chiếu 27
0C
, điện áp định cỡ cho 37
0
C 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 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.

Bảng 1. 2
Sơ đồ nguyên lý của khối SpO
2


Bảng 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP
I.2.3 Hiển thị tín hiệu 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 su
ất
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

Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP
I.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số
I.3.1 Phép đo nhịp tim(HR)

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 t
ức 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” minh họa trong hình 3.7.
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

CVf
t
NCV
t
Q
i
tb
===

Phương trình cho thấy dòng trung bình tỷ lệ thuận với số xung trong một đơn
vị thời gian. Vì vậy, một đồng hồ đo dòng có thể được định cỡ để đưa ra kết quả
đọc trực tiếp nhịp tim trung bình theo nhịp/phút.

Hình 1. 4
Mạch bơm Diot

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

Mối liên hệ này là đúng hcỉ 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 khố

i của một dụng cụ đo nhịp tim trung bình đọc trực tiếp được mô tả
trong hình 3.8. 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 lầy
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. 5 Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình

Burbage mô tả một dụng cụ đo nhịp tim trung bình sử dụng bộ lọc thông
thập đa phản hồi với một bộ khuếch đại thuật toán như một phần tử hoạt động để
đạt được sự tích phân mong muốn và chuyển đổi một dãy các xung thành một
điện áp tương ứng.
Phép đo tức thì:
Nhịp tim tức thì giúp cho viếc phát hiện ra sự rối loạn nhị
p 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 R
2
và R
3
tỉ lệ với tần số xung của R
1
và R
2
tức là tỉ lệ với

1/T
1
.
Đầu ra giữa R
3
và R
4
tỉ lệ với 1/T
2
, nếu nhịp tim trở nên thấp hơn ( với
T
4
>T
3
) và xung không xuất hiện tại thời điểm thời gian bằng T
3
sau R
4
, 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 lư
u 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. 6 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 chuỗ
i 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 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
gi
ảm 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.


Bảng 1. 4 Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh
I.3.2 Phép 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 t
ục. 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 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.
I.3.3 Phép 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 phươ
ng 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 độ
ng

mạch của cơ thể (như trong hình 3.11). 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 đ
iện này sau đó được khuếch đại và hiển thị hoặc là ghi
lai để xem xét. Trong phương pháp đo này trước khi đưa các ống thông vào
trong mạch máu phải được tiệt trùng trước.

Hình 1. 7 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch

Hình trên mô tả sơ đồ mạch điện thông dụng cho việc xử lý tín hiệu điện thu
được từ các đầu dò. Đầu dò được kích thích với điện áp DC 5V, các tín hiệu điện
tương ứng với áp suất của động mạch được đưa tới bộ khuếch đại. các bộ khuếch
đại này tương t
ự như các bộ khuếch đại trong các máy ghi điện tim. Việc kích
thích cho các đầu dò được lấy từ bộ khuếch đại điều khiển cầu Wien qua bộ biến
đổi cách ly. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại được điều chỉnh theo độ nhạy
của đầu dò. Sau khi qua bộ lọc RF, tín hiệu được đưa qua bộ giải điều chế để lọ
c
bỏ sóng mang để thu được tín hiệu cần thiết.

Hình 1. 8: Sơ đồ mạch điện dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương

Trong khi đo ở tâm thu, mạch đo áp suất tâm thu hoạt động. Khi các xung
mạch xuất hiện ở A, diot D
3
và tụ C
3
điều khiển tín hiệu vào để đưa ra giá trị của
tâm thu. Thời gian phóng nạp của R
3
C
3
được lựa chọn theo một bộ phát nhỏ
được hiển thị trên đồng hồ M
1
.
Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị một cách gián tiếp. Một mạch chốt
bao gồm tụ C
1
và diot D
1
được sử dụng để cân bằng giá trị điện áp đỉnh đỉnh của
xung mạch. Giá trị điện áp này được xác định trên R
1
, diot D
2
và tụ C
2
điều
khiển giá trị tín hiệu xung mạch. Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị trên
đồng hồ M
2

để chỉ ra sự khác nhau giữa đỉnh áp suất tâm thu và áp suất của xung
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 ố
ng 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.
Đo huyết áp theo 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 l
ực, 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 b
ằng 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 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 ứ
ng. Quá trình diễn ra trong khoảng thời gian từ 2-5s.

Hình 1. 9 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 x
ếp 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.
Hình trên 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 ti
ếp 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 cự
c 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 mứ
c 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 xuấ
t 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. 10 Phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic

• Tự động đo huyết áp theo phương pháp dao động kế:
Dựa trên phương pháp dao động kế hoặc là không thâm nhập tự động xác
định huyết áp của động mạch. Thiết bị này cũng thực hiện theo lối truyền thống
là dùng túi khí bơm căng và cho giảm dần áp lực. Khi cho áp lực của túi khí
giảm đi thì áp suất của động mạch được xác đị
nh tai thời điẻm áp lực của túi khí
là thấp nhất, tại đó biên độ của dao động kế là lớn nhất. Túi khí được tăng áp lực
bởi một ống có chốt và áp suất được theo dõi bằng một ống khác có gắn cảm
biến áp lực đặt trong đó. Hoạt động của thiết bị được điều khiển bởi vi xử lý họ
4040. Việc phát hiện áp lực
động mạch được dựa vào hai dao động ký. Thiết bị
này có thể đạt được hệ số tương quan là 0.98 trong viêc xác định áp suất của
động mạch.
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp hiệu ứng siêu âm Doppler:
Các Monitor tự động đo huyết áp cũng được thiết kế dựa vào siêu âm và sự
vận động của thành mạch. Các bộ logic điều khiển được tổ h
ợp trong thiết bị

thực hiện phân tích các tín hiệu thu được từ sự vận động của thành mạch để xác
định áp suất tâm thu và tâm trương và cho hiển thị giá trị tương ứng.
Hiệu ứng dích tần Doppler được xác định như sau:
c
t
v
f
λ
2
=Δ

Trong đó: ∆f: tần số Doppler (Hz)
v
t
: tốc độ truyền âm( m/s)
λ
c
: bước sóng (m)
Đối với thiết bị đo huyết áp thì động mạch ở cánh tay được sử dụng vì ở đó
sóng siêu âm sẽ phản xạ tốt. Sự vận động của mạch sẽ tạo ra dịch chuyển tần số
Doppler,
c
c
c
f
v
=
λ

Trong đó: λ

c
: bước sóng của siêu âm trong môi trường (m); v
c
: vận tốc sóng
truyền âm trong môi trường (m/s cỡ 1480m/s); f
c
: tần số của sóng siêu âm trong
môi trường ( 2MHz).
Từ đó ta có:
m
c
3
6
10.74.0
10.2
1480
−
==
λ

Và tần số Doppler là:
)(10.7.2
10.74.0
2
3
3
Hzv
v
f
t

t
−
−
==Λ

Do đo ta thấy tần số Doppler ∆f phụ thuộc vào vận tốc của sóng siêu âm
trong môi trường. Để xác định tần số Doppler phải xác định theo sự vận động
của thành mạch. Sự vận động của thành mạch được xác định vào cỡ 5.10
-3
m và
lặp lại trong khoảng thời gian ∆t = 0.1s. Từ tốc độ của thành mạch được xác định
là:

sm
t
d
v
t
/10.50
1.0
10.5
3
3
−
−
==
Λ
Λ
=

Thay vào biểu thức tính tần số Doppler ta được:
∆f = 2.7x10
-3
v
t
x 50 x 10
-3
=135Hz
Các thiết bị sử dụng nguyên lý dịch tần siêu âm Doppler để đo huyết áp đều
dựa vào việc xác định tần số dịch chuyển của các sóng phản hồi lại từ sự vận
động của thành mạch. Mặt khác các thiết bị đo huyết áp loại này phải lọc bỏ đi
các tần số cao và các tần thấp từ các tín hiệu phản hồi lại khi gặp sự vậ
n động
của thành mạch.
Sơ đồ khối của các thiết bị loại này được mô tả trong hình 3.15. gồm 4 khối
chính. Tại cùng một thời điểm các tín hiệu điều khiển từ hệ thống con được phát
tới khối RF và hệ thống Audio con với tần số sóng mang là 2Mhz. Tại đó chúng
được đưa tới các đầu dò trong túi khí, các đầu dò thực hiện chuyển đổi năng
lượng củ
a sóng RF sang dạng năng lượng của sóng siêu âm và cho đi qua tay của
bệnh nhân. Áp suất trong túi khí được kiểm tra bởi hệ thống điều khiển con và
khí áp suất đạt đến khoảng định trước thì quá trình bơm được dừng lại. Tại thời
điểm này, các mạch audio trong khối RF và khối audio hệ thống con sẽ được
điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển hệ thống con và các tín hiệu audionày sẽ
đưa các tần số Doppler đến khối điều khiển logic. Các tín hiệu điều khiển từ hệ
thống con được đưa tới khối hệ thống khí để điều khiển bơm khí cho túi khí theo
một tốc độ định trước.

Hình 1. 11 Các khối chính trong thiết bị đo huyết áp siêu âm

Tại áp suất tâm thu, động mạch đang bị nén sẽ mở ra và màu bắt đầu chảy.
Sự vân động của động mạch đã làm xuất hiện tần số Doppler khi sóng siêu âm
phản hồi lại. Tín hiệu được chuyển đổi sang dạng tần số audio và được nhận biết
là điểm áp suất tâm thu bởi hệ thống điều khi
ển logic. Sau khi có 4 tín hiệu được
nhận biết đầy đủ từ các thanh ghi thì lúc đó mới khẳng định là điểm áp suất tâm
thu. Một cách kiểm tra khác là dựa vào các tín hiệu audio để xác định bề rộng và
tần số của các xung phản hồi từ các động mạch. Các xung có bề rộng lớn hơn
125ms va tần số lớn hơn 250ms sẽ bị loại bỏ ra bởi hệ thống điều khiể
n logic.
Việc thiết lập giới hạn trên (240bit/s) theo nhịp timcủa bệnh nhân sẽ được thiết
bị tự động thực hiện. Tương tự như vậy cho giới hạn dưới là 24bit/s. Tại áp suất
tâm trương, áp suất của túi khí sẽ cân bằng hoặc xấp xỉ ở ngưỡng áp suất của
động mạch. Khi đó hệ thống audio con sẽ không nhận được các tần số Doppler
nữa và vi
ệc đọc áp suất tâm trương được tiến hành. Khi đó áp suất của túi khí sẽ
cân bằng với áp suất của khí quyển và được giữ nguyên cho đến khi thực hiện
một phép đo mới.
I.3.4 Phép đo nhiệt đô

Các cảm biến được sử dụng thông dụng trọng các thiết bị đo nhiệt độ đó là
các điện trở nhiệt. Sự thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ được xác định bằng
mạch cầu và được hiển thị bằng một nhiệt kế. Dải đo nhiệt độ cho cơ thể người
thường từ 30 – 42
0
C.
Trong trường hợp hiển thị số thì các mạch điện thường xử lý trong monitor
được biểu diễn trên hình 3.16. Ban đầu chuyển mạch S
1
, S

2
được đặt như trong
hình 3.16, trong trường hợp nàym điện áp trên R
ref
( ở 0
0C
) được đưa vào đầu
không đảo của bộ khuếch đại A1. Tín hiệu từ A1 được đưa tới cả hai đầu đảo va
không đảo của bộ khuếch đại A2. Tuy nhiên trong thời gian này tụ C ở đầu đảo
của bộ khuếch đại A2 sẽ được nạp tới giá trị V
ref

0
C. Tại thời điểm mà vị trí các
chuyển mạch được đảo lại và đầu vào cảu bộ khuếch đại A
1
được lấy từ điện trở
nhiệt. Đồng thời đầu vào đảo từ A
1
đến A
2
được nối mạch. Khi đó một điện thế
dương lớn hơnV
ref

0
C xuất hiện tai đầu vào không đảo của bộ khuếch đại A
2
. Sự
khác nhau giữa đầu vào đảo và đầu vào không đảo của bộ khuếch đại A

2
làm cho
đầu ra của nó bị âm. Trong thời gian này, tụ C phóng điện qua R
2
cho đến khi
điện áp trên tụ C cân bằng với điện áp trên R
T
. Khi hai đầu vào của bộ khuếch
đại A
2
trở nên cân bằng thì đầu ra của nó lại trở lại giá trị dương. Trên thực tế thì
các mạch FET được sử dụng cho các chuyển mạch S
1
, S
2
, Các xung tần số cao sẽ
được đếm trong khoảng thời gian mà nhiệt độ được xác định. Trong các hệ thống
theo dõi bệnh nhân có hai kênh đo nhiệt độ thường được sử dụng. Cũng giống
như việc ghi đo điện tim, ở đây các mạch ra cũng phải được cách ly qua cặp biến
đổi quang điện.

Hình 1. 12 Sơ đồ khối chi tiết đo nhiệt độ hiển thị số trực tiếp
I.3.5 Phép đo nhịp thở

Các đầu dò thường được sử dụng trong việc đo nhịp thở bao gồm các điện
trở nhiệt được đặt ở trước mũi, các vi mạch hoặc là các đầu dò không cố định
được đặt quanh ngực bệnh nhân. Trở kháng của các điện cực và tín hiệu được lấy
từ việc xác định CO2. Tín hiệu nhịp thở được lấy từ bất kì một đầu dò nào đượ
c
đem khuếch đại và trong khoảng thời gian này sẽ thực hiện đo giữa hai xung kế

tiếp nhau. Dải đo thường 0 – 50nhịp/phút. Gồm có 2 phương pháp điện trở nhiệt
và trở kháng phổi
Phương pháp điện trở nhiệt:
Dùng điện trở nhiệt như các đầu dò. Đặt điện trở nhiệt gần ống quản để đo sự
thay đổi củ
a nhiệt độ khí thở trong khi hít vào hoặc thở ra. Điện trở nhiệt được
đặt trên cánh tay của bệnh nhân là một mạch cầu Wheastone dể đưa ra sự thay
đổi của nhiệt độ trên. Một bộ khuếch đại được sử dụng để nhận tín hiệu từ mạch
cầu, từ tín hiệu này sẽ thực hiện đếm số nhịp thở /phút. Các tần số thấo sẽ đượ
c
lọc bỏ trước khi tín hiệu được đem đi xử lý.
Nếu như nhiệt độ không khí thở ra là trong khoảng nhiệt độ phòng thì sẽ rất
thuận tiện cho việc sử dụng một điện trở nhiệt để phân biệt sự khác nhau giữa hai