Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của bệnh động mạch vành lên tín hiệu điện tim

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ PHƢỚC ANH TÚ

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỆNH
ĐỘNG MẠCH VÀNH LÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ
ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ PHƢỚC ANH TÚ

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỆNH
ĐỘNG MẠCH VÀNH LÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

Ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
Chuyên ngành: Kỹ Thuât Điện Tử
Mã số ngành: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ
ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS. CHỬ ĐỨC TRÌNH

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo Trường Đại Học Khoa
Học Huế, Trường Đại học Công nghệ ĐHQGHN, Khoa Điện Tử - Viễn Thông đã
nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quí giá trong suốt hai
năm em học cao học.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chử Đức Trình đã tận tình hướng
dẫn, cung cấp tài liệu, thiết bị trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp Cao Học Điện Tử - Viễn Thông, những
người đồng hành trong khóa học và có nhiều ý kiến đóng góp.
Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc.

Huế, ngày 12 tháng 07 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Lê Phước Anh Tú


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn tốt nghiệp đánh dấu cho những thành quả, kiến thức em đã thu nhận
được trong quá trình rèn luyện, học tập tại trường. Em xin cam đoan luận văn được
hoàn thành bằng quá trình học tập và nghiên cứu của em.
Trong luận văn này em đã sử dụng một số tài liệu và một số trang web đều
được đưa ra ở phần Tài liệu tham khảo.
Em xin cam đoan những lời trên là sự thật và chịu mọi trách nhiệm trước thầy
cô và hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày 12 tháng 07 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Lê Phước Anh Tú


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................... 5
CHƢƠNG I TÍN HIỆU ĐIỆN TIM VÀ HỆ THỐNG CÁC CHUYỂN ĐẠO.......................... 7
1.1 Tế bào và dòng sinh học ........................................................................................................ 7
1.2 Khái niệm về điện tâm đồ ...................................................................................................... 8
1.3 Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim ....................................................................................... 9
1.3.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ) .................................................................... 10
1.3.2 Thất đồ (ghi dòng điện hoạt động của thất) .................................................................. 10
1.3.2.1 Khử cực ...................................................................................................................... 10
1.3.2.2 Tái cực ........................................................................................................................ 13
1.3.2.3 Truyền đạt nhĩ thất ..................................................................................................... 15
1.4 Hệ thống các chuyển đạo ..................................................................................................... 16
1.4.1 Chuyển đạo mẫu ............................................................................................................ 16
1.4.2 Chuyển đạo đơn cực các chi.......................................................................................... 17
1.4.3 Chuyển đạo trước tim .................................................................................................... 19
1.5 Đặc điểm của tín hiệu điện tim ............................................................................................ 20
1.6 Một số ví dụ về dạng điện tim không bình thường .............................................................. 22
1.6.1Thấp tim ......................................................................................................................... 22
1.6.2 Tăng gánh thất trái : ...................................................................................................... 22
1.6.3 Block nhánh trái : .......................................................................................................... 23
1.7 Kết luận chương ................................................................................................................... 24
CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN TIM ĐÃ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU ............................ 25
2.1 Những vẫn đề chung của máy điện tim .............................................................................. 25
2.1.1 Định nghĩa ..................................................................................................................... 25

2.1.2 Đặc điểm của máy điện tim ........................................................................................... 25
2.1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy .......................................................................... 26
2.2 Thiết bị ghi điện tim hiện đại ............................................................................................... 27
1


2.3 Kết luận chương ................................................................................................................... 29
CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TÍN HIỆU ĐIỆN TIM .................................. 30
3.1 Giới thiệu phương pháp nhận dạng ...................................................................................... 30
3.2 Nguyên tắc nhận dạng cú pháp tín hiệu : ............................................................................. 30
3.3 Áp dụng phương pháp nhận dạng cú pháp vào tín hiệu điện tim : ...................................... 31
3.4 Phương pháp xử lý thống kê ................................................................................................ 31
CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐIỆN TIM .............................................. 30
4.1 Thiết kế sơ đồ khối .............................................................................................................. 30
4.2 Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý ............................................................................................ 30
4.2.1 Khối nguồn .................................................................................................................... 34
4.2.2 Khối bảo về đầu vào và tiền khuếch đại........................................................................ 25
4.2.3 Khối chọn chuyển đạo ................................................................................................... 26
4.2.4 Thiết kế mạch khuếch đại vi sai .................................................................................... 38
4.2.5 Khối lọc thông cao 0.05MHz ........................................................................................ 39
4.2.6 Khối lọc thông thấp 100MHz ........................................................................................ 40
4.2.7 Khối lọc triệt tần ............................................................................................................ 42
4.2.8 Khối khuếch đại tín hiệu ra ........................................................................................... 43
4.2.3 Vi điều khiển, truyền thông RS232 và giao diện phần mềm hiển thị ........................... 44
4.3 Mạch in ................................................................................................................................ 52
CHƢƠNG 5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................................................................................... 56
5.1 Thiết bị đo điện tim và giao diện trên máy tính ................................................................... 56
5.2 So sánh tín hiệu điện tim của tác giả với tín hiệu điện tim chuẩn ............................... 59
5.3 Kết quả điện tim của một số bệnh nhân ............................................................................... 61
5.3 Đánh giá kết quả .................................................................................................................. 63

5.4 Mục tiêu cần giải quyết ........................................................................................................ 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................... 65

2


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự di chuyển của các ion Na+,K+,Ca++ qua màng tế bào, hình thành đường
cong điện thế hoạt động, nguồn gốc của dòng điện tim ............................................... 8
Hinh 1.2. Vị trí các nút và bó His ................................................................................ 9
Hình 1.3. Nhĩ đồ .......................................................................................................... 10
Hình 1.4. Thất đồ ......................................................................................................... 11
Hình 1.5. Sự hình thành sóng Q ................................................................................... 12
Hình 1.6. Sự hình thành sóng R, S............................................................................... 12
Hình 1.7. Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T ................................................... 14
Hình 1.8. Phức bộ điện tim .......................................................................................... 15
Hình 1.9. Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kì tâm thu và tâm trương trên
điện tim đồ .................................................................................................................... 15
Hình 1.10. Các đạo trình chi của Einthoven . Tam giác Einthoven ............................ 17
Hình 1.11. Chuyển đạo đơn cực các chi ...................................................................... 18
Hình 1.12. Vị trí đặt điện cực của các chuyển đạo trước tim ...................................... 20
Hình 1.13. Sơ đồ minh họa mặt cắt khảo sát tim và các chuyển đọa tương ứng......... 20
Hình 1.14. Điện tâm đồ bình thường và các con số chủ yếu ....................................... 21
Hình 1.15. PQ dài ra trong bệnh thấp tim .................................................................... 22
Hình1.16. Các triệu chứng của bệnh tăng gánh thất trái.............................................. 23
Hình 1.17. Các triệu chứng của bệnh Block nhánh trái hoàn toàn .............................. 23
Hình 2.1. Sơ đồ khối của một thiết bị ghi điện tim sử dụng vi xử lý. ......................... 28
Hình 4.1. Sơ đồ khối của hệ thống điện tim đồ ........................................................... 33
Hình 4.2. Khối nguồn .................................................................................................. 34
Hình 4.3. Điện áp được san phẳng hơn bằng tụ lọc ..................................................... 35

Hình 4.4. Khối bảo vệ .................................................................................................. 36
Hình 4.5. Sơ đồ chân và nguyên lý hoạt động của IC CD4051 ................................... 37
Hình 4.6. Mạch chọn chuyển đạo ................................................................................ 37
Hình 4.7. Mạch khuếch đại vi sai ................................................................................ 39
Hình 4.8. Mạch lọc thông cao ...................................................................................... 39
3


Hình 4.9. Đặc tính tần số mạch lọc thông cao ............................................................. 40
Hình 4.10. Mạch lọc thông thấp .................................................................................. 41
Hình 4.11. Đặc tính tần số mạch lọc thông thấp .......................................................... 41
Hình 4.12. Mạch lọc triệt tần 50Hz ............................................................................. 42
Hình 4.13. Đặc tính tần số mạch lọc triệt tần 50Hz ..................................................... 43
Hình 4.14. Mạch khuếch đại tín hiệu ra ....................................................................... 43
Hình 4.15. Cấu trúc chức năng của PIC 16F877A ...................................................... 44
Hình 4.16. Sơ đồ chân PIC 16F877A .......................................................................... 45
Hình 4.17. Chọn kênh ADC ........................................................................................ 47
Hình 4.18.Các cách lưu kết quả chuyển đổi AD ......................................................... 47
Hình 4.19. Hình ảnh thực tế PIC 16F877A ................................................................. 48
Hình 4.20. IC Max232 và cổng COM ......................................................................... 49
Hình 4.21. Giao diện hiển thị sóng điện tim trên máy tính ......................................... 51
Hình 4.22. Mạch in khối thu tín hiệu ........................................................................... 52
Hình 4.23. Mạch in khối thu tín hiệu ........................................................................... 53
Hình 4.24. Hình ảnh khối thu tín hiệu thi công ........................................................... 54
Hình 4.25. Hình ảnh khối vi điều khiển và truyền thông ............................................ 55
Hình 5.1. Hình ảnh thực tế của Mạch. ......................................................................... 56
Hình 5.2. Các điện cực chi ........................................................................................... 57
Hình 5.3. Các điện cực ngực ........................................................................................ 57
Hình 5.4.Cáp dẫn ......................................................................................................... 58
Hình 5.5. Giao diện trên máy tính. .............................................................................. 58

Hình 5.6. Tín hiệu điện tim của tác giả ........................................................................ 59
Hình 5.7. So sánh với tín hiệu điện tim chuẩn .............................................................59

4


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, có nhiều thiết bị chăm sóc sức khỏe có sẵn trên thị trường, bệnh nhân
có thể theo dõi sức khỏe của mình một cách thường xuyên sự thoải mái trong nhà của
họ. Các thiết bị này có một tác động rất lớn về chi phí chăm sóc sức khỏe khi chúng
được giảm thời gian và nguồn lực của các bác sĩ y tế và các cơ sở yêu cầu của bệnh
nhân.
Đây là lợi thế cho cả bệnh nhân và bác sĩ. Bệnh nhân có thể theo dõi sức khỏe
thường xuyên và điều chỉnh chế độ ăn uống của họ và tập thể dục là cần thiết để giữ
tin quan trọng của họ trong sự cân bằng. Các chuyên gia chăm sóc sức khỏe có thể truy
cập thông tin này từ các máy tính của họ thông qua Ethernet và có thể kiểm tra tin
quan trọng bệnh nhân của họ ở thời của họ. Nếu họ nhận thấy bất thường, họ luôn luôn
có thể sắp xếp một cuộc hẹn với bệnh nhân của họ.
Các đối tượng của dự án này là phát triển một thiết bị theo dõi được dễ dàng và
an toàn để sử dụng, trong khi được các chi phí thấp cho khách hàng.
Trong quá trình học chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông của trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN, được tiếp cận với những
kiến thức thuộc hai lĩnh vực điện tử và viễn thông. Từ những kiến thức đã học được và
nhu cầu thực tế trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của bệnh
động mạch vành lên tín hiệu điện tim” làm luận văn tốt nghiệp.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Máy điện tim là một thiết bị y sinh đặc trưng cho một hệ thống cơ điện tử hiện
đại. Bao hàm trong đó nhiều kiến thức tổng hợp về hệ thống điều thu thập tín hiệu
tương tự, xử lý tín hiệu số và tương tự, xử lý cảm biến. Nó cũng là một thiết bị quan
trọng trong việc chăm sóc sức khỏe mọi người.

Tuy nhiên ở Việt Nam, tất cả các thiết bị này đều phải nhập ngoại. Do đó, việc
nghiên cứu chế tạo máy điện tim không chỉ củng cố những kiến thức đã được học
trong nhà trường mà còn là cơ sở để khi phát triển thêm, chúng ta có thể tự sản xuất
các máy đo điện tim, phục vụ các yêu cầu cấp thiết như đã đề cập trên.
Đối tượng nghiên cứu:
Máy đo điện tim
Phương pháp nghiên cứu:
Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm, dựa trên các demo từ một số nhà sản xuất làm cơ
sở, thiết kế mạch sản phẩm, tiến hành đo đạc, kiểm thử, cải tiến sản phẩm cho phù hợp
với yêu cầu.
5


Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của tim.
Nghiên cứu nguyên lý máy thu nhận tín hiệu điện tim.
Thiết kế mạch phần cứng và phần mềm cho mạch với chức năng đo thông số:
dạng sóng của tín hiệu điện tim, mạch xử lý tín hiệu và hiển thị kết quả lên máy tính.
Thiết kế phần mềm giao diện trên máy tính với ngôn ngữ C#, giao tiếp với máy
tính qua cổng USART.
Giới hạn của đề tài:
Do thời gian và sự hiểu biết còn có hạn, đề tài chỉ giới hạn trong việc thiết kế,
chế tạo mạch đo, xử lý tín hiệu bằng phần cứng (mạch analog) và tiến hành đọc thô tín
hiệu điện tim, chưa triển khai các thuật toán lọc nâng cao bằng phần mềm.

6


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt

[1]
GS. TS.Trần Đỗ Trinh; ThS. Trần Văn Đồng, “Hướng dẫn đọc điện tim,” 2002.
[2]
Hoàng Mạnh Hà, “Các phương pháp thích nghi trong lọc nhiễu tín hiệu điện
tim,” Luận án Tiến sĩ Toán học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, 2011, tr.17-20
[3]
Quách Mỹ Phượng, “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo ECG giao tiếp với máy tính,”
Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2006, tr10-41
[4]
Vĩnh Sơn, “Xây dựng hệ thống chuẩn đoán điện tâm đồ,” Luận án thạc sĩ khoa
học, Chuyên ngành tin học, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2002, tr.531
[5]
Trần Văn Tùng, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim
12 chuyển đạo kết nối với máy tính nhúng,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học
Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015.
[6]
Nguyễn Văn Triệu, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim 12
chuyển đạo,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà
Nội, 2014.
[7]
Đoàn Mạnh Tuân, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy điện tim đồ,” Khoá luận
tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013.
[8]
Hiệp Xuân Hiệp, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống theo dõi tín hiệu điện
tim,” Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013.

Tiếng Anh
[9]
Anwar Vahed, “3-Lead wireless ECG,” Electronic Design Project, 2005, pp. 920.
[10] Christopher M.Teledero, Mary Anne D.Raya, Luis G.Sison, “Design and

implementation of a single channel ECG amplifier ưith DSP pót processing in
Matlab,” Instrumentation, Robotics, and Controls Laboratory University of the
Philippines, Diliman, Quezon City, pp.1-4.
[11] Daniel Paulus, Thomas Meier, “ECG-Amplifier,” MB Jass 2009.
[12] Don Gourdine, Henry Tsai, Oluwasanmi, Koyejo, “ECG miniature Holter
moniter,” Senior project report, 2004, pp. 6-9.
[13] Michael Chrapala, “Design of Hardware for an Electrocardiagram Analyzer,”
McMaster University, 2010, pp.16-41.
[14] Stéphane Henrion, “Biomedical signal processing and analysis”, U-R-Safe,
IST-2001-33352.
Datasheet
[15] AD620 datasheet; OP07 datasheet; TL084 datasheet; CD4051 datasheet
( />
65