Mô hình thiết bị đo một số dấu hiệu sinh tồn theo nguyên lý iot

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH MINH

MƠ HÌNH THIẾT BỊ ĐO MỘT SỐ DẤU HIỆU SINH TỒN
THEO NGUYÊN LÝ IoT
Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT
Mã số: 8520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2019


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Quang Linh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:.........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2:.........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày . . . . . tháng 01 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn
thạc sĩ)

1. ...........................................................
2. ...........................................................
3. ...........................................................
4. ...........................................................
5. ...........................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên :

Nguyễn Thanh Minh

MSHV : 1870598

Ngày, tháng, năm sinh : 19 - 10 - 1981
Chuyên ngành :

Nơi sinh : Hưng Yên

Vật Lý Kỹ Thuật

Mã số : 8520401

I. TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế mơ hình thiết bị đo tín hiệu sinh tồn theo nguyên lý IoT
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
- Tổng quan về tín hiệu sinh tồn con người : nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, điện cơ
- Tìm hiểu cơ chế vật lý của cảm biến đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu theo phương
pháp đo quang, đo tín hiệu điện cơ.
- Thiết kế hệ đo các tín hiệu sinh tồn IoT : kết hợp cảm biến với Arduino Uno, Wifi
ESP8266 tạo thành một mạch đo tín hiệu sinh tồn theo dõi qua ứng dụng Blynk trên
điện thoại thông minh.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19-08-2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 08-12-2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Huỳnh Quang Linh

Tp. HCM, ngày 27 tháng 12 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS. Huỳnh

Quang Linh. Thầy đã tận tình hướng dẫn, góp ý định hướng cho em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn tốt nghiệp tại Bộ Môn Vật Lý - Khoa Khoa Học Ứng Dụng - Trường
Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.
Em cũng xin chân thành cảm ơn đến tất cả các quý Thầy Cô Bộ Môn Vật Lý Kỹ Thuật
– Khoa Khoa Học Ứng Dụng – Trường Đại Học Bách Khoa – Thành Phố Hồ Chí Minh.
Những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà em học được từ Thầy Cơ trong suốt q
trình học sẽ là hành trang tốt nhất giúp em vững bước trong cuộc sống và sự nghiệp của
mình.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019
Học Viên

Nguyễn Thanh Minh


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Thiết kế mơ hình thiết bị đo tín hiệu sinh tồn theo nguyên lý IoT
Tín hiệu sinh tồn của con người nhóm các tín hiệu sinh học quan trọng nhất cho biết tình
trạng của các chức năng quan trọng duy trì sự sống của cơ thể. Sự theo dõi các tín hiệu
này được thực hiện để giúp đánh giá sức khỏe thể chất chung, phát hiện các bệnh có thể
và theo dõi sự tiến triển phục hồi bệnh. Với nguyên lý và các phương tiện Internet vạn
vật (IoT), các thiết bị theo dõi tín hiệu sinh tồn từ xa, khơng dây và theo thời gian thực
có thể giúp cho các bác sĩ theo dõi đánh giá chính xác hơn tình trạng bệnh nhân, giúp
cho mọi người có thể chủ động quản lý sức khỏe của mình theo ngun tắc y học 4P dự
phịng và cá nhân hóa.
Với tinh thần trên, luận văn này trình bày thiết kế mơ hình hệ thống theo dõi một số dấu
hiệu sinh tồn: nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, tín hiệu điện cơ. Hệ thống sử dụng mạng
cảm biến không dây để theo dõi liên tục các thơng số trên: tín hiệu thu được từ các cảm
biến đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và tín hiệu điện cơ được xử lý bằng mạch
Arduino Nano và gửi đến máy chủ Blynk sử dụng giao tiếp không dây ESP8266. Thông
qua ứng dụng Blynk (ứng dụng IoT) trên điện thoại thông minh, người sử dụng có thể

xem và đánh giá các tín hiệu đó, hoặc tích hợp vào các phần mềm hỗ trợ chẩn đoán khác.
Kết quả luận văn thể hiện bước đầu thử nghiệm việc thu nhận và xử lý theo thời gian
thực nhiều tín hiệu đồng thời theo nguyên lý IoT.


ABSTRACT
Design of monitoring system model of selected vital signs using IoT principle
Vital signs are the group of the most important biosignals that indicate the state of the
vital (life-sustaining) functions of the body. These signals are monitored to help
assessing overall physical health, detecting possible diseases and evaluating the progress
of health recovery. With the principle of Internet of Things (IoT), electronic devices
monitoring vital signs remotely, wirelessly and in real-time can help physicians to
evaluate patient’s states more accurately and help people to manage effectively their
health according to the principles of P4 medicine.
Under mentioned context, this thesis presents the design of a system to monitor some
vital signs: heart rate, blood oxygen level, electromyographic signal. The system uses
wireless sensor network to continuously monitor the above parameters: signals received
from heart rate, blood oxygen level and electromyographic sensors processed by Arduino
Nano circuit and sent to the Blynk server using the ESP8266 wireless interface. Through
the Blynk application (IoT application) on the smartphone, users can view and evaluate
mentioned signals, or integrate them into other diagnostic support software. The results
show the initial test of real-time reception and processing of multiple biosignals based
on IoT principles.


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn: “Mơ hình thiết bị đo một số dấu hiệu sinh tồn theo ngun
lý IoT” là do em tìm hiểu, nghiên cứu, hồn thành và được PGS.TS Huỳnh Quang Linh
trực tiếp hướng dẫn. Các số liệu và kết quả thu được trình bày trong luận văn là hoàn
toàn trung thực.

Luận văn tốt nghiệp đánh dấu cho những thành quả, kiến thức em đã thu nhận được trong
suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Trong luận văn này, em đã sử dụng một số tài liệu tham khảo: sách, các bài báo quốc tế,
bài báo trong nước, các trang web mã nguồn mở, được chỉ ra trong danh mục Tài liệu
tham khảo.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019
Học Viên

Nguyễn Thanh Minh


1

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
ANN: Artificial Neural Network – Mạng Neuron nhân tạo
DSP: Digital Signal Processing – Xử lý tín hiệu số
ECG: Electrocardiography – Điện tâm đồ
EEG: Electroencephalography – Điện não đồ
EMG:Electromyogram – Điện cơ đồ
EHW: Evolvable Hardware Chip – Chip phần cứng có thể phát triển
Hb: Hemoglobin – Huyết sắc tố
IDE: Intergrated Development Environment – Mơi trường phát triển tích hợp
IoT: Internet of Thing – internet vạn vật
NCS: Nerve Conduction Studies – Nghiên cứu dẫn truyền thần kinh
MES: Myoelectric Signal – Tín hiệu điện cơ
PWM: Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung
SaO2: Saturation of Oxygen – Độ bão hòa oxy
SEMG: Surface Electromyography – Điện cơ bề mặt
SMU: Single Motor Unit – Đơn vị vận động đơn
SFT: Short Fourier Transform – Biến đổi Fourier ngắn

ROM: Read Only Memory – Bộ nhớ chỉ đọc
RAM: Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập tạm thời

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


2

HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mặt cắt của một quả tim ............................................................................ 14
Hình 2.2 Cấu tạo của hệ truyền dẫn tim .................................................................... 16
Hình 2.3 Điện tâm đồ của người bình thường .......................................................... 19
Hình 2.4 Sơ đồ khối của quy trình thí nghiệm phân tích wavelet ............................. 36
Hình 2.5 Thiết bị ống hít thơng minh của hãng Propeller Health ............................. 43
Hình 3.1 Sơ đồ khối của cảm biến Max30100 .......................................................... 44
Hình 3.2 Arduino Uno .............................................................................................. 50
Hình 3.3 Module Wifi ESP8266 .............................................................................. 50
Hình 3.4 Sơ đồ hoạt động của Blynk ........................................................................ 52
Hình 3.5 Giao diện Arduino IDE .............................................................................. 53
Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 54
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối hệ thống................................................................................ 55
Hình 4.1 Mơ hình mạch đo ....................................................................................... 62
Hình 4.2 Kết quả đo Nhịp tim và SpO2 trên mạch và máy Smiths Medical PM của
người 1 ...................................................................................................................... 63
Hình 4.3 Kết quả đo trên mạch mơ hình hiển thị trên ứng dụng Blynk của người 1
................................................................................................................................... 64
Hình 4.4 Kết quả đo Nhịp tim và SpO2 trên mạch và máy Smiths Medical PM của
người 2 ...................................................................................................................... 65
Hình 4.5 Kết quả đo trên mạch mơ hình hiển thị trên ứng dụng Blynk của người 2

................................................................................................................................... 66

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


3

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu……………………………………………………………………6
2. Mục tiêu nhiệm vụ luận văn………………………………………………...7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Dấu hiệu sinh tồn.............................................................................................. 9
2.1.1 Nhiệt độ cơ thể ...................................................................................... 9
2.1.2 Huyết áp .............................................................................................. 10
2.1.3 Nhịp tim ............................................................................................... 10
2.1.4 Nhịp thở ............................................................................................... 11
2.1.5 Nồng độ bão hịa oxy trong máu (SpO2) ............................................ 11
2.1.6 Tín hiệu điện cơ ................................................................................... 12
2.2 Tín hiệu điện tim (ECG)................................................................................. 12
2.2.1 Cấu tạo hoạt động của tim và đặc trưng sinh lý của cơ tim .................. 12
2.2.2 Khái niệm về tín hiệu điện tim .............................................................. 18
2.2.3 Nhiễu trong tín hiệu điện tim ................................................................ 22
2.2.4 Phương pháp xác định nhịp tim .......................................................... 22
2.3 Nồng độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) ........................................................ 25
2.3.1 Sự cần thiết của oxy trong máu ............................................................. 25
2.3.2 Sự vận chuyển oxy trong máu ............................................................... 26
2.3.3 Nồng độ bão hòa oxy trong máu ........................................................... 27

2.3.4 Các phương pháp đo độ bão hòa oxy trong máu ................................... 29
2.4 Tín hiệu điện cơ (EMG) .................................................................................. 30

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


4

2.4.1 Tín hiệu điện cơ ................................................................................... 30
2.4.2 Phương pháp phát hiện tín hiệu điện cơ................................................ 31
2.4.3 Phân tích tín hiệu điện cơ ...................................................................... 34
2.4.4 Xử lý tín hiệu điện cơ............................................................................ 35
2.4.5 Nhiễu điện và các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu điện cơ..................... 38
2.5 Một số thiết bị IoT y tế trên thị trường ........................................................... 40
2.5.1 Apple watch .......................................................................................... 40
2.5.2 Máy giám sát glucose liên tục (CGM) và bút thơng minh insulin ........ 41
2.5.3 Ống hít kết nối thơng minh và máy theo dõi hen suyễn ADAMM ...... 42
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1 Nguyên lý cảm biến – Arduino – Blynk ............................................................. 44
3.1.1 Cảm biến Max30100 .................................................................................. 44
3.1.2 Cảm biến điện cơ (EMG) ........................................................................... 46
3.1.3 Arduino UNO ............................................................................................ 47
3.1.4 Module wifi ESP8266 ................................................................................ 50
3.1.5 Blynk .......................................................................................................... 51
3.1.6 Phần mềm Arduino IDE ............................................................................ 52
3.2 Thiết kế ................................................................................................................ 54
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 54
3.2.2 Sơ đồ kết nối hệ thống ................................................................................. 55
3.2.3 Mô tả hệ thống ............................................................................................. 55
3.2.4 Chương trình điều khiển .............................................................................. 56

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1 Kết quả ............................................................................................................ 62
4.1.1 Mơ hình mạch hồn chỉnh ...............................................................................
4.1.2 Kết qủa đo nhịp tim, SpO2, điện cơ ............................................................ 62
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


5

4.2 Bàn luận ..............................................................................................................
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận ........................................................................................................... 67
5.1.1 Ưu điểm ................................................................................................. 67
5.1.2 Nhược điểm ........................................................................................... 67
5.2 Hướng phát triển ............................................................................................. 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 69
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ....................................................................................... 71

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


6

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu
Dấu hiệu sinh tồn là các dấu hiệu thể lực cho thấy bệnh nhân đang sống: nhịp

tim, nhịp thở, nhiệt độ, huyết áp, bão hòa oxy trong máu. Nó cung cấp cho bác
sĩ: các thơng tin hỗ trợ chẩn đốn bệnh, theo dõi tình trạng bệnh diễn biến bệnh,
theo dõi kết quả điều trị chăm sóc, phát hiện biến chứng của bệnh, kết luận sự
sống của bệnh nhân.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, IoT (Internet of things) có vai trị
quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. IoT là một mạng lưới các thiết bị điện
tử, phần mềm, cảm biến và internet được kết nối với nhau, do đó có khả năng
thu thập và trao đổi dữ liệu. IoT có tác động lên tất cả các lĩnh vực trong đời
sống xã hội, trong đó tác động trong lĩnh vực y tế được coi là quan trọng nhất.
Sự hội tụ của y học và công nghệ thông tin, tin y học sẽ làm biến đổi các cách
thức chăm sóc sức khỏe truyền thống, đồng thời cắt giảm chi phí, tăng tính hiệu
quả và cứu sống được nhiều người bệnh hơn.
Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0: AI, Robotic, Big Data, IoT. AI và
Big Data có vai trị như bộ xử lý dữ liệu, nhận về một lượng lớn dữ liệu, xử lý
và đưa ra những quyết định đúng đắn trong mọi trường hợp. Với Robotic, nhiệm
vụ của nó là chế tạo ra các cỗ máy có thể đảm nhận các cơng việc nặng nhọc mà
còn người phải làm, đồng thời thực hiện các yêu cầu mà con người đưa ra, mục
tiêu cuối cùng của Robotic là thay thế sức lao động của con người bằng khả
năng vận động không mỏi mệt của máy móc. Và cuối cùng, việc kết nối các
thiết bị, các quy trình thu thập, xử lý và phản ứng sẽ do IoT đảm nhận.
Cảm biến có vai trị quan trọng trong phát triển khoa học kỹ thuật. Cảm biến
là linh kiện chuyển đổi tín hiệu đầu vào có tính chất vật lý thành đầu ra điện, nó
là cơng cụ phát hiện sự có mặt vật chất, chất hóa học và sinh học, đưa ra phương
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


7

thức lưu đo lường và lưu giữ các thông về dấu hiệu đó. Các thuộc tính vật chất
có thể cảm nhận được bao gồm: nhiệt độ, áp suất, chuyển động, mức độ âm

thanh, cường độ ánh sáng, tải hoặc trọng lượng, tốc độ dịng chảy của khơng khí
và nước, độ lớn của từ trường và điện trường, mật độ các phân tử trong cấu trúc
của khơng khí, chất lỏng, chất rắn...
Với sự tiến bộ của khoa học máy tính và công nghệ thông tin. Các bác sĩ và
chuyên gia y tế thường sử dụng các cảm biến y sinh, máy tính và phần mềm liên
quan để thực hiện chẩn đốn y tế, kiểm tra các khu vực bị tổn thương và theo
dõi các tín hiệu y sinh quan trọng. Để chuẩn đốn chính xác các bệnh khác nhau,
các bác sĩ cần phải có tín hiệu y sinh chất lượng cao được lấy từ các cơ quan
khác nhau của cơ thể người. Do đó, các cảm biến y sinh giao tiếp giữa cơ thể
người và hệ thống máy tính rất quan trọng trong chẩn đoán y học hiện đại và sử
dụng để thu thập tin y tế.
Cảm biến y sinh đóng vai trò là cửa ngõ giữa hệ thống sinh học và hệ thống
điện tử. Nó lấy các tín hiệu sinh học như: nhiệt độ cơ thể, huyết áp, nhịp tim, tín
hiệu điện cơ để đo sự vận động của cơ bắp...sự hiện diện của một số hợp chất
hóa học hoặc hoạt động hóa học trong cơ thể người làm đầu vào và chuyển
chúng thành tín hiệu điện tử dưới dạng kỹ thuật số để xử lý bằng vi điều khiển
hoặc máy tính.
2. Mục tiêu nhiệm vụ luận văn
• Luận văn tập trung nghiên cứu về đo: nhịp tim, nồng độ oxy trong máu bằng
phương pháp đo quang và tín hiệu điện cơ (EMG) đo dòng điện được tạo ra
trong cơ bắp trong q trình co bóp của các hoạt động thần kinh cơ.
• Nguyên lý, cấu tạo của cảm biến MAX30100 và cảm biến điện cơ.
• Nghiên cứu nguyên lý, cấu trúc và các tập lệnh của Arduino Uno, Module Wifi
ESP8266.
• Blynk là phần mềm ứng dụng trên điện thoại thông minh mã nguồn mở để điều
khiển, lưu trữ và truy xuất dữ liệu thời gian thực thơng qua internet.
• Kết hợp các thiết bị cảm biến với bộ vi xử lý Arduino Uno, Module Wifi
ESP8266 và Blynk thành một hệ thống IoT sinh học trong y tế.
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598

8

• Trong chẩn đốn và theo dõi tình trạng bệnh nhân trong y tế các bác sĩ cần phải
theo dõi liên tục các thông số quan trọng của cơ thể như: nhịp tim, điện tâm đồ,
nồng độ oxy trong máu, tín hiệu điện cơ đo các hoạt động của cơ bắp...để có thể
đưa ra những điều chỉnh và pháp đồ điều trị phù hợp.
• Thơng thường các bác sĩ khi khám chữa bệnh cho bệnh nhân, phải thực hiện qua
thăm khám, đo và các xét nghiệm tốn rất nhiều thời gian mà khơng thể theo dõi
tình trạng bệnh nhân liên tục. Với sự phát triển của công nghệ đặc biệt là ứng
dụng IoT vào trong chăm sóc sức khỏe giúp nhân viên y tế, bác sĩ theo dõi tình
trạng bệnh nhân theo thời gian thực và lưu trữ dữ liệu quan trọng của bệnh nhân
một cách dễ dàng với độ bảo mật và chính xác cao. Căn cứ vào đó đưa ra những
phác đồ điều trị một cách kịp thời và hiệu quả.

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 . Dấu hiệu sinh tồn
Dấu hiệu sinh tồn bao gồm 4 dấu hiệu chính: nhiệt độ cơ thể, huyết áp, nhịp
tim, nhịp thở và có thêm dấu hiệu thứ 5: nồng độ oxy trong máu, dấu hiệu thứ
6: tín hiệu điện cơ. Những dấu hiệu này giúp đánh giá tình trạng sức khỏe thể
chất chung của một người, cũng như xác định các manh mối bằng chứng bệnh
có thể xảy ra và cho thấy tiến trình hồi phục của bệnh nhân. Phạm vi bình thường
cho các dấu hiệu này thay đổi theo độ tuổi, giới tính, cân nặng và các yếu tố
khác.

2.1.1 Nhiệt độ cơ thể
Nhiệt độ cơ thể bình thường thay đổi theo người, tuổi, hoạt động và thời
gian trong ngày. Nhiệt độ cơ thể bình thường thường được chấp nhận là
37ºC. Nhiệt độ trên 38ºC thường báo hiệu cho biết ta bị sốt do nhiễm trùng
hoặc bệnh tật.
• Phương pháp đo
Đo nhiệt độ của một người là một phần ban đầu của kiểm tra lâm sàng đầy
đủ. Có nhiều loại nhiệt kế y tế khác nhau, cũng như các vị trí được sử dụng
để đo lường bao gồm: ở trực tràng, trong miệng, dưới cánh tay, trong tai,
trên da trán trên động mạch thái dương.
o Tăng thân nhiệt
Tăng thân nhiệt xảy ra khi cơ thể sản xuất hoặc hấp thụ nhiệt nhiều hơn
mức có thể tiêu tan. Nó thường được gây ra bởi tiếp xúc kéo dài với nhiệt
độ cao. Các cơ chế điều chỉnh nhiệt của cơ thể cuối cùng trở nên quá tải
và khơng thể đối phó hiệu quả với sức nóng, khiến nhiệt độ cơ thể tăng
lên. Tăng thân nhiệt ở khoảng 40 ° C sẽ đe dọa tính mạng địi hỏi phải điều

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


10

trị y tế ngay lập tức. Các triệu chứng phổ biến bao gồm: đau đầu, nhầm
lẫn và mệt mỏi. Nếu đổ mồ hơi dẫn đến mất nước, thì người bị ảnh hưởng
có thể bị khơ, đỏ da.
Điều trị bao gồm làm mát và bù nước cho cơ thể, di chuyển ra khỏi ánh
sáng mặt trời đến môi trường mát mẻ, uống nước, cởi bỏ quần áo có thể
giữ nhiệt gần cơ thể hoặc ngồi trước quạt. Tắm trong nước ấm hoặc nước
mát, rửa mặt và các khu vực tiếp xúc khác của da.
o Hạ thân nhiệt

Hạ thân nhiệt khi nhiệt độ cơ thể giảm xuống dưới mức cần thiết cho sự
trao đổi chất bình thường và các chức năng cơ thể. Điều này thường là do
tiếp xúc quá nhiều với khơng khí lạnh hoặc nước. Các triệu chứng thường
xuất hiện khi nhiệt độ của cơ thể giảm 1ºC đến 2ºC dưới nhiệt độ bình
thường.
2.1.2 Huyết áp
Huyết áp là thước đo áp lực hoặc lực của máu đối với thành động mạch.
Huyết áp được viết dưới dạng hai số, chẳng hạn như: 120/80 mmHg. Số
đầu tiên được gọi là huyết áp tâm thu và đo áp lực trong động mạch khi
tim đập và đẩy máu ra khỏi cơ thể. Số thứ hai được gọi là áp suất tâm
trương và đo áp lực trong động mạch khi tim nghỉ giữa các nhịp đập.
Huyết áp khỏe mạnh cho một người trưởng thành, thư giãn khi nghỉ
ngơi khi chỉ số dưới 120/80 mm Hg. Huyết áp tâm thu 120-139 hoặc huyết
áp tâm trương 80-89 được coi là "tiền tăng huyết áp" và cần được theo dõi
chặt chẽ. Tăng huyết áp khi chỉ số 140/90 mm Hg hoặc cao hơn. Huyết áp
duy trì ở mức cao trong một thời gian dài có thể dẫn đến các vấn đề sức
khỏe như xơ vữa động mạch, suy tim và đột quỵ.
Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến chỉ số huyết áp bao gồm: hút thuốc,
nhiệt độ lạnh, tập thể dục, đầy bụng, uống cà phê, uống rượu, một số loại
thuốc, tăng hoặc giảm cân…

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


11

2.1.3 Nhịp tim
Nhịp tim là số lần tim đập mỗi phút. Mạch thấp hơn khi cơ thể nghỉ ngơi
và tăng lên khi cơ thể vận động tập thể dục. Nhịp tim bình thường cho một
người trưởng thành khỏe mạnh khi nghỉ ngơi dao động từ 60 - 80 nhịp một

phút. Phụ nữ có xu hướng có nhịp tim nhanh hơn nam giới. Mạch có thể
được đo bằng cách ấn mạnh nhưng ấn nhẹ ngón tay thứ nhất và thứ hai
vào một số điểm nhất định trên cơ thể, phổ biến nhất là ở cổ tay hoặc cổ
nhưng cũng có thể được đo ở phần uốn cong của cánh tay, ở háng, sau đầu
gối, bên trong mắt cá chân, trên đỉnh bàn chân, sau đó đếm số lần đập của
tim trong khoảng thời gian 60 giây. Nhịp tim nhanh hơn mức trung bình
có thể chỉ ra các vấn đề sức khỏe như: nhiễm trùng, mất nước, căng thẳng,
lo lắng, rối loạn tuyến giáp, sốc, thiếu máu hoặc một số bệnh tim. Nhịp
tim thấp hơn cũng phổ biến đối với những người tập thể dục nhiều. Nhịp
tim đập đều nhau, không quá mạnh chỉ ra một trái tim khỏe mạnh.
2.1.4 Nhịp thở
Nhịp thở của một người là số hơi thở hít vào mỗi phút. Tốc độ hơ hấp
bình thường của một người trưởng thành khi nghỉ ngơi là 12 - 20 nhịp thở
mỗi phút. Tốc độ hô hấp dưới 12 hoặc trên 25 nhịp thở mỗi phút trong khi
nghỉ ngơi được coi là bất thường.
Trong số các điều kiện có thể thay đổi nhịp hơ hấp bình thường là: hen
suyễn, lo lắng, viêm phổi, suy tim sung huyết, bệnh phổi, sử dụng ma túy
hoặc dùng thuốc quá liều.
2.1.5 Nồng độ oxy trong máu (SpO2)
Khí oxy rất cần thiết đối với sự sống của con người. Khi chúng ta hít
thở, oxy sẽ đi vào phổi. Máu và hemoglobin sẽ vận chuyển oxy từ phổi
đến mọi nơi trong cơ thể để đảm bảo duy trì sự sống. Quá trình vận chuyển
này được thực hiện khi hemoglobin (Hb) kết hợp với oxy tạo thành HbO2.
Một phân tử hemoglobin có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn
đủ 4 phân tử oxy được gọi là bão hòa oxy. Chỉ số SpO2 còn được gọi là
độ bão hòa oxy trong máu, biểu thị cho tỷ lệ hemoglobin có oxy trên tổng
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


12

lượng hemoglobin trong máu. Nếu tất cả các phân tử hemoglobin trong
máu đều gắn với oxy thì độ bão hịa oxy là 100%. Một người khỏe mạnh
bình thường, độ bão hòa oxy động mạch dao động trong khoảng 95% 100%.
Nếu nồng độ bão hòa oxy trong máu dưới 90% được coi là thấp và được
gọi là giảm oxy máu. Nồng độ oxy trong máu động mạch dưới 80% có thể
ảnh hưởng đến chức năng cơ quan, chẳng hạn như não và tim và cần được
trợ giúp y tế kịp thời. Nồng độ oxy trong máu thấp có thể dẫn đến ngừng
hơ hấp hoặc ngừng tim.
Chỉ số SpO2 đóng vai trị vô cùng quan trọng đối với sức khỏe mỗi
người. Việc theo dõi chỉ số SpO2 cần được thực hiện thường xuyên để
người bệnh nắm rõ lượng oxy trong máu, biết được khi nào cần thêm oxy
cho cơ thể và có biện pháp ứng phó kịp thời khi lâm vào tình trạng nguy
hiểm.
2.1.6 Tín hiệu điện cơ
Tín hiệu điện cơ (electromyography) được sử dụng để nghiên cứu phản
ứng điện của thần kinh và cơ hoặc đánh giá sự mất phân bố thần kinh của
cơ. Đây là kỹ thuật được sử dụng phổ biến trong thăm khám và chẩn đoán
bệnh.
Những tế bào thần kinh vận động dẫn truyền các tín hiệu điện tới vùng
cơ, phản ứng với tín hiệu nhận được sẽ gây ra sự co cơ. Bản ghi điện cơ
chính là một bản phiên dịch các tín hiệu này thành âm thanh, biểu đồ hay
các giá trị bằng số mà các bác sĩ nhìn vào đó sẽ đọc và hiểu được
2.2 . Tín hiệu điện tim (ECG)
2.2.1. Cấu tạo hoạt động của tim và đặc trưng sinh lý của cơ tim
Tim là một bộ phận trung tâm và rất quan trọng trong hệ tuần hoàn của cơ
thể người. Với chức năng bơm đều đặn và đẩy máu dẫn theo các động mạch,
đưa dưỡng khí cùng các chất dinh dưỡng đi ni toàn bộ cơ thể, đồng thời loại
bỏ các chất thải trong quá trình trao đổi chất. Tim hút máu từ tĩnh mạch về tim
sau đó đẩy máu đến phổi để trao đổi khí CO2 và lấy khí O2.

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


13

❖ Cấu tạo của tim
• Tim được cấu tạo từ một loại cơ đặc biệt là cơ Tim.
• Tim là một khối cơ rỗng, được chia thành 4 buồng: 2 tâm nhĩ và 2 tâm thất.
• Nhĩ phải và nhĩ trái, thành mỏng, nhận máu tĩnh mạch, đưa xuống thất
• Thất phải và thất trái, thành dày, bơm máu vào động mạch với áp lực cao.
• Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai tâm thất ngăn cách nhau
bởi vách liên thất.
• Cấu tạo của tim gồm: Buồng tim, van tim, sợi cơ tim, hệ thống nút tự động
của tim và hệ thần kinh.
o Buồng tim: Tim người được chia thành bốn buồng: hai tâm nhĩ và hai tâm
thất. Nhĩ phải và nhĩ trái nhận máu từ tĩnh mạch, thất phải và thất trái bơm
máu vào động mạch. Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai
tâm thất ngăn cách nhau bởi vách liên thất.
o Van tim: Các van tim là những lá mỏng, mềm dẻo gồm có: van nhĩ thất,
van tổ chim. Tất cả các van đóng mở một cách thụ động, sự đóng mở này
tùy thuộc vào sự chênh lệch áp suất qua van.
o Sợi cơ tim: Ðó là những tế bào nhỏ có vân chia nhánh và chỉ có một nhân.
Các tế bào cơ tim có tính chất trung gian giữa tế bào cơ vân và tế bào cơ
trơn. Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, chúng hoạt động như một đơn vị
duy nhất khi đáp ứng với kích thích. Khác với cơ vân, các tế bào cơ tim có
các cầu nối kết với nhau thành một khối vững chắc.
o Hệ thống nút tự động của tim: Hệ thống nút là một cấu trúc đặc biệt gồm
các tế bào mảnh có khả năng phát nhịp cho tồn bộ tim có tính hưng phấn
cao, chúng tạo thành hệ thống dẫn truyền, dẫn truyền điện thế qua cơ tim.
Hệ thống dẫn truyền này đảm bảo cho các buồng tim co rút đồng bộ. Hệ

thống nút tự động của tim gồm có: nút xoang, nút nhĩ thất, bó his.
o Hệ thần kinh: hệ phó giao cảm, hệ giao cảm.

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


14

Hình 2.1 Mặt cắt của một quả tim [15]
• Nhịp tim chuẩn có thể khác nhau ở mỗi người, tùy thuộc vào độ tuổi, thể trạng,
giới tính...Đối với người từ 18 tuổi trở lên, nhịp tim bình thường trong lúc nghỉ
ngơi dao động trong khoảng từ 60 đến 100 nhịp mỗi phút. Thơng thường,
người có thể trạng càng khỏe mạnh, thì nhịp tim càng thấp. Đối với những vận
động viên chuyên nghiệp, khi ở chế độ nghỉ ngơi, nhịp tim trung bình của họ
chỉ khoảng 40 nhịp một phút. Ví dụ như vận động viên đua xe đạp Lance
Armstrong – huyền thoại của làng thể thao thế giới, tim của anh chỉ đập khoảng
32 nhịp mỗi phút. [15]
• Theo nghiên cứu của Cơ quan y tế quốc gia tại Vương quốc Anh, dưới đây là
bảng tiêu chuẩn nhịp tim lý tưởng theo từng độ tuổi

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


15

Độ tuổi

Tiêu chuẩn nhịp tim (Nhịp/phút)

Trẻ sơ sinh

120 – 160

Trẻ từ 1 – 12 tháng

80 – 140

Trẻ từ 1 đến 2 tuổi

80 – 130

Trẻ từ 2 đến 6 tuổi

75 – 120

Trẻ từ 7 đến 12 tuổi

75 – 110

Người lớn từ 18 tuổi trở lên

60 – 100

Vận động viên

40 – 60

Bảng 2.1 Bảng tiêu chuẩn nhịp tim [16]
• Nhịp tim của chúng ta vào từng thời điểm thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu
tố khác nhau, chẳng hạn như: hoạt động thể chất của cơ thể trước lúc đó, tình

hình sức khỏe và bệnh lý, nhiệt độ môi trường, tư thế đứng, ngồi hay nằm. Ngoài
ra, trạng thái tinh thần và cảm xúc cũng ảnh hưởng ít nhiều như cảm xúc giận
dữ, vui mừng, sợ hãi, lo lắng... Bên cạnh đó, một số loại thuốc cũng có khả năng
ảnh hưởng đến nhịp tim. Tuy nhiên, khi đề cập đến nhịp tim chuẩn hay nhịp tim
bình thường nghĩa là nhịp tim được đo lúc cơ thể đang nghỉ ngơi hoàn toàn [16].
❖ Hoạt động của tim
• Tim bơm máu thơng qua cả hai hệ thống tuần hồn. Máu có nồng độ oxy thấp
từ hệ tuần hoàn đi vào tâm nhĩ phải từ tĩnh mạch chủ trên và dưới và đi đến tâm
thất phải. Từ đây máu được bơm vào hệ tuần hoàn phổi, tại đó máu nhận được
oxy và thải ra carbon dioxit. Máu được tăng cường oxy trở về tâm nhĩ trái, đi
qua tâm thất trái và được đẩy ra thông qua các động mạch chủ vào hệ tuần hoàn
máu, nơi oxy được sử dụng và chuyển hóa thành carbon dioxit. Ngoài ra máu
mang dưỡng chất từ gan và hệ tiêu hóa đến các cơ quan khác nhau của cơ thể,
đồng thời vận chuyển chất thải đến gan và thận. Thông thường với mỗi nhịp tim
đập, tâm thất phải bơm cùng một lượng máu vào phổi như các tâm thất trái đẩy
máu vào cơ thể. Tĩnh mạch vận chuyển máu đến tim, trong khi động mạch đẩy
máu ra khỏi tim. Tĩnh mạch thường có áp lực thấp hơn so với động mạch.

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


16

• Tim hoạt động dựa vào một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự động,
hệ thống thần kinh tự động này còn được gọi là hệ dẫn truyền tim, bao gồm:
o Nút xoang: tự động phát nhịp tim và xung được truyền từ tâm nhĩ tới hai
tâm nhĩ theo chiều từ trên xuống dưới và đến nút nhĩ thất.
o Nút nhĩ thất: nằm giữa tâm nhĩ và tâm thất, tiếp nhận xung từ nút xoang nhĩ.
o Bó his và mạng lưới Purkinje: dẫn truyền xung thần kinh theo chiều từ dưới
lên.

Hình 2.2 Cấu tạo của hệ truyền dẫn tim [16]
o Hoat động của hệ dẫn truyền tim: nút xoang nhĩ tự phát xung điện ---> lan
ra khắp cơ tâm nhĩ ---> tâm nhĩ co ---> lan truyền đến nút nhĩ thất ---> bó
his ---> mạng lưới Purkinje ---> Lan khắp cơ tâm thất ---> tâm thất co. Kết
quả là tim có khả năng co bóp theo chu kỳ.
• Chu kỳ hoạt động của tim: Mỗi chu kỳ tim bắt đầu từ pha co tâm nhĩ --->
pha co tâm thất ---> pha giãn chung. Mỗi chu kỳ tim gồm 3 pha kéo dài
0,8 giây:
o Pha co tâm nhĩ 0,1 giây: nút xoang nhĩ lan truyền xung điện tới hai tâm
nhĩ ---> hai tâm nhĩ co ---> van bán nguyệt đóng lại ---> thể tích tâm nhĩ

HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


17

giảm, áp lực tâm nhĩ tăng ---> van nhĩ thất mở ---> dồn máu từ tâm nhĩ
xuống hai tâm thất.
o Pha co tâm thất 0,3 giây: nút xoang nhĩ lan truyền xung điện tới nút nhĩ
thất, bó his và mạng lưới purkinje ---> hai tâm thất co, van nhĩ thất đóng
lại ---> áp lực trong tâm nhĩ tăng lên ---> van bán nguyệt mở ---> máu đi
từ tim vào động mạch.
o Pha giãn chung 0,4 giây: tâm thất và tâm nhĩ cũng giãn, van nhĩ thất mở,
van bán nguyệt đóng ---> máu từ tĩnh mạch chảy về tâm nhĩ, máu từ tâm
nhĩ dồn xuống tâm thất.
❖ Đặc tính sinh lý của cơ tim
• Khi tim hoạt động do cấu tạo đặc biệt nên cơ tim có những đặc tính sinh
lý cơ bản: tính hưng phấn, tính dẫn truyền của sợi cơ tim, tính trơ, tính
nhịp điệu.

o Tính hưng phấn: Tim gồm hai loại tế bào cơ là tế bào phát sinh và dẫn
truyền xung động, đó là các tế bào nút xoang, nút nhĩ thất và của mạng
Purkinje và tế bào trả lời các xung động này bởi sự co rút, đó là các tế bào
cơ nhĩ và cơ thất.
Những đặc tính này khiến cho tim mang tính tự động, đặc tính này khơng
có ở cơ vân. Các hoạt động điện trong tim sẽ dẫn đến sự co bóp của tim.
Sự rối loạn hoạt động điện của tim sẽ đưa đến rối loạn nhịp. Sự kích thích
một sợi cơ nhĩ nào đó sẽ gây một hoạt động điện qua khối cơ nhĩ, tương
tự như vậy đối với cơ thất. Nếu bộ nối nhĩ-thất hoạt động tốt, điện thế sẽ
truyền từ nhĩ xuống thất. Khi tác nhân kích thích đủ mạnh đưa điện thế
trong màng tới ngưỡng, cơ tim co bóp ngay tới mức tối đa. Dưới ngưỡng
đó cơ tim khơng phản ứng gì, tim cũng khơng co bóp mạnh hơn được.
o Tính dẫn truyền của sợi cơ tim: Thuộc tính này có ở tất cả hai loại sợi cơ
tim. Ðiện thế động lan truyền dọc sợi cơ tạo thành một làn sóng khử cực.
Vận tốc dẫn truyền xung động khác nhau giữa các vùng của tim. Ở trạng
thái sinh lý, xung động từ nút xoang vào cơ nhĩ với vận tốc vừa phải 0,81m/s. Sự dẫn truyền chậm lại 0,03-0,05m/s từ tâm nhĩ qua nút nhĩ-thất.
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598


18

Sau đó vận tốc tăng lên trong bó His (0,8-2m/s) và đạt rất cao trong mạng
Purkinje: 5m/s. Cuối cùng chậm lại khi đi vào các sợi cơ thất, với vận tốc
0,3-0,5m/s. Như vậy, sự dẫn truyền xung động từ nút xoang phải mất 0,15s
để bắt đầu khử cực các tâm thất.
o Tính trơ: ở các giai đoạn khác nhau của điện thế hoạt động, sợi cơ tim đáp
ứng không giống nhau với một kích thích bên ngồi. Ở pha 1 và 2, sợi cơ
đã khử cực rồi nên không đáp ứng với bất cứ kích thích nào, đó là thời kỳ
trơ tuyệt đối. Nó giúp tim khơng bị rối loạn hoạt động bởi một kích thích
ngoại lai. Ðây là cơ chế bảo vệ vô cùng cần thiết, giúp tim không bị co

cứng như cơ vân một sự co cứng của tim sẽ dẫn đến ngừng tuần hoàn và
tử vong. Ở pha 3, khi điện thế trong màng tăng đến -50mV, sợi cơ tim bắt
đầu đáp ứng với các kích thích tuy cịn yếu, đó là thời kỳ trơ tương đối.
o Tính nhịp điệu: ở trạng thái sinh lý, nút xoang tự động phát ra các xung
động theo một nhịp điệu đều đặn với tần số trung bình 80 lần/phút. Tiếp
đó hai tâm nhĩ được khử cực đầu tiên, nhĩ phải trước nhĩ trái, đồng thời
lan tới nút nhĩ-thất theo những bó liên nút. Sự dẫn truyền trong nút nhĩthất chậm hẳn lại để cho hai nhĩ có thời gian co bóp xong. Sự trì hỗn này
có thể bị rút ngắn bởi sự kích thích của hệ giao cảm và kéo dài bởi dây X.
Xung động tiếp tục theo hai nhánh của bó His vào mạng Purkinje với vận
tốc lớn, do đó những sợi cơ thất được khử cực trong vịng 0,08-0,1s. Mỏm
tim được khử cực trước đáy tim, do đó nó co bóp trước đáy tim, giúp dồn
máu từ mỏm lên phía đáy và tống máu vào các động mạch.
Như vậy nút xoang phát xung động với tần số cao nhất, cịn gọi là nút tạo
nhịp của tim, nó ln giữ vai trị chủ nhịp chính cho tồn bộ quả tim. Trong
những trường hợp bệnh lý, nút nhĩ-thất hoặc cơ nhĩ, cơ thất cũng có thể
tạo nhịp, dành lấy vai trò của nút xoang, đứng ra chỉ huy nhịp đập của tim.
2.2.2. Khái niệm về tín hiệu điện tim
Trái tim trong hệ tuần hồn là bộ phận có cấu tạo hồn tồn bằng cơ. Mỗi
khi co lại trong q trình bơm máu nó sẽ tạo ra điện trường sinh học và truyền
qua khối dẫn liên hợp từ ngực, bụng tới bề mặt da. Do đó ta có thể đó được
HVTT: NGUYỄN THANH MINH – MSHV: 1870598