Phân tích và xử lý tín hiệu âm của ống nghe y học bằng kỹ thuật số

1

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------

NGUYỄN LÂM DUY

PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM
CỦA ỐNG NGHE Y HỌC BẰNG KỸ THUẬT SỐ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT LASER
Mã số ngành: 2.07.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2005

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


2

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Quang Linh
Cán bộ chấm nhận xét 1:………………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:……………………………………………………………….

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…… tháng……… năm 2005

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2005
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Lâm Duy
Phái: Nam.
Ngày, tháng, năm sinh: 22/10/1980
Nơi sinh: Ninh Thuận
Chuyên ngành: KỸ THUẬT LASER
MSHV: 01203289
TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM CỦA
ỐNG NGHE Y HỌC BẰNG KỸ THUẬT SỐ.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nghiên cứu lý thuyết đặc điểm của âm thanh tim và phổi, từ đó đưa ra những

phương thức để lập trình vi tính, cho ra một chương trình có thể lọc nhiễu và tiếng
ồn; đồng thời cho ta âm thanh của tim hoặc phổi với độ chính xác và trung thực cao
nhất.
Căn cứ vào những kết quả thu được từ chương trình trên (tần số, băng thông của
các bộ lọc), ta thiết kế và chế tạo thử nghiệm một thiết bị điện tử thực hiện những
chức năng trên.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài) : …………………….
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ……………………………………………………………………..
V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm và học vị):
TS. Huỳnh Quang Linh.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

TS. Huỳnh Quang Linh

PGS-TS Trần Minh Thái

BỘ MÔN QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông
qua.

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Nguyễn Lâm Duy

Ngày……….tháng…….. năm 20……

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Luận Văn Thạc Só


4

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sa éc đến q thầy cô đã tận tình dạy
dỗ, chỉ bảo cho chúng tôi trong suốt hai năm học vừa qua. Đặc biệt, tôi muốn gởi
lời cảm ơn đến PGS-TS Trần Minh Thái đã cho tôi những lời khuyên bảo hết sức
q giá khi tôi thực hiện luận văn này.
Ngoài ra, luận văn này sẽ không thể được hoàn thành nếu không được sự
giúp đỡ và hướng dẫn hết sức nhiệt tình của TS. Huỳnh Quang Linh, người thầy
luôn quan tâm, động viên tôi trong quá trình hoàn tất luận văn tốt nghiệp thạc só
này.
Sau cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình tôi, chỗ dựa vững cha éc cho
tôi, và các bạn học cùng khóa đã chia sẻ và luôn giúp tôi những khi tôi gặp khó
khăn.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


5

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong việc chẩn đoán để đ ịnh bệnh, việc sử dụng ống nghe trong y học đã
được sử dụng từ rất lâu (từ năm 1819). Tuy nhiên, việc sử dụng ống nghe truyền
thống có những khuyết điểm sau:
-m thanh nghe được là sự trộn lẫn của các âm thanh từ nhiều nguồn
khác nhau như tim, phổi, âm thanh của môi trường xung quanh.
-Người bác só phải thật cẩn trọng và tập trung để có thể nghe được âm
thanh cần nghe (tim hoặc phổi ) để từ đó đưa ra kết quả chẩn đoán. Điều này đòi
hỏi người bác sỹ phải có nhiều kinh nghiệm.
Như vậy, việc phát triển một chương trình vi tính có thể lọc bớt tạp âm
môi trường, khuếch đại âm thanh mà ta muốn nghe, đồng thời có thể giúp người
bác sỹ đưa ra những kết luận chẩn đoán ban đầu sẽ góp phần giảm đáng kể
những khó khăn cho người bác sỹ và tăng cường sự chính xác trong việc chẩn
đoán.
Luận văn này nhằm mục đích xây dựng một chương trình vi tính có thể xử
lý âm thanh thu được từ ống nghe y học thông thường để có được những âm
thanh của tim hoặc phổi có độ trung thực cao, làm cơ sở cho người bác só đưa ra
những chẩn đoán chính xác. Mặt khác,thông qua chương trình, ta có thể xác đ ịnh
được những thông số kỹ thuật tối ưu (tần số, băng thông của các bộ lọc ) để thiết
kế và chế tạo thử nghiệm ống nghe y học điện tử.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


6

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN

8

PHẦN 2: ĐẶC ĐIỂM ÂM THANH CỦA TIM VÀ PHỔI

11

2.1 Cấu tạo và đặc điểm âm thanh tim

11

2.1.1 Cấu tạo của tim ……………………………………………………………………… 11
2.1.2 Quá trình hoạt động của tim ……………………………………………… 13
2.1.3 Đặc điểm của âm thanh tim ……………………………………………… 15
2.2 Cấu tạo và đặc điểm âm thanh phổi ……………………………………………… 21
2.2.1 Cấu tạo và hoạt động của phổi ……………………………………………21
2.2.2 Đặc điểm âm thanh phổi ……………………………………………………… 23
2.3 Phép biến đổi Fourier …………………………………………………………………………… 27
2.3.1 Biểu diễn chuỗi Fourier đối với một tín hiệu
tuần hoàn ……………………………………………………………………………………………………………………………… 28
2.3.2 Phép biến đổi Fourier đối với một sóng không
tuần hoàn …………………………………………………………………………………………………………………………

30

2.3.3 Phép biến đổi Fourier được sử dụng trong
thực tế tính toán và phép phân tích wavelet …………………………………………………… 30
2.4 Các đặc điểm của tiếng ồn …………………………………………………

36

2.4.1 Tiếng ồn trắng (White Noise) …………………………………

37

2.4.2 Tiếng ồn 1/f ………………………………………………………………………

37

PHẦN 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1 Chương trình xử lý tín hiệu âm thu được từ ống nghe y học … 39
3.1.1 Cách thức thực hiện ……………………………………………………………… 39
3.1.2 Yêu cầu về nội dung lập trình …………………………………………… 41

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


7

3.1.3 Cách thức sử dụng chương trình ……………………………………… 41
3.1.3.1 Những chức năng dành cho phần xử lý
âm thanh thu được từ ống nghe y học có tích hợp micro thu âm ……………… 42
3.1.3.2 Những chức năng dành cho các âm thanh
mẫu đã được công bố ……………………………………………………………………………………………………… 51
3.2 Kết quả thu được …………………………………………………………………………………….. 56
3.2.1 Khi môi trường có ít tạp âm ……………………………………………… 56
3.2.2 Trong trường hợp môi trường có nhiều tạp âm ……… 60
3.2.3 Âm thanh phổi ………………………………………………………………………… 63

3.3 Nhận xét chung về chương trình ………………………………………………………. 66
3.4 Thiết bị hỗ trợ thính khám ………………………………………………………………… 66
3.4.1 Nguyên lý hoạt động ……………………………………………………………… 66
3.4.2 Sơ đồ mạch điện tử ………………………………………………………………… 69
3.4.3 Cách thức sử dụng và kết quả ban đầu đạt được ……… 74
PHẦN 4: KẾT LUẬN …………………………………………………………………………………………………… 76
4.1 Những kết quả thu được ……………………………………………………………………… 76
4.1.1 Đối với âm thanh tim …………………………………………………………… 76
4.1.2 Đối với âm thanh phổi ………………………………………………………… 76
4.1.3 Thiết bị hỗ trợ thính khám ………………………………………………… 76
4.2 Hướng phát triển của đề tài ………………………………………………………………… 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………………………………… 78
PHỤ LỤC
Nội dung chương trình được viết bằng ngôn ngữ Matlab ……………………………… 82

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


8

PHẦN 1:

TỔNG QUAN

Hiện nay, việc kết hợp điện tử và tin học cho ống nghe y học thông
thường đang được nhiều nhóm thực hiện. Ví dụ như nhóm của Aaron Davis và
Braudon Ritcher của trường Đại Học Cornell đã thực hiện nha èm thể hiện nhịp
tim lên màn hình tivi, đếm số nhịp tim/phút và có thể phát ra báo động khi cần

thiết [1] hoặc như công trình nghiên cứu của Noal Williams Barroso, John
Noonai về ống nghe kỹ thuật số [2]. Mặc dù mỗi nhóm có một mục đích riêng
nhưng nhìn chung, xu hướng chính là dùng các thiết b ị điện tử hay máy vi tính để
xử lý, hình ảnh hóa các âm thanh thu được từ ống nghe y học bình thường.
Trên đây chỉ là một vài ví dụ về các nghiên cứu hiện nay ở một số trường
đại học trên thế giới. Thực tế thì ống nghe y học kỹ thuật số (hình 1.1)cũng như
các phần mềm xử lý đi kèm đã được một số hãng giới thiệu rộng rãi như
Littmann, Philips,… [3]. Các phần mềm đi kèm với ống nghe y học điện tử nha èm
mục đích xử lý, hiển thị, lưu trữ âm thanh đã được nghiên cứu và thương mại hóa
rất nhiều với giá bán rất cao [4]. Hình 1.2 là một ví dụ về giao diện của chương
trình DSSF3. Chúng ta có thể sử dụng các phần mềm này trong việc hướng dẫn
thực tập, giảng dạy cho các sinh viên chuyên ngành tim mạch là một thuận lợi
rất lớn. Tuy nhiên, việc nhân rộng ứng dụng này trên phạm vi cả nước đòi hỏi
một nguồn kinh phí rất lớn.
Đề tài này được thực hiện với mục tiêu xử lý ba èng vi tính âm thanh thu
được từ ống nghe thông thường để có được những tín hiệu âm của tim và phổi
một cách chính xác nhất. Từ đó tiến hành nghiên cứu và chế tạo thử ống nghe y
học điện tử (thiết bị hỗ trợ thính khám) với các chức năng lọc, khử nhiễu và tạp
âm, tăng cường âm thanh của tim hoặc phổi theo yêu cầu của người sử dụng.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


9

Hình 1.1: Một ống nghe y học điện tử kỹ thuật số. [5]

Hình 1.2: Giao diện của chương trình phân tích tín hiệu tim DSSF3 của

hãng Yoshimasa Electronics. [6]

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


10

Để thực hiện được các mục tiêu đã đề ra, những bước tiến hành sau đây
đã được thực hiện:
1. Thiết kế bộ phân thu âm
-Lựa chọn thiết bị thu âm (micro) có độ nhạy tốt và kích thước nhỏ gọn.
-Thực hiện việc nối kết micro vào ống nghe y học thông thường.
-Kết nối phần thu với máy vi tính.
2. Thiết kế phần mềm phân tích tín hiệu thu được
-Lập trình trên máy tính để xử lí tín hiệu thu được ba èng ngôn ngữ Matlab, thực
hiện các mục tiêu đã đề ra.
-Kiểm tra độ trung thực và sự chính xác của tín hiệu sau khi xử lí ba èng cách so
sánh với các âm thanh mẫu đã được công bố trên các website của các trung tâm
y khoa có uy tín trên thế giới.
-Xác định các thông số kỹ thuật cần thiết để thiết kế phần cứng của ống nghe
điện tử
3. Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mạch điện tử của ống nghe
-Tập hợp các thông số cần thiết (từ quá trình phân tích trên máy vi tính ) để làm
cơ sở thiết kế mạch điện tử.
-Thi công chế tạo thử nghiệm.
-Đánh giá kết quả đạt được.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


11

PHẦN 2:

CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TIM

2.1 Cấu tạo của tim và đặc điểm âm thanh tim
2.1.1 Cấu tạo của tim
Bình thường quả tim gồm 4 ngăn: tâm thất phải, tâm thất trái, tâm nhó
phải và tâm nhó trái. Hình 2.1 mô tả các bộ phận cấu tạo tim. Tâm nhó là các nơi
chứa máu từ cơ thể và phổi đổ về tim. Ngoài ra, tâm nhó còn có chức năng bơm
máu vào tâm thất mặc dù lực bơm của tâm nhó không mạnh ba èng tâm thất. Lực
bơm của các tâm thất mạnh hơn vì nó phải bơm máu đi đến phổi và kha ép cơ thể.
Trong số hai tâm thất, tâm thất phải không mạnh ba èng tâm thất trái vì tâm thất
phải chỉ bơm máu tới phổi để thực hiện vòng tuần hoàn phổi trong khi tâm thất
trái phải đẩy máu đi khắp cơ thể với sức cản lớn hơn nhiều. Như vậy, mặc dù
lượng máu chảy qua tim đối với bên phải và bên trái giống nhau nhưng lực bơm
lại hoàn toàn khác nhau.
Thành tim gồm 3 lớp: lớp ngoài cùng gọi là thượng tâm mạc (epicardium ),
lớp giữa là cơ tim (myocardium), và lớp trong gọi là nội tâm mạc (endocardium ).
Lớp cơ tim mới thật sự làm tim co lại. Bề dày của lớp này thay đổi tùy theo áp
lực cần thiết để đẩy máu đi đối với từng ngăn của tim. Vì vậy, lớp cơ tim của
tâm thất trái dày hơn so với tâm thất phải. Lớp nội tâm mạc na èm ở phía trong
tim. Nó bao phủ lên các van và các cơ nhỏ và chordae tendinae.
Quả tim được treo trong một túi cơ gọi là màng ngoài tim (túi ngoại tâm
mạc). Màng ngoài tim bao sợi được liên kết chắc chắn với cơ hoành nằm dưới

nó, với màng ngực ở mỗi bên và với xương ngực ở phía trước. Quả tim được bao
phủ bởi màng ngoài tim lá tạng (hay thượng tâm mạc ). Nằm giữa tim và thượng
tâm mạc là khoang màng ngoài tim và chứa đầy dịch màng ngoài tim. Lớp
thượng tâm mạc có thể bị tổn thương khi thực hiện phẫu thuật. Tình trạng này
Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


12

gọi là pericarditis. Điều này có thể làm tăng lượng d ịch chứa trong túi màng
ngoài tim. Nếu nó tích tụ quá nhanh và nhiều thì tim có thể b ị ép bởi dịch này và
gây ra hiện tượng cardiac tamponade. Quả tim không thể chứa nhiều máu và vì
vậy nó cũng không thể bơm nhiều máu. Khi đó, lượng d ịch này cần phải được
rút bớt đi.

Hình 2.1: Cấu tạo của tim [7]

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


13

Tên gọi một số thành phần của tim:

1 –Tónh mạch chủ trên

11 – Tónh mạch cánh tay đầu

2 – Động mạch chủ phổi phải

12 – Động mạch dưới đòn trái

3 – Tónh mạch chủ phổi phải

13 – Động mạch chủ

4 – Động mạch phổi

14 – Tónh mạch chủ phổi trái

5 – Van động mạch phổi

15 – Tónh mạch phổi trái

6 – Tâm nhó phải

16 – Tâm nhó trái

7 – Van ba lá

17 – Van hai lá

8 – Tâm thất phải

18 – Van động mạch chủ

9 – Tónh mạch chủ dưới

19 – Tâm thất trái

10 – Động mạch cảnh chung trái

2.1.2 Quá trình hoạt động của tim
Chúng ta hãy đi sâu tìm hiểu quá trình hoạt động của tim. Đầu tiên, máu
từ cơ thể chảy vào tâm nhó phải. Máu này là máu đen vì nó là máu sau khi chảy
qua các cơ quan và các tế bào trong cơ thể và bị các tế bào này sử dụng hết ôxi
trong máu. Tiếp theo, máu này được bơm từ tâm nhó phải xuống tâm thất phải,
rồi được bơm đến phổi thông qua các động mạch phổi. Tại đây, khí cacbonic
trong máu được thải ra và máu lại được cấp đầy đủ ôxi. Máu đỏ lại được bơm trở
về tim chứa ở tâm nhó trái; tiếp đó chuyển xuống tâm thất trái và được đẩy đi
khắp cơ thể thông qua các động mạch chủ của cơ thể. Hình 2.2 và 2.3 lần lượt
mô tả quá trình tâm nhó co và tâm thất co lại.
Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


14

Quả tim có 3 mạch máu chính để dẫn máu tới và rời khỏi tim. Tónh mạch
chủ trên (SVC) và tónh mạch chủ dưới (IVC) là hai tónh mạch lớn nhất nối với
tâm nhó phải. SVC dẫn máu đen từ đầu và phần trên của cơ thể chảy về tim và
tónh mạch chủ dưới dẫn máu từ phần dưới của cơ thể chảy về tâm nhó phải. Động
mạch chủ là động mạch chính để dẫn máu ra khỏi tim. Tâm thất trái dẫn tất cả
máu đỏ (từ phổi đổ về ) đi khắp cơ thể thông qua động mạch chủ của cơ thể.

Hình 2.2: Sự co tâm nhó [7]

Hình 2.3: Sự co tâm thất [7]

Khi máu chảy qua các ngăn của tim, các van tim đóng mở nh ịp nhàng.
Đối với tim bình thường, các van tim đảm bảo cho máu chảy theo một chiều nhất
định. Khi van tim bị khuyết tật, máu có thể chảy ngược lại qua các van này và
hiện tượng này gọi là chứng hở van. Tim gồm 4 van. Van ba lá ngăn cách tâm
nhó phải với tâm thất phải trong khi van hai lá ngăn cách tâm nhó trái và tâm thất
trái. Các van này gọi chung là van tâm nhó thất (AV). Van động mạch phổi ngăn
cách tâm thất phải với động mạch phổi. Van động mạch chủ ngăn cách tâm thất
trái với động mạch chủ. Tiếng “lub-dub” của tim là do sự đóng của các van này
gây ra.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


15

Sự co bóp của tim tương đối phức tạp. Tim đập theo nh ịp với tâm thất trái
co bóp lại trước so với tâm thất phải. Tuy nhiên, chúng gần nhau tới mức ta khó
có thể phân biệt được và khiến ta lầm tưởng ch ỉ là một.
Thể tích máu đẩy đi khỏi tim gọi là lưu lượng máu. Nó thường được tính
bằng cách nhân thể tích máu của một lần tim đập với số nh ịp đập trong một
phút. Tính trung bình, mỗi chu kỳ tim, tim đẩy đi một lượng máu khoảng 70 ml.
Nếu lấy nhịp tim người bình thường là 72 nhịp/phút thì tim vận chuyển được 5 l
máu/phút; tức là 7200 l máu/ngày hay là 2628000l mỗi năm.
Huyết áp chỉ độ lớn của lực tim khi tim hoạt động. Huyết áp cao nhất khi

tâm thất co và huyết áp cực tiểu khi tâm thất giãn. Khi huyết áp của một người
quá thấp, người ta gọi người này bị huyết áp giảm; ngược lại gọi là triệu chứng
cao huyết áp.

2.1.3 Đặc điểm của âm thanh tim
Phần này ta sẽ tìm hiểu những âm thanh cơ bản của tim: S1 và S2. Âm S1
xảy ra trước S2 và chúng thường được gọi là âm “lub-dub”. Những âm thanh này
là do sự rung động của cơ tâm thất trái, khung tim, các van và các mạch máu
chính, và do máu chảy qua các phần đàn hồi. Thông thường ta có thể xem S1 và
S2 lần lượt là so dự đóng lại của các van hai lá và ba lá; của các van động mạch
chủ và động mạch phổi.
Chúng ta sẽ bắt đầu bằng quá trình tâm trương, tức là khi máu chảy vào
tâm nhó phải và trái thông qua các van tâm nhó thất đang mở. Kết thúc quá trình
này, các tâm nhó bắt đầu co lại, đẩy máu xuống tâm thất và làm tăng áp suất
trong tâm thất. Điều này sẽ làm cho van hai lá và van ba lá đóng lại, tạo nên âm
thanh S1.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


16

Trong quá trình tâm thu, các tâm thất co lại gây ra một áp suất lớn hơn áp
suất trong các động mạch chủ và động mạch phổi và đồng thời làm cho các van
này mở ra. Cuối quá trình tâm thu, áp suất trong tâm thất ba ét đầu giảm xuống.
Áp suất của tâm thất lúc này nhỏ hơn áp suất của các động mạch chủ và động
mạch phổi khiến cho các van động mạch chủ và động mạch phổi đóng lại, tạo
thành âm S2. Khi khảo sát chi tiết, chúng ta phải đề cập tới hiện tưỡng tách âm

(split) của âm thanh tim. Đối với âm S2, van động mạch chủ A2 đóng lại sớm
hơn một chút so với van động mạch phổi P2. Vì vậy, âm thanh của tim cơ bản sẽ
có dạng “lub-dub/dub” với dub do A2 lớn hơn dub do P2 gây ra một chút. Âm S1
cũng có hiện tượng này do âm của van hai lá lớn hơn và xảy ra trước âm do van
ba lá. Như vậy, âm của phía trái tim sẽ lớn hơn ở nửa phía phải do áp suất phần
trái cao hơn áp suất của các ngăn phần phải. Thực tế thì âm do van hai lá lớn
hơn rất nhiều so với âm của van ba lá nên ta rất khó phân biệt hiện tượng tách
âm của S1.
Khi chẩn đoán bệnh, người bác só lắng nghe âm thanh tim và tập trung
vào các yếu tố sau: tần số, cường độ, độ dài của S1 và S2, số lượng nh ịp và
“chất lượng” của các âm này. Vì vậy, để có thể xây dựng một chương trình xử
lý tín hiệu tim thu được rồi từ đó có thể rút ra các thông số hữu ích, chúng ta cần
tìm hiểu các đặc điểm này đối với các trường hợp bình thường và không bình
thường của tim.
Đầu tiên, ta sẽ xét các đặc điểm của tim bình thường:
Hình 2.4 gồm âm thanh của tim ở phía trên và phổ tần tương ứng (được vẽ
theo trục thời gian). Khi nghe âm thanh tim của bệnh nhân, bác sỹ dễ dàng phân
biệt được S1 và S2 bởi vì quá trình tâm trương kéo dài khoảng gấp đôi so với
tâm thu nên khoảng lặng giữa S2 và S1 sẽ lâu hơn giữa S1 và S2. Tuy nhiên, tim

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


17

đập nhanh sẽ rút ngắn quá trình tâm trương và do đó ta sẽ khó phân biệt được
đâu là S1 và đâu là S2.

Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn âm tim bình thường và phổ tần tương ứng [8]

Từ hình trên, ta nhận thấy rằng, đối với S1 và S2, phổ tần của chúng chủ
yếu tập trung trong khoảng 200Hz. Điều này là tổng quát đối với âm thanh tim
bình thường và cả không bình thường. Đây là một đặc điểm rất quan trọng khi ta
muốn xây dựng các bộ lọc sau này. Hình 2.4 cũng cho ta thấy hiện tượng tách
âm đối với S1 nhưng không rõ (so với sự tách của âm S2).
Hình 2.5 cho ta thấy hiện tượng tách âm của S2 (xảy ra khi các tâm thất
phải và trái co lại vào hai thời điểm gần nhau ) một cách rõ ràng. Như vậy, điều
này là bình thường nhưng đôi khi nó cũng nói lên một sự bất thường nào đó như
một trong các tâm thất to hơn bên kia chẳng hạn.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


18

Hình 2.5: Sự tách âm tâm thất S2 [8]

Ngay sau S2 (do van bán nguyệt đóng lại gây ra), van tâm nhó thất mở ra
và quá trình tâm trương bắt đầu. Ngay bản thân quá trình tâm trương cũng có thể
chia thành nhiều giai đoạn: Đầu tiên là quá trình đưa máu nhanh chóng vào tâm
thất. Khi đó, khoảng 80% máu ở tâm nhó sẽ được đẩy vào tâm thất. Cuối giai
đoạn này, tức là khoảng 140-160 ms sau S2, một âm thanh gọi là S3 có thể được
nghe thấy nếu như lượng máu chuyển vào tâm thất nhiều một cách bất thường.
Ta có thể xem như S3 là do tâm thất bị buộc phải giãn ra thêm so với trạng thái
bình thường của nó. Âm S3 được nghe rõ nhất khi ta đặt ống nghe ở vùng đ ỉnh.
Sự xuất hiện âm S3 là bình thường đối với trẻ em và thanh niên nhưng lại là

bệnh lý đối với những người trên 40 tuổi. Hình 2.6 là một ví dụ điển hình của âm
S3.
Ngoài ra còn có âm thanh tim gọi là S4. Cuối quá trình tâm trương thì tâm
nhó lại co lại nhằm để đẩy 20% lượng máu cuối cùng ở tâm nhó vào tâm thất.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


19

Nếu tâm thất đã đầy và non-compliant, như khi bị bệnh ventricular hypertrophy
do hậu quả của chứng cao huyết áp lâu ngày, thì áp suất do tâm nhó co lại sẽ tạo
nên âm S4. Hình 2.7 là một ví dụ cho ta thấy rõ âm S4 của tim.

Hình 2.6: m thanh S3 và phổ tần của nó [8]

Hình 2.7: Âm thanh S4 và phổ tần tương ứng trong thời gian thực [8]

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


20

Bên cạnh những âm S1, S2, S3, S4 của tim còn có tiếng thổi (murmur).
Đó là những tiếng động sinh ra do máu chảy hỗn loạn trong tim hay các mạch
máu. Dòng máu hỗn loạn gây ra do các van b ị tổn hại, khuyết tật, vách ngăn

động mạch bị hẹp lại hay là do hiện tượng thông động mạch-tónh mạch. Các
tiếng thổi này có thể được nghe ở những người bình thường, đặc biệt là ở những
người có tăng hoạt động tuần hoàn và thường thấy ở trẻ em. Đây là những tiếng
thổi vô hại. Người ta phân biệt tiếng thổi ra làm hai loại: tiếng thổi tâm thu và
tiếng thổi tâm trương (tùy theo thời điểm ta nghe thấy trong thời kỳ tâm thu hoặc
thời kỳ tâm trương), và tiếng thổi liên tục được nghe thấy trong suốt các thời kỳ
hoạt động của tim.
Một điều chúng ta cần lưu ý là âm thanh tim sẽ khác nhau nếu ta đặt ống
nghe ở những vùng khác nhau của tim. Các hình 2.8 và 2.9 sẽ cho ta thấy sự
khác nhau này:

Hình 2.8: Âm thanh tim ở vùng động mạch chủ. [9]

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


21

Đặc điểm: Âm S1 hơi bị tách ra và nhỏ hơn S2. S2 là một âm duy nhất,
không có âm nào khác ở quá trình tâm thu hoặc tâm trương.

Hình 2.9: Âm thanh tim được nghe ở vùng phổi. [10]

Đặc điểm: Từ hình 2.9, ta thấy rằng âm S1 được theo sau bởi một tiếng
thổi ngắn tiền tâm thu, có dạng hình kim cương. S2 có dạng đơn nhất mặc dù
trong một số chu kỳ tim nào đó, ta có thể nhận thấy sự tách âm S2 nhưng không
rõ rệt. Không có âm nào khác được nghe trong thời kỳ tâm trương.

2.2 Cấu tạo và đặc điểm âm thanh phổi
2.2.1 Cấu tạo và hoạt động của phổi
Để có thể thiết kế chương trình vi tính cũng như thiết kế và chế tạo thiết
bị điện tử thực hiện yêu cầu đề ra, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm đôi nét về cấu tạo
của phổi và âm thanh do phổi phát ra.

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


22

Đường hô hấp bao gồm mũi, hốc mũi, hầu, thanh quản, khí quản, phế
quản và các phế nang. Hình 2.10 cho ta hình ảnh và tên gọi các thành phần của
phổi. Trong khoang ngực, hai phổi được ngăn cách bởi trung thất. Phổi phải có 3
thùy và phổi trái chỉ có 2. Mỗi thùy lại chia thêm nữa thành những phân thùy
phế quản phổi và rồi thành những tiểu thùy. Hai phổi được bao phủ bởi màng
phổi lá tạng và khoang ngực bởi lá thành. Giữa các khoang này là khoang màng
phổi.

Hình 2.10: Cấu trúc của phổi gồm có khí quản (trachea, windpipe), phế
quản (bronchi), tiểu phế quản (bronchiole), và các phế nang (alveoli) [11].

Khí quản có nhiệm vụ đưa không khí từ thanh quản đến hai phế quản.
Lớp lót niêm mạc và có mao chuyển của khí quản giữ lại và loại đi các hạt bụi li
ti trước khi chúng vào phổi.
Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só

23

Hai phế quản này chia thành các phế quản ngày càng nhỏ hơn, và rồi
thành các tiểu phế quản nhỏ hơn, tạo thành “cây hô hấp”. Xung quanh những
nhánh nhỏ nhất (tiểu phế quản hô hấp ) là những túi khí nhỏ gọi là phế nang. Các
phế nang là những đơn vị chức năng của phổi. Sự trao đổi ôxi và khí cacbonic
xảy ra xuyên qua thành các phế nang và các thành của các mao quản phổi.
Thành của phế nang đủ mỏng để cho phép khí đi qua nhưng đủ dày để tồn tại
như là các túi khí nhỏ. Xu hướng xẹp lại của thành phế nang được bù đắp bởi
hoạt động của chất diện hoạt trên lớp lót bên trong của chúng.

2.2.2 Đặc điểm âm thanh phổi
Âm thanh phổi có đặc điểm là chúng khác nhau tùy thuộc vào v ị trí thu
âm và khác nhau ngay cả những lần hô hấp [12]. Nếu cho rằng âm thanh phổi là
do sự thông khí gây ra thì vẫn chưa thật sự thỏa đáng. Có lẽ là phải có nhiều cơ
chế khác nhau cùng tham gia để tạo ra âm thanh phổi [13]. Bản thân phổi không
thể tạo ra âm thanh. Âm thanh phổi có thể được sinh ra do sự rối loạn dòng
không khí ở phế quản thùy hoặc phế quản phân đoạn. Ở các tiểu phế quản, vận
tốc dòng khí bị giảm xuống và dưới mức để tạo ra sự rối loạn dòng khí. Vì vậy,
dòng khí ở những đường dẫn nhỏ của phổi xem như là tónh lặng.
Âm thanh tổng hợp của phổi, xuất phát từ những ống dẫn khí lớn, có phổ
tần tương đối rộng. Âm thanh này được truyền qua da sau khi nó b ị lọc bởi phổi
và thành ngực giống như là được lọc bởi một bộ lọc thông thấp. Chính vì vậy mà
âm thanh phổi bình thường (thu nhận trực tiếp trên phổi ) có dải tần chỉ tới 200
hoặc 250 Hz. Khi thu trực tiếp trên khí quản, âm thanh hầu như không b ị lọc và
vì thế phổ của nó có những âm thanh có tần số lên tới 1200 H z. Như trong phần
âm thanh tim đã đề cập, ta thấy rằng dải tần này cũng chứa các thành phần âm
của các cơ của bộ phận hô hấp và của tim phát ra. Tất cả các dạng âm phổi đều

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


24

phụ thuộc vào sự rối loạn của luồng khí gây ra. Dạng sóng tổng hợp của âm
thanh phổi rất phức tạp (nó chứa rất nhiều tần số). Hình 2.11 cho ta thấy dạng
của âm phổi của người bình thường và phổ Fourier tương ứng. Quá trình hít vào
kéo dài khoảng gấp 2 lần so với quá trình thở ra nhưng âm thanh khi thở ra lại
rất nhỏ so với khi hít vào.

Hình 2.11: Dạng âm thanh của phổi và phổ tần của nó [14]

Cho đến nay, dải tần số về âm thanh phổi bình thường vẫn còn có nhiều ý
kiến không thống nhất [15, 16]. Sự khác biệt này chủ yếu là do họ sử dụng các
cách biểu diễn dữ liệu khác nhau: khi biểu diễn theo t ỉ lệ tuyến tính thì kết quả
chỉ phản ánh chủ yếu cho các thành phần có biên độ lớn mà bỏ qua các tín hiệu
yếu hơn. Tuy nhiên, người ta chấp nhận ra èng âm thanh của phổi có các thành
phần tần số chủ yếu nằm trong khoảng từ 60 cho đến 1200 H z [17]. Mặt khác, vì
Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só


25

có âm do các cơ cử động phát ra và âm thanh của tim cho nên khi nghiên cứu âm

thanh phổi, người ta bỏ qua các thành phần tần số nhỏ hơn 60 H z (bằng cách
dùng một bộ lọc thông cao). Tuy nhiên, để có thể nghe được các âm bất thường
của phổi như crackles, wheezes,… thì giới hạn trên của bộ lọc cần phải lớn hơn
1200 Hz. Điều này giải thích nguyên nhân mà trong phần xử lý âm thanh phổi,
ta dùng bộ lọc thông dải có tần số cắt giới hạn dưới là 60 Hz và giới hạn trên là
1500Hz.
Âm thanh khi hô hấp xảy ra không đồng nhất ở những v ị trí khác nhau của
phổi. Ở vị trí đỉnh, âm thanh sẽ nhỏ trong khi hít vào đối với thể tích khí cặn.
Trong khi đó, ở vùng đáy, âm thanh sẽ nhỏ khi ba ét đầu hít vào, rồi từ từ tăng dần
cường độ và đạt tới giá trị cực đại khi phổi đạt được khoảng 50% dung tích sống
[18].
Theo công trình nghiên cứu của Alice Jones và các đồng nghiệp [19],
cường độ âm ở cả phổi trái và phải khi ở tư thế ngồi lớn hơn khi ở cùng v ị trí
trong tư thế nằm nghiêng về phía không thu tín hiệu. Ngoài ra, nhóm tác giả này
còn nhận thấy rằng không có sự khác biệt về cường độ âm khi ngồi cũng như khi
nằm nghiêng về phía thu tín hiệu khi ống nghe được đặt ở cùng một vị trí. Điều
này có lẽ là do quá trình thông khí xảy ra tốt hơn khi ở tư thế ngồi và tư thế na èm
nghiêng về phía cần nghiên cứu.
Âm thanh hô hấp sẽ bất thường trong một số điều kiện bệnh lí về đường
thông khí hoặc phổi. Các vật cản ở phế quản (như trường hợp b ị hen suyễn) sẽ
làm tăng cường độ của các âm có tần số cao; còn khi phế quản rộng hơn bình
thường thì năng lượng âm sẽ tập trung ở vùng tần số thấp. Các âm thanh hô hấp
bất thường này được gọi chung là các âm phế quản. Chúng có những thành phần
tần số lên đến 600-1100 Hz khi được thu ở vùng sau thành ngực [20]. Một số âm
thanh bất thường của phổi thường được nha éc đến là:

Nguyễn Lâm Duy

Luận Văn Thạc Só