Luận văn
Đề tài: Monitor theo dõi
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 lực, sau đó dùng
bóng hơi để bơm hơi vào túi đến một giá trị nhất đinh. Cho giảm dần áp suất
trong túi một cách đều đặn, tới khi nào có máu chảy trong động mạch thì đó là
giá trị áp suất tâm thu, tiếp tục giảm dần áp suất trong túi đến khi máu chảy bình
thường thì giá trị đó là áp suất tâm trương. Nhưng vấn đề xác định ngưỡng của
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 định tai thời điẻm áp lực của túi khí
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
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
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
Copyright: Tài liệu đại học ©