MỤC LỤC
Chương 1 : Khảo sát hệ thống monitor tại giường bệnh trong y tế
1.1. Giới thiệu về hệ thống giám sát bệnh nhân
Trong y tế, monitor là một thiết bị dùng để giám sát một căn bệnh, một tình trang
hoặc một vài thông số y tế của bệnh nhân theo thời gian thực.
1
Hình 1.1:Thiết bị monitor
Hệ thống giám sát bệnh nhân (PMS) là một hệ thống theo dõi rất quan trọng, nó được
sử dụng cho giám sát tín hiệu sinh lý bao gồm điện tâm đồ (ECG), hô hấp, huyết áp xâm
lấn và huyết áp không xâm lấn, độ bão hòa oxy trong máu (SpO2 ), nhiệt độ cơ thể và
nồng độ các khí gây mê,… Trong PMS, nhiều cảm biến và các điện cực được sử dụng
cho việc nhận tín hiệu sinh lý như là điện cực ECG, cảm biến ngón tay SpO2, băng quấn
đo huyết áp và que dò nhiệt độ để đo các tín hiệu sinh lý.
Việc giám sát của monitor y tế được thực hiện bằng cách đo đạc liên tục các thông số
nhất định thông qua một màn hình y tế, ví dụ như đo liên tục một tín hiệu sự sống bằng
màn hình theo dõi tại giường bệnh nhân hay việc thực thiện lặp đi lặp lại các xét nghiệm
y tế, chẳng hạn như theo dõi lượng đường huyết với máy đo lượng đường ở những người
mắc bệnh đái tháo đường.
Trong khi điều trị, theo dõi liên tục các dấu hiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân là
điều hết sức cần thiết. Vì vậy PMS luôn có vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực thiết
bị y tế. Các cải tiến liên tục về công nghệ không chỉ giúp chúng ta truyền tải những tín
hiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân tới các nhân viên y tế mà còn đơn giản hóa việc đo
lường, từ đó làm tăng hiệu quả giám sát bệnh nhân.
Trong những năm gần đây, những cải tiến công nghệ liên quan đến đo lường và thông
tin truyền thông đã dẫn đến việc theo dõi bệnh nhân có hiệu suất toàn diện hơn và chất
lượng ổn định.
Trong quá khứ, các sản phẩm của các nhà sản xuất thiết bị y tế chỉ đo được một thông
số duy nhất. Tuy nhiên hiện nay, công nghệ theo dõi bệnh nhân đa thông số mới được sử
dụng phổ biến. Ngày nay trong công nghiệp, hệ thống giám sát bệnh nhân gồm 2 loại:hệ
thống monitor đơn thông số và hệ thống monitor đa thông số.
1.2. Giới thiệu về hệ thống monitor đơn thông số tại giường bệnh

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 tương 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).
Trong đó:
ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ
4
RESP: Respiration – hô hấp
SpO2: Nồng độ Oxi trong máu
BP: Blood Pressure – huyết áp
TEMP: Temperature – nhiệt độ
NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp
Khối đầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, SpO2/BP/TEMP, NIBP.
1.4. Chức năng của monitor đa thông số
1.4.1. Hiển thị tín hiệu điện tim
• Quá trình hình thành tín hiệu điện tim
Điện tim ECG (Electrocadiography) là các hoạt động điện của tim được tạo ra bởi
quá trình co bóp của cơ tim. Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ
thống thần kinh tự kích của tim. Đầu tiên xung động đi từ nút xoang tỏa ra cơ nhĩ làm cho
tâm nhĩ khử cực, tâm nhĩ co làm đẩy máu xuống tâm thất, tiếp đó nút nhĩ thất AV tiếp
nhận xung động rồi truyền qua bó His xuống tâm thất làm tâm thất khử cực, lúc này tâm
thất đầy máu co mạnh sẽ đẩy máu ra ngoại biên. Hiện tượng tâm nhĩ và thất khử cực lần
lượt trước sau như vậy chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thống
tuần hoàn. Vì thế điện tim đồ gồm hai phần, phần nhĩ đồ đi trước ghi lại hoạt động điện
của tâm nhĩ và thất đồ đi sau ghi lại hoạt động điện của tâm thất.
Với qui ước đặt điện cực dương bên trái quả tim và điện cực âm bên phải quả tim
ta thu được các dạng sóng điện tim.

không thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đường
thắng, đoạn S-T sau đó là đến một thời kỳ tái cực nhanh và xuất hiện sóng T.
Tái cực tiến hành từ vùng điện dương đến vùng điện âm và có vectơ tái cực
hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái làm phát sinh một làn sóng
dương thấp. Sóng T thường có dạng không đối xứng, sườn lên thoai thoải và
sườn xuống dốc đứng hơn. Người ta không đo khoảng thời gian của sóng T vì
nó thay đổi theo từng người và điểm bắt đầu của sườn lên là không rõ ràng.
Ngay sau khi sóng T kết thúc, ta còn có thể thấy một sóng chậm nhỏ gọi là
sóng U. Sóng U là giai đoạn muộn của quá trình tái cực. Sóng T thường có độ
rộng khoảng 0,2s và sóng u có độ rộng khoảng 0,08s.
• Sơ đồ khối quá trình xử lí tín hiệu điện tim
Thực hiện đo một kênh tín hiệu ECG và đường sóng hô hấp (RESP) hình (3.2).
Các mạch trở kháng cao và các bộ hãm khí bảo vệ các bộ khuếch đại đầu vào khỏi sốc
tim và các tín hiệu nhiễu tần sô cao từ các điện cực gắn trên người bệnh nhân. Các mạch
đầu vào của khối này được cách ly với các mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy
biến thế. Khối này nhận một kênh tín hiệu ECG từ các đạo trình 3 điện cực hoặc 5 điện
cực. Phụ thuộc vào cài đặt phần mềm mà bộ chọn đạo trình ở khối này chọn đạo trình
7
phù hợp từ 3 đến 5 điện cực đặt trên người bệnh nhân. Mạch xử lý đường sóng hô hấp có
khả năng đo trở kháng của các tín hiệu đầu vào. Sự thay đổi trở kháng của các tín hiệu
đầu vào gây ra sự thay đổi điện áp của tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện áp này
máy tính ra số nhịp thở của bệnh nhân.
Bảng1.3 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP
• Đặc điểm của tính hiệu điện tim đầu ra
Tín hiệu điện tim là tín hiệu sinh học lấy từ cơ thể người thông qua các điện cực, do
vậy nó có một số đặc điểm sau:
- Biên độ của tín hiệu điện tim tương đối nhỏ, khoảng lmV.
- Tần số nằm trong khoảng từ: 0.1Hz đến 250Hz.
- Dễ bị can nhiễu, nguồn nhiễu này sinh ra do một số nguyên nhân cơ bản như:
Nhiễu 50Hz (nhiễu của nguồn điện áp xoay chiều cung cấp cho thiết bị), nhiễu

3.4) bộ kích thích điều khiển hoạt động của đầu đo huyết áp. Những tín hiệu đầu vào từ
9
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.
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của khối SpO2
10
Hình 1.6 . Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP
Dạng sóng Pleth được tạo ra từ tín hiệu thu được của cảm biến đo SpO2 nhưng
dạng sóng Pleth không phải là sự dao động của giá trị SpO2. Giá trị SpO2 thường được
thể hiện bằng dạng số trên các monitor theo dõi bệnh nhân.
Pleth được viết tắt từ Plethysmography có nghĩa là biểu đồ đo thể tích. Nó thể hiện
sự thay đổi thể tích trong một cơ quan hay trong toàn bộ cơ thể (thường là thể tích máu
hoặc khí). Các cảm biến SpO2 dựa trên hiện tượng hấp thụ ánh sáng để tính toán lượng
máu lưu thông trong phần mô giữa đầu phát và đầu thu ánh sáng, do đó đồ thị tạo ra cũng
được gọi là Plethysmography hay cụ thể hơn là Photopethysmography (PPG).
11
Hình1.7: dạng sóng Pleth
Mỗi chu kỳ trên dạng sóng này ứng với một nhịp đập của tim. Đường đi lên ứng
với quá trình tâm thu, máu từ động mạch chủ được bơm đến ngón tay. Đường đi xuống
ứng với quá trình tâm trương. Trên đường đi xuống có một gai nhỏ, gai này được tạo ra
do máu từ động mạch chủ khi được bơm đến các phần dưới cơ thể tạo sẽ áp lực lên trên
và truyền đến ngón tay. Độ cao của sóng cho biết dung lượng máu lưu thông trong động
mạch, chiều dài bước sóng cho biết nhịp tim. Các dạng sóng Pleth không bình thường sẽ
cho bác sỹ một số thông tin về tình trạng của bệnh nhân.
Một số monitor không vẽ sóng Pleth mà biểu diễn sự thay đổi thể tích máu lưu

an toàn để kiểm tra trạng thái của van an toàn. Van an toàn được thiết kế sao cho nó tự
động làm giảm bớt áp suất của Cuff khi áp suất này vượt quá 300mmHg. Van này giúp
bảo vệ bệnh nhân trong trường hợp mạch an toàn không dừng tăng áp suất của cuff khi áp
suất đã đạt đến 300mmHg.
13
Hình1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP
Để theo dõi huyết áp liên tục và vẽ đồ thị, các bác sĩ phải sử dụng phương pháp đo
huyết áp xâm lấn (Invasive Blood Pressure hay IBP). Người ta có thể đo IBP tại nhiều vị
trí trên cơ thể nhưng thông thường nhất là đo ở động mạch quay, đùi,…Dạng sóng huyết
áp có hình dạng gần giống với hình dạng sóng Pleth do cả hai đều liên quan đến mức độ
bơm máu đến động mạch.
Hình1.9: dạng sóng huyết áp
1.4.4. Hiển thị nhịp thở
• Tổng quan về hệ hô hấp của người
14
Phổi thực hiện chức năng thông khí vào trao đổi O2, CO2 với máu. về mặt trao đổi
khí, máu sẽ nhận O2 từ không khí hít vào và thải CO2 ra ngoài theo đường thở ra. về mặt
thông khí, khi phổi co lại sẽ tạo nên một áp lực âm so với áp lực khí quyển và không khí
sẽ đi vào qua đường dẫn khí (mồm, mũi- khí quản, phế quản-phổi). Đây là quá trình hít
vào của con người. Khi phổi dãn ra, lượng khí trong phổi bị đẩy ra ngoài do áp lực phổi
cao hon áp lực khí quyển. Đây là quá trình thở ra của con nguời. Hoạt động của hệ hô hấp
đuợc theo dõi qua các thông số khí có trong khí thở của con nguời như C02, lượng 02
tiêu thụ cũng như sự co bóp của phổi và số lần hít vào, thở ra (nhịp thở).
• Sơ đồ khối
Các điện cực được đặt ở trước ngực bệnh nhân (tùy theo vị trí của điện cực thì ta
có ÀZ) để đo tín hiệu thở, bộ tạo dao động sẽ tạo ra tín hiệu dòng điện xoay chiều có tần
số từ 20KHz đến 100KHz, cường độ từ 25pA đến 500pA tác động vào điện cực mục đích
để thu được giá trị điện áp để đưa vào bộ khuếch đại. Tín hiệu ra của bộ khuếch đại sẽ
được lọc, xử lý và tính toán bởi bộ vi xử lý. Trên màn hình sẽ hiển thị dạng tín hiệu thở
và nhịp thở/phút, tất cả quá trình này đuợc thể hiện ở hình 1.12.

Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các khối đo, ta cần tìm hiểu lý thuyết về
phương pháp đo các thông số. Nội dung về các phương pháp đo được trình bày dưới đây.
1.5. Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh
1.5.1. Phương pháp đo nhịp tim
Nhịp tim được xác định là số lần tim đập trong một phút. Việc theo dõi nhịp tim là
để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm. nhịp tim lấy được từ sự khuếch đại xung
ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng thời gian tức thì giữa 2 đỉnh R liền
nhau. Dải đo từ 0-300 nhịp/phút. Các điện cực ECG ngực hay chi được sử dụng là các
cảm biến. Đo nhịp tim gồm có phép đo trung bình, phép đo tức thì.
Phép đo trung bình:
Dựa trên cơ sở chuyển đổi mỗi đỉnh sóng R của ECG thành một xung có
biên độ và thời gian cố định và sau đó xác định dòng trung bình từ những xung đó.
Chúng kết hợp mạch được thiết kế một cách đặc biệt để chuyển đổi tần số sang điện
áp để hiển thị nhịp tim trung bình theo đơn vị nhịp/ phút. Mạch trung bình thông
thường được sử dụng để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị hịp tim trung bình
là mạch “bơm điot”:
17
Hình1.12: Mạch bơm Diot
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:
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

khác có độ lớn V lại một lần nữa nạp một điện tích q, sau đó lại được bơm qua đồng hồ
đo khi xung đầu vào quay lại bằng 0.
Nếu
dòng trung bình i
tb
chạy qua một điện trở R
2
(điện trở đồng hồ đo chỉ thị),
thì điện áp của tụ là: e = C.V.f.R
2
18
Mối liên hệ này là đúng chỉ 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 khối của một dụng cụ đo nhịp tim trung bình đọc trực tiếp được mô tả trong
hình 1.8. 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 lấy 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 1.13: Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình
Phép đo tức thì:
Nhịp tim tức thì giúp cho viếc phát hiện ra sự rối loạn nhịp và cho phép theo dõi
kịp thời các trường hợp tim mạch khẩn cấp khi chúng mới chớm xuất hiện. Hình 3.9 cho
thấy nguyên lý của một dạng dụng cụ đo nhịp tim tức thì. Nó cung cấp đầu ra ổn định
giữa các xung, biểu diễn tần số tức thì giữa hai xung trước. Điện áp đầu ra giữa R2 và
R3 tỉ lệ với tần số xung của R1 và R2 tức là tỉ lệ với 1/T1.

như một phương trình nghích đảo giới hạn nhịp tim trên với các giới hạn nhịp tim cao
thấp hơn thi chu kì ức chế dài hơn.
Hình 1. 15: Sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh
1.5.2. Phương pháp đo nhịp mạch
Nhịp mạch được xác định là số lần máu được đẩy vào trong động mạch. Theo dõi
thông số nhịp mạch là để biết xem tim có đẩy được máu đi lên động mạch hay không. Để
đo nhịp mạch người ta sử dụng một transducer điện quang thích hợp để đặt lên ngón tay
hay dái tai. Tín hiệu từ tế bào quang học được khuếch đại và được lọc và khoảng thời
gian được đo giữa hai xung liên tục. Dải đo từ 0-250bpm.
Theo dõi xung ngoại vi có ích hơn và độc lập hơn so với việc tính nhịp tim từ
đường điện tim trong trường hợp tắc tim bởi vì nó có thể ngay lập tức chỉ ra sự ngừng lưu
thông máu trong các chi. Thêm vào đó các Transducer điện quang rất dễ dùng so với ba
21
điện cực điện tim. Biên độ của tín hiệu thu được bằng phương pháp này cũng đủ lớn để
so sánh với tín hiệu điện tim và do đó nó cho ra tỉ lệ tín hiệu – nhiễu tốt hơn. Tuy nhiên,
kĩ thuật này chịu ảnh hưởng khá lớn của các tác nhân nhiễu do chuyển động.
1.5.3. Phương pháp đo huyết áp
Huyết áp là một thông số phổ biến và hiệu quả nhất trong y tế để thực hành
sinh lý. Thực hiện xác định giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của áp suất máu trong
mỗi chu kì nhịp tim, bổ xung thêm thông tin về các thông số sinh lý, hỗ trợ cho việc
chẩn đoán để đánh giá điều kiện củ mạch máu và một vài khía cạnh về hoạt động của
tim. Có nhiều phương phương 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 động mạch
của cơ thể. Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xác cao đáp ứng cho yêu cầu

điện sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu điện tương ứng. Sau đó các tín hiệu này được
23
khuếch đại và truyền đi qua các bộ lọc thông dải để loại bỏ nhiễu. Từ các tín hiệu thu
được người ta xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng. Quá trình diễn ra
trong khoảng thời gian từ 2-5s.
Hình 1.17: Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao
động kế.
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp dịch pha
Dựa vào sự xuất hiện mạch tại thời điểm tâm thu và biến mất tại thời điểm tâm
trương. Xác định tức thì các giá trị áp suất tâm trương và tâm thu. Để thực hiện được điều
đó, người ta sắp xếp trên túi khí gồm 3 túi con hoặc là 3 ngăng con được bơm cao hơn áp
suất suất tâm thu khoảng 30 mmHg. Một trong các tui đó được gọi là túi tâm thu, hai túi
còn lại được gọi là túi tâm trương. Gía trị áp suất tâm thu được xác định bằng cách cảm
nhận mạch máu đầu tiên đi qua các túi tâm trương. Còn giá trị áp suất tâm trương được
xác định bằng cách phát hiện ra khi tín hiệu từ các túi tâm trương không còn bị dịch pha
so với nhau nữa
• Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Rheographic:
Dựa vào sự thay đổi trở kháng tại 2 điểm dưới sức ép của túi khí để xác định áp
suất tâm trương thay cho việc dựa vào sự dịch pha mạch máu ở phương pháp trên.
24
Hình 1.10 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 tiếp 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 cực 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