LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, tác giả xin đƣợc chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong
trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội nói chung và các thầy cô trong Viện Công nghệ
thông tin và truyền thông nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tác giả những
kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm học tập và rèn luyện.
Tác giả xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Cao Tuấn Dũng đã hết
lòng giúp đỡ, hƣớng dẫn và chỉ dạy tận tình trong quá trình tác giả thực hiện luận văn
tốt nghiệp.
Cuối cùng, tác giải xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã
quan tâm, động viên, đóng góp góp ý kiến và giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2012
Học viên thực hiện

Nguyễn Đăng Khoa

1


DANH MỤC THUẬT NGỮ

STT
1
2
3

Từ viết tắt
ECG
CMRR
ADC

thông thƣờng ..................................................................... 28

Hình 1.17: Nhiễu đƣờng ngu n 50Hz ......................................................................... 29
Hình 1.18: Nhiễu do sự dung cơ bắp........................................................................... 29
Hình 1.20: Nhiễu do sự thay đổi điện trở tiếp xúc làm dịch chuyển đƣờng nền ........... 30
ình 1 21: ệ thống đạo trình c a Waller................................................................... 32
ình 1 22: ệ thống đạo trình c a inthoven và tam giác inthoven ......................... 32
ình 1 23: Điện cực trung tâm

T Wilson ............................................................... 34

ình 1 24:
Mạch c a điểm trung tâm Wilson,
Vị tr c a điểm trung tâm Wilson
trong không gian ảnh T nó n m ở tâm c a tam giác inthoven ............................ 35
Hình 2.1: Điện cực ngực ............................................................................................. 37
3


Hình 2.2: Điện cực chi................................................................................................ 37
Hình 2.3: Cáp dẫn....................................................................................................... 39
Hình 2.4: Gi y in nhiệt dùng trong máy ghi điện tim .................................................. 39
ình 2 5: Máy điện tim 1 kênh EK10 ......................................................................... 41
ình 2 6: Máy Điện tim 3 kênh ECG1503b ................................................................ 41
ình 2 7: Máy điện tim ECG3100 .............................................................................. 42
ình 2 8: Điện tâm đ cơ bản ..................................................................................... 44
Hình 2.9: Tín hiệu điện tim có xu t hiện nhiễu điện ngu n tần số 50Hz...................... 44
Hình 2.10: Tín hiệu điện tim có xu t hiện nhiễu cơ từ cơ thể bệnh nhân ..................... 44
ình 2 11: Sơ đ mạch khuếch đại vi sai ................................................................... 45
Hình 2.12: Khuếch đại vi sai ba op-amp ..................................................................... 46

ình dạng và thông số c a tín hiệu điện tim thông thƣờng ......................... 66

ình 3 2: Sơ đ khối c a một thiết bị thu t n hiệu

cơ bản ................................... 67

ình 3 3: Sơ đ khối hệ thống. ................................................................................... 69
ình 3.4:

áp điện cực bệnh nhân ............................................................................. 70

ình 3 5: ộ khuếch đại vi sai. ................................................................................... 72
ình 3 6: Mạch Khuếch Đại ....................................................................................... 73
ình 3 7: Mạch DRL .................................................................................................. 75
Hình 3.8: Mạch lọc thông cao. .................................................................................... 76
Hình 3.9: Mạch lọc thông th p.................................................................................... 78
ình 3 10 : ình mô phỏng đáp ứng c a cả hai bộ lọc ................................................ 80
ình 3 11: Mạch lọc chắn dải. .................................................................................... 81
ình 3 12: Mạch nguyên lý khối ngu n ...................................................................... 82
ình 3 13 : Module nalog ...................................................................................... 83
ình 4 1: Mạch thu nhận tín hiệu điện tim .................................................................. 84
ình 4 2: Mạch xử lý ADC và giao tiếp máy tính ....................................................... 85
ình 4 3: Mạch ghép nối hệ thống phần cứng ............................................................. 85
ình 4 4: ệ thống cáp đo điện tim ............................................................................ 86
ình 4 5: T n hiệu điện tim khi chƣa khử nhiễu 50/60Hz............................................ 86
ình 4 6: T n hiệu điện tim đã khử nhiễu 50/60Hz ..................................................... 87
ình 4 7: T n hiệu điện tim đo trên 2 đạo trình ........................................................... 87
ình 4 8: hip RM 7 nhận và truyền tín hiệu điện tim về máy tính qua USB........... 88
ình 4 9: T n hiệu điện tim trên màn hình máy trạm .................................................. 89



Đ ỆN TỬ VÀ MÁY Đ ỆN TIM ................. 36

2 1 Sự thu t n hiệu ........................................................................................ 36
2.2. Thiết bị ghi sóng điện tim ....................................................................... 38
2.2.1. Bộ điện cực bệnh nhân ..................................................................... 38

6


2.2.2. Gi y ghi............................................................................................ 39
2 2 3 Máy ghi điện tim .............................................................................. 40
2.3. Một số loại máy điện tim ........................................................................ 41
2.4. Các tiêu chuẩn thiết bị ECG.................................................................... 42
2.5. Mạch khuếch đại vi sai. ......................................................................... 44
2.5.1. Khuếch đại vi sai tích hợp ................................................................ 47
2.5.2. Khuếch đại vi sai 3 OP-AMP ........................................................... 50
2.6. Mạch lọc tích cực. ................................................................................ 52
2 6 1 Mạch lọc thông th p ......................................................................... 55
2 6 2 Mạch lọc thông cao .......................................................................... 59
2.6 3 Mạch lọc dải triệt .............................................................................. 61
ƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .............................................................. 64
3.1.Thiết kế sơ đ khối hệ thống. ................................................................... 69
3.2.Chọn điên cực.......................................................................................... 70
3.3.Thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện tim. ........................................... 70
3.3.1. OP-AMP 07 ..................................................................................... 70
3 3 2 Sơ đ nguyên lý và tính toán bộ khuếch đại ...................................... 71
3 3 3 Sơ đ nguyên lý và tính toán bộ lọc .................................................. 75
3 3 4 Sơ đ nguyên lý ngu n ..................................................................... 81
3 3 5 Sơ đ nguyên lý hệ thống thu nhận tín hiệu điện tim ........................ 82

nghiệm máy điện tâm đ gọn nhẹ, ch nh xác.
Học viên
Nguyễn Đăng Khoa

8


PHẦN MỞ ĐẦU
I.Lý do chọn đề tài
Trong thời đại công nghiệp hoá toàn cầu hiện nay, Việt Nam đang có những
bƣớc tiến quan trọng trong quá trình hội nhập với xu thế phát triển chung c a thế
giới trong t t cả các lĩnh vực: kinh tế, văn hoá, xã hội … và đ c biệt là sự ứng dụng
c a khoa học công nghệ trong đời sống c a con ngƣời chúng ta
Ngày nay khi mà cuộc sống đã ổn định thì nhu cầu chăm sóc sức kho cũng
nhƣ khám chữa bệnh c a ngƣời dân ngày càng cao,để đáp ứng đƣợc nhu cầu này
c a xã hội,Y học trong những thập kỷ qua đã có nhiều tiến bộ nhảy vọt Đóng góp
không nhỏ cho sự tiến bộ c a y học hiện đại là những máy móc hiện đại mà con
ngƣời tạo ra nh m phục vụ cho công tác khám chữa bệnh ch nh xác và hiệu quả
hơn

h ng hạn, trong y học để việc chuẩn đoán và điều trị những bệnh liên quan

đến tim mạch ch nh xác và hiệu quả hơn, ác y bác sỹ thƣờng dùng phƣơng pháp
chuẩn đoán lâm sàn thông qua máy đo điệm tâm đ
raph Máy điện tâm đ

- Electro Cardio

có chức năng thu thập và hiển thị ,lƣu trữ lại t n


công mô hình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim.
2. Nhiệm vụ
-

Tìm hiểu các kiến thức y sinh cơ bản liên quan đến đề tài

-

Thi công, thiết kê mô hình máy điện tin cơ bản

-

huyển giao thiết kế để ghép nối với hệ thống phần mềm

3. Đối tƣợng nghiên cứu
-

C u tạo, hoạt động và vai trò c a tim, sự hình thành sóng tim, đạo
trình, tín hiệu điện tim.

-

Nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm bộ lọc và khuếch đại t n hiệu
điện tim

-

Xây dựng driver,

P hỗ trợ phát triển các phần mềm đọc t n hiệu

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TIM, TÍN HIỆU ĐIỆN
TIM VÀ ĐẠO TRÌNH

Nội dung c a chƣơng sẽ trình bày các khái niệm cơ bản c a tim và tín hiệu
điện tim, hiểu đƣợc c u tạo-vai trò-hoạt động c a tim, biết đƣợc cách thức l y đạo
trình, nắm bắt đƣợc những kiến thức về các mạch điện tử cơ bản, trình bày việc mô
phỏng b ng phần mềm labview, định nghĩa ECG, mục tiêu và ứng dụng c a ECG.
1.1. Vị trí, cấu tạo, vai trò và hoạt động của tim.
1.1.1. Vị trí của tim.
Tim c a chúng ta n m trong trung th t, giữa hai lá phổi trên cơ hoành và
sau xƣơng ức hơi lệch về bên trái Trục c a tim n m hƣớng chéo từ sau ra trƣớc, từ
phải sang trái và từ trên xuống dƣới.

H nh .1 Vị t

ủa ti

12

t ng

th ng

i


1.1.2. Cấu tạo của tim.

H nh 1.

khắp cơ thể và lại vận chuyển máu nghèo oxi
máu mang các ch t dinh dƣỡng và kh oxi

từ tim đi

từ cơ thể chở về tim Trong đó
h p thụ đƣợc từ các cơ quan tiêu

hóa cũng nhƣ hô h p đi tới khắp các cơ quan trong cơ thể, đ ng thời qua đó bài
tiết ch t c n bã trong cơ thể ra ngoài .

13


1.1.4. Hoạt động của tim.
Trong tim có một c u trúc đ c biệt có khả năng tự phát xung gọi là hệ
thống nút hay còn gọi là hạch Trong đó chúng ta có hệ thống nút bao g m:

H nh 1.

 N t xo ng nh

Vị t

ủa

n t an

N N m ở tâm nhĩ chỗ tĩnh mạch ch trên đổ vào tâm



H nh 1.



Một h

h

n ủa ti

âm nh thu: Đầu tiên tâm nhĩ co bóp, áp su t trong tâm nhĩ tăng lên làm
cho van nhĩ th t mở nên máu sẽ lƣu thông từ tâm nhĩ xuống tâm th t và
làm cho áp su t tâm th t tăng lên Thời gian tâm nhĩ thu kéo dài 0 1s, sau
đó tâm nhĩ giãn su t thời gian còn lại c a chu k tim



âm th t thu: Khi tâm nhĩ giãn ra thì tâm th t bắt đầu co lại

iai đoạn

tâm th t thu kéo dài 0 3s trong đó bao g m có 2 thời k :
 Thời k áp su t kéo dài 0 05s: tâm th t co bóp nên áp su t trong tâm
th t tăng cao, cao hơn áp su t trong tâm nhĩ làm cho van nhĩ th t đóng
lại nhƣng chƣa cao hơn áp su t ở trong động mạch nên van bán
nguyệt chƣa mở làm cho áp su t c a tâm th t tăng lên nhanh
 Thời k đẩy máu kéo dài 0 25s: còn đƣợc gọi là thời k tâm th t co
đ ng trƣơng Lúc này áp su t trong tâm th t r t cao làm cho van bán
nguyệt mở ra và lúc này máu sẽ lƣu thông vào động mạch


1856-1922 vào năm 1887 khi ông sử dụng điện kế mao dẫn để đo trong cách đo sử
dụng điện kế mao dẫn, ông đã dùng kỹ thuật chụp phim động trên m t th y tinh c a
ống mao dẫn, trong đó bên trong c a ống mao dẫn có chứa axit Sunphuric và th y
ngân Độ nhạy c a điện kế mao dẫn cỡ 1mV
húng ta có hình ảnh c a sóng điện tim đầu tiên đƣợc ugustus Waller quan sát
vào năm 1887 nhƣ hình 6 trong đó t n hiệu điện tim
ranh giới giữa 2 vùng đen và trắng

ghi trên hình e là đƣờng

ác đƣờng cong khác nhau là đỉnh điện tâm đ , nó

ghi lại sự vận động c a cơ tim ở đỉnh tim

16


H nh 1.6 H nh ảnh

ng điện ti

g t

Wa

an

tn


1.2.2.C

ở của tín hiệ điện tim.

Một sợi cơ bao g m nhiều tế bào, khi hoạt động sợi cơ co lại và khi đó sự
xu t hiện điện thế động giữa những phần tử đã đƣợc khử cực và đang khử cực
Điện thế động này sẽ làm xu t hiện một điện trƣờng lan truyền dọc theo sợi cơ

H nh 1.

Điện t

ng ủa ti

t n ề

t ng

Sau đó khoảng 0 5s bắt đầu xu t hiện quá trình tái cực kèm theo sự xu t hiện
c a một điện trƣờng ngƣợc lại và chuyển động với tốc độ chậm hơn

h nh c u

trúc phức tạp này c a tim đã làm phát ra các t n hiệu điện thế khử cực và tái cực
Thực ch t là sự tổng hợp các t n hiệu điện c a các sợi cơ tim

18


M t khác chúng ta biết r ng bên trong và bên ngoài màng tế bào đều có các

thì t n hiệu mang cực t nh âm tƣơng ứng
Trƣờng hợp

: Dễ dàng hiểu r ng, trƣớc khi sự tái cực lan truyền tới điện

cực dƣơng, t n hiệu mang cực t nh âm, m c dù vẫn biết r ng quá trình tái cực
không thực sự đƣợc lan truyền Ở biên giới giữa vùng hoạt động và vùng tái cực
có thể đƣợc xác định nhƣ một hàm c a thời gian Quá trình lan truyền trong
hƣớng này sẽ đƣợc mô tả sau đây
Trƣờng hợp D: Khi hƣớng lan truyền trƣớc quá trình tái cực đi ra khỏi điện
cực dƣơng thì lại tạo ra t n hiệu mang cực t nh dƣơng
hiệu trong trƣờng hợp

ực t nh dƣơng c a t n

có thể đƣợc xác định theo cách sau: Đầu tiên chúng ta

chú ý r ng điện áp truyền màng tế bào c a sóng truyền đi mang cực t nh âm do
vùng dẫn tại đó đang trong trạng thái nghỉ Điều kiện này đƣợc mô tả nhƣ trong
hình thể hiện b ng d u - Sau khi có m t sóng tới thì điện áp truyền màng tế bào
sẽ n m trong trạng thái ổn định, do đó nó mang cực t nh dƣơng đƣợc biểu thị
b ng d u + trong hình Nếu ứng dụng phƣơng trình để t nh toán với ngu n c a
lớp kép đƣợc kết hợp với sự điều chỉnh này và nếu điện áp truyền màng tế bào ở
dƣới mức nghỉ hay điều kiện cân b ng đƣợc ch p nhận là không đổi thì một
ngu n c a lớp kép chỉ xu t hiện tại m t sóng
Vậy v n đề quan trọng ở đây ch nh là sự định hƣớng c a lớp kép, đƣợc xác
định bởi đạo hàm khoảng không gian điện t ch âm Vm, là toàn bộ về ph a bên trái
tƣơng ứng với hƣớng c a sự lan truyền sóng Vì các lƣỡng cực hƣớng về điện
cực dƣơng nên t n hiệu mang cực t nh dƣơng
Phân cực âm c a t n hiệu trong trƣờng hợp

thế ch nh là để duy trì quá trình huyết động bình thƣờng c a hệ thống tuần hoàn
Đ ng thời điều đó cũng tạo nên điện tâm đ

Trong quá trình chúng ta có điện tâm

đ bao g m 3 phần nhƣ sau:


hĩ đ

hi lại dòng điện hoạt động c a nhĩ, đi trƣớc Nhƣ phần trên chúng ta

đã giới thiệu thì xung động đi từ nút xoang ở nhĩ phải sẽ tỏa ra làm cực cơ
nhĩ nhƣ hình dƣới

H nh 1.

h nh th nh

22

ng .


ác đợt sóng với hƣớng chung là từ trên xuống dƣới và từ phải qua trái
làm với đƣờng ngang một góc 49 đây cũng ch nh là hƣớng c a vectơ khử cực
và đợt khử cực đƣợc ghi lại là sóng P Khi nhĩ tái cực còn phát sinh ra một
sóng âm nhỏ gọi là sóng T nhƣng ngay lúc này cũng xu t hiện sự khử cực th t
với điện thế mạnh hơn nhiều, nên trên điện tâm đ gần nhƣ không th y sóng
T.

H nh 1.

h nh th nh

ng

.

Tóm lại : khử cực th t g m ba làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phức tạp
gọi là phức bộ QRS.
 Tái cực: th t khử cực xong sẽ qua thời k tái cực chậm

iai đoạn này

đƣợc thể hiện trên điện tâm đ b ng một đoạn th ng đ ng điện gọi là
đoạn T – S Sau đó là thời k tái cực nhanh tạo nên sóng T.
24


H nh 1.14: S Hình thành sóng T

Tái cực nói chung có hƣớng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dƣới thƣợng tâm
mạc và lớp dƣới nội tâm mạc. Sở dĩ tái cực đi ngƣợc chiều với khử cực nhƣ vậy là
vì nó tiến hành đúng vào lúc tim bóp cƣờng độ mạnh nh t, làm cho lớp cơ tim
dƣới nội tâm mạc bị lớp ngoài nén vào quá mạnh nên tái cực muộn đi M t khác,
vectơ tái cực ngƣợc chiều với vectơ khử cực (chiều điện trƣờng ngƣợc lại Do đó
tuy tiến hành ngƣợc chiều với khử cực, nó vẫn có vectơ tái cực hƣớng từ trên
xuống dƣới và từ phải qua trái làm phát sinh làn sóng dƣơng th p gọi là sóng T.
Sóng T này không đối xứng và còn gọi là sóng chậm vì nó kéo dài 0.2s. Sau khi
sóng T kết thúc có thể th y một sóng chậm, nhỏ gọi là sóng U Đây là giai đoạn