BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TÍN HIỆU
TRONG THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN
NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

MÃ SỐ:

DƯƠNG TRỌNG LƯỢNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC THUẬN

HÀ NỘI 2006


BẢN CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đã được đề cập trong luận văn được
viết dựa trên kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Nguyễn Đức Thuận.
Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn đầy đủ nguồn và sử
dụng đúng luật bản quyền quy định.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung của cuốn luận văn.

Học viên

DƯƠNG TRỌNG LƯỢNG



1.6.4.2. Phương pháp đo nhịp thở………………………………..21
1.6.4.3. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo
dõi bệnh nhân……………………….…………………………23
1.6.5. Huyết áp (Blood Pressure)…………………………………….24
1.6.5.1. Giới thiệu chung. ……………………………………...24
1.6.5.2. Sự hình thành huyết áp. ….……………………………25
1.6.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến huyết áp. ………………..26
1.6.5.4. Phương pháp đo huyết áp. ………………………….…27
1.6.5.5. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP( huyết áp không
xâm nhập) của thiết bị theo dõi bệnh nhân. ………………..…29
1.6.6. Độ bão hòa oxy trong máu. ………………..………………….30
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU.31
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………………..31

2.1.1. Quá trình oxy hóa và khử oxy khóa trong cơ thể người. ………31
2.1.2. Hemoglobin. ………………………………………………………33
2.1.3. Hypoxia và hypoxaemia. …………………………………………35
2.1.4. Áp suất thành phần. ……………………………………………….35
2.2. SPO2 VÀ SaO2……………………………………………………………….35
2.3. ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU. ..……………………………………...37
2.4. ĐƯỜNG ĐẶC TUYẾN PHÂN TÁCH OXYHEMOGLOBIN. ………….…38
2.5. TÁC DỤNG CỦA PHÉP ĐO NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU SPO2……..42

CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BÃO HÒA OXY DẠNG
XUNG………………………………………………………………………46
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG. .…………………………………………………46


3.2. NGUYÊN LÝ CỦA PHÉP ĐO ĐỘ BÃO HÒA OXY KHÔNG CAN THIỆP
PULSE OXYMETER. .………………………………………………………47

4.1.2. Giao thức truyền và cách tổ chức dữ liệu (Phiên bản giao thức
2)……………………………………………………………………68
4.1.3. Dạng dữ liệu thu được thông qua cổng COM từ Card thu nhận
và xử lý dữ liệu đầu vào. ……………………………………………69
4.2. CHƯƠNG TRÌNH HIỂN THỊ TÍN HIỆU SPO2 TRÊN MÁY TÍNH……….71

4.2.1. Lưu đồ thuật toán……………………………………………….71
4.2.2. Ví dụ một đoạn chương trình nguồn hiển thị tín hiệu SpO2 trên
máy tính. ……………………………………………………………..72
4.2.3. Giao diện của chương trình trên máy tính. …………………….78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………82
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….84


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng anh

Nghĩa

A/D

Analog to Digital

Chuyển đổi tương tự - số

AV


Là dạng protein mang khí CO

ECG

Electrocardiogram

Điện tim đồ

FET

Field Effective Transistor

Transistor trường

Hb

Hemoglobin

Một dạng protein trong máu

Oxyhemoglobin

Protein kết hợp với oxy trong máu

HR

HeartRate

Nhịp tim


Dạng protein mang oxy của cơ

Methemoglobin

Hemoglobin không kết hợp với oxy

HbO2

LCD
Mb
Methb

trong máu
NiBP

Non Invasive Blood Pressure

Phép đo huyết áp không xâm nhập

PO2

Partial Pressure of oxygen

Áp suất riêng phần của oxy


SaO2

Saturation of oxy



Nhiệt độ


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị theo dõi bệnh nhân.
Hình 1.2. Dạng tín hiệu điện tim chuẩn.
Hình 1.3. Quá trình thu tín hiệu điện tim thông qua các đạo trình Eithoven.
Hình 1.4. vị trí các điện cực đặt ở vai và phía trên đùi.
Hình 1.5. Quá trình thu tín hiệu điện tim thông qua các đạo trình trước tim
Hình 1.6. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu điện tim trong thiết bị theo dõi
bệnh nhân.
Hình 1.7. Mạch tuyến tính hóa cho điện trở nhiệt.
Hình 1.8. Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị tín hiệu nhiệt độ
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống hô hấp của người.
Hình 1.10. Nguyên lý đo trở kháng phổi.
Hình 1.11. Nguyên lý của phương pháp đo trở kháng phổi (hai điện cực)
Hình 1.12. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo dõi bệnh
nhân.
Hình 1.13. Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Korotkoff.
Hình 1.14. Mô hình đo huyết áp sử dụng phương pháp dao động kế.
Hình 1.15. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP của thiết bị theo dõi bệnh
nhân.
Hình 2.1. Cấu trúc hóa học của Hemoglobin.
Hình 2.2. Đồ thị đường cong bão hòa oxy của myoglobin và hemoglobin.
Hình 2.3. Đường đặc tuyến phân tách HbO2 chuẩn
Hình 2.4. Hiện tượng dịch chuyển sang trái của đường đạc tuyến
Hình 2.5. Hiện tượng dịch chuyển sang phải của đường đặc tuyến .
Hình 3.1. Minh họa việc tính độ hấp thụ ánh sáng bằng định luật Lambert
Beer



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các dạng giảm oxy ở mô.
Bảng 4.1. Cấu trúc của các byte dữ liệu.
Bảng 4.2. Minh họa một đoạn dữ liệu dưới dạng mã Hecxa của tín hiệu SpO2
thu được từ cổng RS-232 của card thu nhận và xử lý dữ liệu đầu vào.


1

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các
thiết bị theo dõi bệnh nhân cũng phát triển không ngừng và đóng một vai trò
quan trọng trong việc trợ giúp các Bác sỹ và y tá theo dõi hoạt động sống của
người bệnh. Mục đích của quá trình theo dõi bệnh nhân là để có được một sự
đánh giá định lượng về các tham số sinh học quan trọng của bệnh nhân trong
các giai đoạn nguy kịch các chức năng sinh học. Những bệnh nhân ốm rất
nặng, những bệnh nhân đang hồi phục sau mổ hoặc bị các bệnh về tim
mạch,… được các thiết bị theo dõi giám sát liên tục các biểu hiện sống. Là
một thiết bị có chức năng theo dõi sức khoẻ bệnh nhân thông qua việc thu
nhận và xử lý liên tục các thông số sống quan trọng của bệnh nhân như: Tín
hiệu điện tim (ECG), nhịp tim (HR), nhịp thở (RESP), độ bão hòa oxy
(SpO2), huyết áp không can thiệp (NIBP), nhiệt độ cơ thể (TEMP) và phát ra
các báo động khi xảy các điều kiện không an toàn. Thiết bị theo dõi bệnh
nhân thường được sử dụng để theo dõi sức khoẻ bệnh nhân trong phòng mổ,
hồi sức cấp cứu, điều trị,... Thiết bị theo dõi bệnh nhân có thể được sử dụng
cho từng giường bệnh nhân riêng biệt hoặc có thể được kết nối với một trạm
theo dõi ở trung tâm điều khiển. Các dữ liệu bệnh nhân được hiển thị liên tục
trên màn hình đặt ở đầu giường bệnh nhân hoặc màn hình ở trạm trung tâm.


Hà nội, ngày

tháng

năm 2006

Học viên: Dương Trọng Lượng


3

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ
THEO DÕI BỆNH NHÂN

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN.
Quá trình phát triển của các thiết bị theo dõi bệnh nhân gắn liền với sự
phát triển khoa học kỹ thuật cũng như yêu cầu ngày càng cao trong công tác
chăm sóc sức khỏe bệnh nhân, đặc biệt là trong mấy thập niên vừa qua. Cơ sở
của các thiết bị theo dõi bệnh nhân chính là sự phát triển của quá trình thu
nhận các dữ liệu sinh học của bệnh nhân bắt đầu từ thế kỷ 17.
- Năm 1625, Santonio đã công bố phương pháp đo nhiệt độ cơ thể với
một nhiệt kế và phương pháp xác định nhịp tim bằng một con lắc đơn với sự
trợ giúp bởi một người bạn thân của ông là Galileo. Tuy nhiên, các phương
pháp này đã bị bác bỏ.
- Năm 1707, Tohn Floyer đã công bố đồng hồ đo xung nhịp tim.
- Đến năm 1852, phương pháp đo nhiệt độ cơ thể bệnh nhân đầu tiên đã
được đưa ra bởi Ludwig Taube. Cũng trong thời gian nay, cùng với sự phát
triển liên tục của đồng hồ và nhiệt kế, thì nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nhịp thở
đã trở thành các thông số sống tiêu chuẩn.

nhịp tim (HR), đo huyết áp bằng phương pháp không xâm nhập (NIBP) và
nhiệt độ cơ thể (TEMP).
• Thiết bị theo dõi bệnh nhân 6 thông số là : Tín hiệu điện tim (ECG),
nhịp tim (HR), nhiệt độ cơ thể (TEMP), độ bão hoà ô xy trong máu (SpO2),
đo huyết áp bằng phương pháp không xâm nhập (NIBP) và tín hiệu thở
(RESP).


5

• Thiết bị theo dõi bệnh nhân 8 thông số là: Tín hiệu ECG, nhịp tim,
nhiệt độ, độ bão hoà ô xy trong máu, nhịp mạch, NIBP, đo huyết áp bằng
phương pháp xâm nhập (IBP) và tín hiệu thở.
• Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện thiết bị theo dõi bệnh nhân hiện
đại, nó có thể đo được nhiều thông số: ECG, nhịp tim, nhiệt độ, độ bão hoà ô
xy trong máu, nhịp mạch, NIBP, IBP, nhịp thở, nồng độ khí CO2 trong đường
khí thở vào/ra và khí mê…. với 8 đường hiện sóng. Các thông số có thể được
hiển thị dưới các dạng sóng và số liệu, với các màu sắc khác nhau, cho phép
đánh giá được toàn diện và khách quan. Màn hình hiển thị CRT truyền thống
trước kia được thay thế bởi màn hình TFT LCD phẳng, mỏng, độ phân giải
cao. Việc xử lí dữ liệu áp dụng các thuật toán tối ưu hơn, hệ thống phát hiện
cảnh báo được trang bị hoàn hảo. Giao diện với thiết bị có thể nhấn trực tiếp
trên màn hình (touch screen). Thông tin theo dõi bệnh nhân không chỉ được
hiển thị trực tiếp trên màn hình mà còn được hiển thị trên màn hình trạm trung
tâm thông qua hệ thống hữu tuyến hay vô tuyến.
Ngoài ra, sự có mặt của thiết bị theo dõi bệnh nhân xách tay (portable)
theo dõi từ xa (Telemetry) trên thị trường là một bước đột phá trong công
nghệ truyền thông của thiết bị theo dõi bệnh nhân đóng góp cho sự phát triển
một nền y học hiện đại. Dữ liệu của thiết bị theo dõi bệnh nhân này được
truyền bằng bằng sóng vô tuyến, đã đem lại những thuận lợi lớn trong việc sử

các trường hợp sau:
- Các thông số sống đo được ngoài giới hạn an toàn, cao quá hoặc thấp
quá.
- Loạn nhịp.
- Tuột điện cực.
- Nhiễu.


7

- Các dạng sóng không đúng.
- Nguồn điện áp cung cấp yếu.
- Môi trường làm việc không đảm bảo: nhiệt độ, độ ẩm.
Như vậy, các báo động có thể được chia làm hai loại :
- Báo động trạng thái bệnh nhân.
- Báo động trạng thái hệ thống.
• Giới hạn an toàn: Tất cả các thông số sống đều có các giới hạn an
toàn và chúng có thể được hiển thị cùng với đơn vị đo và mức báo động hiện
tại của chúng và chúng có được theo dõi hay không.
Người sử dụng có thể thay đổi các giới hạn an toàn này cho phù hợp với từng
bệnh nhân và mức giới hạn an toàn sẽ được thiết lập lại. Tất cả các giới hạn
mặc định sẽ được thiết lập sau khi tháo bệnh nhân ra.
1.4. NHỮNG TÁC DỤNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH
NHÂN.
Ta thấy rằng thiết bị theo dõi bệnh nhân có vai trò rất quan trọng và
không thể thiếu đối với các bệnh viện, cơ sở y tế do nó có những chức năng
và tác dụng hiệu quả trong việc theo dõi bệnh nhân.
Những tác dụng cơ bản mà thiết bị theo dõi bệnh nhân mang lại :
- Cải thiện việc theo dõi bệnh nhân nhờ tổ chức và hiển thị thông tin ở
dạng có ý nghĩa.



9

Khối đầu vào

Bộ nhớ

Module
ECG/RESP

Khối
đầu

Module
SpO2/BP/TEMP

Máy in

Bộ
vi xử lý

Màn hình
hiển thị

đo
Module NIBP

Khối kết nối vô
tuyến/hữu tuyến

1mm 0.1mV

1mm 0.04 sec

10mm/mV

25mm/sec

P-R

P

P-R
Interval

T

S-T
segment

Segment

U

Q
S

S-T
Interval


cực lúc này hướng từ phải sang trái hình thành một sóng dương rất cao và
nhọn gọi là sóng R. Sau cùng là vùng đáy thất được khử cực tạo nên một
vectơ điện thế hướng từ trái sang phải tạo nên một sóng âm nhỏ nhọn gọi là
sóng S. Như vậy, trong quá trình khử cực tâm thất đã sinh ra một sóng phức
hợp QRS có biên độ tương đối lớn, biến thiên nhanh chỉ trong một khoảng
thời gian ngắn khoảng 70ms.
- Sóng T và U: Khi tâm thất khử cực xong sẽ qua một thời gian tái cực
chậm không thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một
đường thẳng, 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.


12

1.6.1.2. Ghi (thu nhận) tín hiệu điện tim.
Tín hiệu điện tim được lấy trên da bệnh nhân thông qua hệ thống điện cực và
cáp nối. Số điện cực có thể là 3, 5, hay 12 điện cực tuỳ theo từng loại thiết bị.
Càng nhiều điện cực thì thông tin đo được càng chính xác. Tuy nhiên, hầu hết
các thiết bị theo dõi bệnh nhân thường sử dụng cáp điện tim tiêu chuẩn 3 hoặc
5 điện cực. Vị trí đặt điện cực trên người bệnh nhân tuỳ thuộc vào số điện cực
của cáp điện tim. Ví dụ với hệ thống 3 điện cực ( hình thành 3 đạo trình), các
điện cực này sẽ được gắn ở tay phải (R/RA - Right arm), tay trái (L/LA- Left
arm) và chân trái (F/LL - Left Leg) của bệnh nhân. Đối với cáp điện tim 5

Lead III

Lead II

VIII = φF - φL

VII = φF - φR
φF

Z

Y

Hình 1.3. Quá trình thu tín hiệu điện tim thông qua các đạo trình Eithoven.
Tam giác Einthoven là một sự mô tả tương đối các vectơ đạo trình tương ứng
với các đạo trình chi. Đạo trình I được kí hiệu là CI, đạo trình II được kí hiệu
là CII, đạo trình III được kí hiệu là CIII (trong hình 1.3).
Các đạo trình chi Einthoven (các đạo trình chuẩn) được tính như sau:
o Đạo trình I:

VI = φL- φR

o

Đạo trình II:

VII = φF- φR

o