Luận văn

Hệ thống ghi điện tử các
giản đồ tín hiệu điện tim
(ECG) 1
Hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu
điện tim (ECG)

PHẦN I:

Hình1.1
Khi hai tế bào nồng độ C
1
, C
2
khác nhau nối với nhau bằng một cầu điện hóa. E = E
0
+
2
1
ln
C
C
nF
RT

Conductance
(mesure ò pẻmeability)

Na
+

K
+

0
1

0
-30
-60
-90

2
ở 18
o
C E = 0.058.log
2
1
C
C

Nếu hai môi trường là chất khác nhau Hình1.2
E =
22
11
ln
fC
fC
nF
RT1
F
:hệ số hoạt động của các chất C1; f2 hệ số hoạt động của các chất C2
Biến đổi E =
2

-
Cl
-
HCO
-
1/2SO
4
---
U,v 5.3 18 6.8 4.6 7.1

Đưa điện cực vào trong và ngoài tế bào xuất hiện điện sức điện động:
E = E
k
+ E
Na
+ E
E
k
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
+
e
i
K

⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
+
+
e
i
e
i
Cl
Cl
K
K

10
1
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡

Hình 1.3 :Sự di chuyển của các ion Na
+
,K
+
,Ca
++

qua màng tế bào, hình thành đường cong điện thế hoạt
động, nguồn gốc của dòng điện tim
Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng
tế bào sẽ trở thành âm tính tương đối (bị khử mất cực dương) so với mặt
trong: người ta gọi đó là hiện tượng khử cực (despolarisation) (Hình1và2).

Hình 1.4: Khử cực (b) và tái cực (c) trên một tế bào đơ
n giản.

Sau đó, tế bào dần dần lập lại thế thăng bằng ion lúc nghỉ, điện thế mặt
ngoài trở lại dương tính tương đối (tái lập cực dương): người ta gọi đó là hiện
tượng tái cực (repolaisation).
3. Khái niệm về điện tim đồ:

4
Điện tâm đồ là một đường cong ghi lại các biến thiên của các điện lực do
tim phát ra trong hoạt động co bóp. Điện lực đó rất nhỏ, chỉ tính bằng milivôn
nên rất khó ghi. Cho đến năm 1903, Einthoven mới lần đầu ghi được nó bằng
một điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm.
Phương pháp ghi điện tim đồ cũng giống như cách ghi các đường cong
biến thiên tu
ần hoàn khác: người ta cho dòng điện tim tác động lên một bút
ghi làm bút này dao động qua lại và vẽ lên một mặt giấy, nó được động cơ

Để thu được dòng điện tim, người ta đặt những điện cực của máy ghi điện
tim lên cơ thể. Tuỳ theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tim đồ sẽ khác
nhau. Nhưng trong mấy ví dụ dưới đây, để cho thống nhất và đơ
n giản, quy
ước (Hình1.5) đặt điện cực dương (B) ở bên trái quả tim và điện cực âm (A)
ở bên phải quả tim.
Như vậy (Hình1.5):
- Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trương) không có dòng điện nào qua máy và
bút sẽ chỉ ghi lên giấy một đường thẳng ngang, ta gọi đó là đường đồng điện
(isoelectric line).
- Khi tim hoạt động (tâm thu) điện cực B thu được một điện thế dương tính
tương đố
i so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dương, nghĩa là
ở mé trên đường đồng điện.
Trái lại, điện cực A dương tính tương đối thì bút sẽ vẽ lên một làn sóng
âm, nghĩa là ở mé dưới đường đồng diện.
4.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ):
Như trên đã nói, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) s
ẽ toả ra làm khử
cực cơ nhĩ như hình các đợt sóng với hướng chung là từ trên xuống dưới và từ
phải sang trái (Hình1.6). Như vậy, véctơ khử cực nhĩ có hướng từ trên xuống
dưới và từ phải sang trái, làm với đường ngang một góc 49
o
(Hình1.6), đường
thẳng nằm trùng với véctơ này gọi là trục điện nhĩ.

6
Lúc này, điện cực B sẽ là dương tương đối và ta có thể ghi được một
sóng dương thấp, nhỏ, tầy đầu với thời gian khoảng 0.08s gọi là sóng P. Do
đó, trục điện nhĩ gọi là sóng P kí hiệu là ÂP (P axis). Khi nhĩ tái cực nó phát

ại dương cao
hơn, nhọn gọi là sóng R (Hình1.7b).
Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hướng từ trái sang phải, máy
ghi được sóng âm nhỏ gọi là sóng S (Hình1.7c).

8

Hình 1.7: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS. 9
Tóm lại, khử cực thất bao gồm 3 làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phức
tạp nên được gọi là phức bộ QRS (QRS complex).Vì nó có sức điện động
tương đối lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0,07s
nên còn gọi là phức bộ nhanh. Trong phức bộ này sóng chính lớn nhất là sóng
R.
Nếu đem tổng hợp 3 véctơ khử cực lại ta được véctơ khử cực trung bình
h
ướng từ trên xuống dưới, từ phải qua trái và làm với đường ngang một góc
58
o
. Véctơ này gọi là trục điện trung bình của tim hay trục điện tim.
b) Tái cực:
Thất khử cực xong sẽ qua giai đoạn tái cực chậm, không thể hiện trên điện
tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đoạn thẳng đồng điện gọi là đoạn
T_S. Sau đó là thời kì tái cực nhanh (sóng T).
Tái cực có xu hướng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dưới thượ
ng tâm mạc tới
lớp dưới nội tâm mạc. Sở dĩ tái cực đi ngược chiều với khử cực là vì nó tiến
hành đúng vào lúc tim co bóp với cường độ mạnh nhất, làm cho lớp cơ tim

Hình1.9: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kì tâm thu và tâm trương
trên điện tim đồ

Tóm lại,điện tim đồ bình thường của mỗi nhát bóp tim (chu chuyển tim)
gồm sáu làn sóng nối tiếp nhau mà người ta dùng sáu chữ cái liên tiếp để đặt
tên là: P,Q,R,S,T,U, trong đó người ta phân ra một nhĩ đồ: sóng P; một thất
đồ: các sóng Q,R,S,T,U-với thời gian truyền đạt nhĩ-thất: khoảng PQ.

11
Với tần số tim bình thường (khoảng 75 nhịp/min), thì sau sóng T (hoặc
sóng U);tim sẽ nghỉ đập khoảng 0,28s thể hiện bằng một khoảng thẳng đồng
diện (hình1.9) rồi lại tiếp sang lần bóp sau với một loạt sóng P,Q,R,S,T,U
khác và cứ như thế tiếp diễn. Thời gian nghỉ trên gọi là thời kỳ tâm trương
toàn thể của tim.

5. Hệ thống các chuyển đạo:
Cơ thể con ng
ười là một môi trường dẫn điện, vì thế dòng điện do tim phát
ra được truyền đi khắp cơ thể, biến cơ thể thành điện trường của tim. Nếu đặt
2 điện cực lên bất cứ điểm nào đó của điện trường này, ta thu được dòng
điện thể hiện điện thế giữa hai điểm đó gọi là chuyể
n đạo hay đạo trình
(Lead). Nó thể hiện trên máy ghi bằng một đường cong điện tâm đồ có hình
dạng khác nhau tuỳ thuộc vị trí đặt điện cực. Do đó cần thiết phải qui chuẩn
vị trí đặt điện cực để đạt được hiệu quả cao nhất.
Hiện nay người ta đặt điện cực theo 12 cách thu được 12 chuyển đạo thông
dụng gồm 3 chuyển đạo mẫ

vai phải (R). Hình1.11: Cách dấu cự
c trung tâm CT và mắc một chuyển
đạo đơn cực chi (ở đây là VR) 13
- Cổ tay trái: ta được chuyển đạo VL (voltage left) nó nghgiên cứu điện thế
về phía thất trái. Trục chuyển đạo ở đây là đường thẳng OL.
- Cổ chân trái: ta được chuyển đạo VF (voltage food) đây là chuyển đạo độc
nhất có thể nhìn thấy được thành sau dưới đáy tim. Trục chuyển đạo là đường
thẳng OF.
Sau này, cải tiến thành chuyển đạo cực chi tăng thêm (kí hiệu AVL, AVR,
AVF).
Tất cả 6 chuy
ển đạo I, II, III, AVR, AVL, AVF được gọi là chuyển đạo
ngoại biên vì đều có chuyển đạo thăm dò đặt tại các chi. Để xem xét một cách
đầy đủ về các tín hiệu của tim ta phải ghi thêm các chuyển đạo trước tim.
5.3 Chuyển đạo trước tim:
Thường ghi đồng loạt cho bệnh nhân 6 chuyển đạo trước tim thông dụng
nhất kí hiệu là V1-V6: đó là các chuyển đạo đơn cực có một điện cực trung
tính nối vào cực trung tâm (CT) và m
ột điện cực thăm dò đặt lần lượt trên 6
điểm ở vùng trước tim.
V1: Khoảng liên sườn 4 bên phải, sát bờ xương ứu.
V2: Khoảng liên sườn 4 bên trái, sát bờ xương ứu.
V3: Điểm giữa đường thẳng nối V2 và V4.
V4: Giao điểm của đường dọc đi qua điểm giữa xương đòn trái với

nhau. Biên độ các sóng ghi được trong các chuyển đạo mẫu là nhỏ nhất (do
điện trường tim ở các chi là yếu nhất). Biên độ các chuyển đạo ở lồng ngực là
lớn nhất. 15
• Biên độ các sóng P, Q, S nhỏ nhất cỡ 0.2 - 0.5mV.
• Biên độ lớn nhất là sóng R cỡ 1.5 - 2mV.
• Quãng thời gian tồn tại của sóng :
P – R: 0.12s đến 0.2s
Q – T : 0.35s đến 0.44s
S – T : 0.05s đến0.15s
QRS : 0.05s đến 0,09s
P: 0,05s đến 0,11s
PQ: 0,11s đến 0,2s
Toàn bộ các sóng điện tim gồm :
- Chuyển đạo trước tim V1,V2,V2,V4,V5,V6.
- Chuyển đạo mẫu I ,II, III.
- Chuyển đạo ngoại biên tăng cường aVR, aVL, aVF. Hình1.12: Điện tâm đồ bình thường và các con số ch
ủ yếu

7. Các tín hiệu bệnh tim và một số ví dụ về dạng tín hiệu không bình
thường :
a) Thấp tim:
Dấu hiệu chủ yếu: PQ dài ra; ngoài ra còn có thể có QT dài ra, T dẹt, ST
chênh, P cao hay dẹt, QRS có móc và có các rối loại nhịp. Các dấu hiệu đó


Với các triệu chứng như:
- Triệu chứng quan trọng nhất không thể thiếu được là QRS tiêu biểu, giãn
rộng (>= 0.12s).
- Sóng R giãn rộng có móc ở
đỉnh. Sóng Q và sóng S biến mất.
- Nhánh nội điện muộn quá 0.055s.

Hình1.15: Các triệu chứng của bệnh Bloc nhánh trái hoàn toàn.

18

Chương II: GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN TIM ĐÃ ĐƯỢC
NGHIÊN CỨU

I. Những vấn đề chung của máy điện tim
1.1. Đặc điểm của máy điện tim :

Dòng điện hoạt động của tim là tín hiệu một chiều rất nhỏ biến thiên chậm
nên rất dễ bị ảnh hưởng của các nguyên nhân tác động của bên ngoài như điện
lưới công cộng, các thiết bị điện khác đặt bên cạnh hoặc các nguồn cảm ứng
bên ngoài...Mặt khác nó cũng dễ bị tác động của các dòng điện phát sinh từ
các cơ quan khác như cơ và da bệnh nhân. Nếu việc gắn điện cực lên bệnh
nhân không tiếp xúc tốt thì tín hiệu cũng dễ bị sai lệch.
Khi có các nguồn nhiễu ở bên ngoài tác động lên các điện cực và sẽ được
qua mạch khuyếch đại lên cùng với tín hiệu điện tim. Các tín hiệu nhiễu này
như là các tín hiệu đồ
ng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống
nhiễu tốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha.
Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghép
giữa nguồn tín hiệu đầu vào và mạch khuyếch đại, giữa các tầng khuyếch đại

tiêu kỹ thuật này cũng có thể biểu diễn bằng hằng số thời gian của mạch ghép
tầng. Hằng số thời gian càng lớn thì độ méo tín hiệu càng giảm trong khu vực
tần số thấp. Hạn chế trên là giảm độ méo tín hiệu ở khu vự
c tần số cao. Đôi
khi để tránh can nhiễu do nguồn điện gây ra người ta bố trí các bộ lọc phụ cắt
các tần số 40/50/60Hz.
Để đảm bảo trung thực, các bộ khuyếch đại tín hiệu điện tim cho qua tín
hiệu có tần số 0.05- 100Hz. Giới hạn dưới của dải tần tương ứng với hằng số
thời gian của mạch ghép RC. Nếu hằng số thời gian càng lớ
n càng tốt (xét về
độ trung thực của tín hiệu) song nếu quá lớn thì thời gian phục hồi của bộ
khuyếch đại sẽ quá lâu và nó sẽ rơi vào trạng thái bão hoà.
2) Hệ số méo phi tuyến :
Độ méo cho phép là 5%. Tham số này thể hiện độ chính xác của thiết bị
trong quá trình khuyếch đại tín hiệu đối với tần số khác nhau.
3) Độ nhậy :
Được xác định trên giấy ghi tín hiệu điện tim b
ằng chỉ số mm/mV. Là khả
năng làm lệch đường ghi tính ra mm theo điện áp vào là 1 mV. Thường các
máy điện tim có một số độ nhậy nhất định và có thể chuyển từ độ nhậy này
sang độ nhậy khác(5mm/mV, 10mm/mV...).
4) Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR):
Hệ số khử nhiễu đồng pha lớn hơn 60(CMMR > 60dB)
5) Trở kháng vào :
- Để tái tạo trung thực tín hiệu thì trở kháng vào bộ khuyế
ch đại lớn hơn rất
nhiều so với trở kháng nguồn tín hiệu.
- Với các chuyển đạo mẫu I, II, III thì trở kháng vào của bộ khuyếch đại
phải đạt tới 10MΩ.
6) Hệ số khuyếch đại


CPU
(μP)
Đồng hồ
Lấy mẫu
A/D và

ECG
I/O
Hiển thị bàn
phím, máy in.

I/O
I/O

Băng đĩa từ

RAM

ta ch
ỉ cần đến 8 bit để biểu diễn tín hiệu điện tim (0 –255).
Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu là 5ms, trong khi vi xử lý thực hiện
một lệnh cở μs. Điều đó cho thấy giữa hai lần lấy mẫu vi xử lý có thể thực
hiện được vài nghìn lệnh, số lệnh này đủ để vi xử lý thực hiện một số lệnh
như lưu trữ
, hiển thị, quản lý, phím bấm, báo động, nhận dạng, lọc số. Nhưng
chưa đủ để phân tích phổ kể cả phân tích phổ nhanh FFT.
Thiết bị hiển thị ở đây có thể là màn hình chấm điểm (Bit map) hay màn
hình x,y (Vector), là các LED. Thiết bị lưu trữ như băng đĩa từ.Thiết bị ghi
như máy in kim, lazer, máy in nhiệt hay bút ghi nhiệt. Trong trường hợp
dùng màn hình x, y để hiển thị và bút ghi nhiệt để ghi thì phả
i có bộ chuyển
đổi tương tự số (A/D).
Việc thiết kế hệ điện tim dùng vi xử lý hay máy điện toán ngoài thiết kế
phần cứng như mạch điện,còn phải thiết kế phần mềm để vi xử lý thực hiện
các chức năng đề ra.

22
Ghép nối thiết bị điện tim với máy điện toán đơn giản hơn xây dựng từ vi
xử lý. Công việc phần cứng là thiết kế chế tạo phần điện tim và ghép nối.
Phần ghép nối bao gồm mạch vào/ra, mạch chuyển đổi A/D, D/A (nếu cần).
Phần mềm có thể được viết phần lớn bằng ngôn ngữ bậc cao, phần còn lại
được viế
t bằng ngôn ngữ máy.
23
ChươngIII: PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG HÌNH DÁNG TÍN

1. Nguyên tắc nhận dạng cú pháp tín hiệu :
Nhận dạng cú pháp tín hiệu dựa trên cơ sở các hệ thống toán học trong đó
có hính dạng của một tập được biểu diễn bằng các phần tử của ngôn ngữ hình

24
thức. Quy tắc điều khiển sắp xếp các nguyên hàm tạo thành dạng tín hiệu tuân
theo ngữ pháp sau :
G = (V
T
, V
N
, P, S)
Trong đó :
V
T
– là từ vựng hoặc … biểu diễn câu của ngôn ngữ, thường được biểu
diễn bằng các chữ cái thường (từ: a… z)
V
N
– là từ vựng hay chữ cái không tận cùng, thường được biểu diễn
bằng chữ cái in hoa.
P - là tập hợp các quy tắc cấu tạo cho phép xây dựng đầy đủ một
câu từ các chữ cái.
S - là định lý của ngữ pháp hay kí hiệu cấu tạo liên quan tới V
N
.
Khi các nguyên hàm của một dạng cho trước được xác định, quá trình
nhận dạng tín hiệu được tiến hành phân tích cú pháp của “ câu “ xem cú pháp
này có được viết đúng theo quy tắc đã được định nghĩa bằng ngữ pháp của
quá trình hay không.