LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn gồm ba phần lớn: đầu tiên là phần nêu tổng quan lý thuyết đề tài, tiếp theo là phần thiết kế và thi công mạch và cuối cùng là phần kết luận cho bài luận văn.
Mở đầu là phần thứ nhất: Tổng quan lý thuyết đề tài bao gồm các phần nhỏ đi vào tìm hiểu các vấn đề liên quan đến điện tâm đồ, gồm có hai chương:
Chương thứ nhất, nêu lên khái niệm cơ bản của điện tâm đồ cùng với lịch sử hình thành của máy điện tâm đồ.
Chương thứ hai của luận văn là phần nói về nguyên lý hoạt động của máy điện tâm đồ. Trong chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về giải phẫu của tim người, quá trình hình thành một tín hiệu điện tim, cách mắc một chuyển đạo để ghi điện tim, đặc điểm của một tín hiệu điện tim, một số đặc điểm của máy, nêu ra được sơ đồ khối của một máy điện tâm đồ. Đồng thời chúng em cũng tìm hiểu cơ bản về một số thông số kỹ thuật cũng như các linh kiện đi kèm theo máy điện tâm đồ.
Tiếp theo đó là phần thứ hai, và cũng là phần chính của bài luận văn này. Đây là phần thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Trong phần này nội dung được tìm hiểu theo từng chương nhỏ.
Chương thứ nhất: Giới thiệu về mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Tại đây, chúng em đã nêu ra được sơ đồ khối của mạch khuếch đại – lọc, tìm hiểu sơ lược về bộ khuếch đại – lọc nhiễu trong máy điện tâm đồ.
Tiếp đến là chương thứ hai: Giới thiệu các linh kiện chủ yếu trong mạch. Chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về vi mạch khuếch đại thuật toán hay còn gọi là Opamp; sau đó chúng em đi tìm hiểu chi tiết về con IC AD620, IC OP07, cùng một số linh kiện khác như: điện trở, biến trở, diode và tụ điện mà chúng em sử dụng trong mạch.
Ở chương cuối: Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Trong chương này, chúng em sẽ tiến hành thiết kế và mô phỏng mạch trên phần mềm
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Cao Thị Mộng Hằng
vii
Proteus 7.8 Professional. Cuối chương là một số hình ảnh thực tế về mạch khuếch đại – lọc mà nhóm chúng em đã làm được.
Phần cuối cùng là phần kết thúc của bài luận văn, trong phần này chúng em đưa ra những kết quả mà chúng em đã đạt được cũng như hướng phát triển thêm cho đề tài của chúng em.
Luận văn “Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ” đã đi sâu vào nguyên lý hoạt động và cho biết chức năng của máy phù hợp và nhất thiết như thế nào cho ngành y học. Máy điện tâm đồ là một thiết bị hỗ trợ không thể thiếu trong bệnh viện nhằm đảm nhận và thay thế công việc nội bộ của các y bác sỹ và nhân viên trong bệnh viện, phần nào giúp giảm thời gian và tăng mức độ làm việc chính xác của máy, mặt khác điều quan trọng hơn là kết quả mà ta cần thu, được cải thiện chính xác và tốt hơn rất nhiều. Cuối cùng luận văn đã thành công sau những gì khảo sát máy và tìm hiểu những ứng dụng của máy và thiết kế mạch mô phỏng cho thiết bị.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
viii
Đề mục
Trang
MỤC LỤC
Phần 1: Tổng quan lý thuyết đề tài ........................................................................ 1 Chương I: Giới thiệu về máy điện tâm đồ ............................................................... 2
1.1. Đại cương ....................................................................................................... 2
1.2. Quá trình hình thành máy điện tâm đồ ........................................................... 2
Chương II: Nguyên lý hoạt động máy điện tâm đồ ................................................ 6 2.1. Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim ......................................... 6 2.1.1. Giải phẫu sinh lý của tim ........................................................................... 6 2.1.2. Đặc tính điện sinh lý học cơ tim và hệ thống dẫn truyền tim .................. 11 2.2. Ghi điện tim .................................................................................................. 14 2.2.1. Cơ sở hình thành điện thế tế bào .............................................................. 14 2.2.2. Cơ sở hình thành tín hiệu điện tim ........................................................... 18
2.2.2.1. 2.2.2.2. 2.2.2.3.
Giai đoạn khử cực tim ..................................................................... 18 Giai đoạn tái cực tim ....................................................................... 19 Các giai đoạn tạo sóng ..................................................................... 19
a) Nhĩđồ.....................................................................................................19 b) Thất đồ ................................................................................................... 21 c) Tâmtrương.............................................................................................28 d) Truyền đạt nhĩ – thất .............................................................................. 28
2.3.
2.3.1. Chuyển đạo ngoại vi ................................................................................. 29 2.3.2. Chuyển đạo đơn cực chi ........................................................................... 30 2.3.3. Chuyển đạ trước tim ................................................................................. 32
2.4. Đặc điểm tín hiệu điện tim ........................................................................... 33
2.5. Những giá trị cần đo từ điện tâm đồ ............................................................. 34
2.6. Đặc điểm máy điện tim ................................................................................ 34
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Các chuyển đạo để ghi điện tim ................................................................... 29
ix
2.7. Sơ đồ khối máy điện tâm đồ ......................................................................... 36
2.8. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy điện tâm đồ ..................................... 36
2.8.1. Dãi thông tần của máy .............................................................................. 36 2.8.2. Hệ số méo phi tuyến ................................................................................. 37 2.8.3. Độ nhạy .................................................................................................... 37 2.8.4. Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR) ........................................................ 37 2.8.5. Trở kháng vào .......................................................................................... 37 2.8.6. Hệ số khuếch đại ...................................................................................... 37 2.8.7. Dòng dò .................................................................................................... 38 2.9. Linh kiện kèm theo máy ............................................................................... 38 2.9.1. Bộ điện cực và cáp dẫn ............................................................................ 38 2.9.2. Cáp nguồn ................................................................................................ 39 2.9.3. Cáp nối đất ............................................................................................... 39 2.9.4. Giấy ghi điện tim ...................................................................................... 40 2.10. Một số hình ảnh máy điện tâm đồ ................................................................ 42 Phần 2: Thiết kế và thi công mạch ....................................................................... 43 Chương I: Giới thiệu mạch .................................................................................... 44
1.1. Sơ đồ khối ..................................................................................................... 44
1.2. Bộ khuếch đại lọc nhiễu ............................................................................... 44
1.2.1. Bộ khuếch đại ........................................................................................... 44 1.2.2. Bộ lọc nhiễu ............................................................................................. 46 1.3. Kết luận ........................................................................................................ 51 Chương II: Giới thiệu về các linh kiện chủ yếu của khối mạch .......................... 52 2.1. Vi mạch khuếch đại thuật toán (Opamp)....................................................... 52 2.1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 52 2.1.2. Cấu tạo Opamp ......................................................................................... 52 2.1.3. Ký hiệu Opamp ........................................................................................ 53 2.1.4. Tính chất cơ bản của Opamp .................................................................... 54
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
x
2.1.5. Đặc tính truyền đạt của Opamp ................................................................ 56 2.2. Giới thiệu sơ lược về IC AD620 ................................................................... 57 2.2.1. Mô tả IC AD620 ....................................................................................... 57 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của IC AD620 ........................................................ 58 2.2.3. Một số ưu điểm của IC AD620 ................................................................ 60 2.2.4. Ngõ vào và ngõ ra của điện áp chỉnh về 0 ............................................... 61 2.2.5. Tăng độ lợi ............................................................................................... 61 2.2.6. Bảo vệ đầu vào ......................................................................................... 62 2.2.7. Sơ đồ chân IC AD620 .............................................................................. 63 2.2.8. Hình ảnh thực tế IC AD620 ..................................................................... 64
2.3. Giới thiệu sơ lược về IC OP07 ..................................................................... 64
2.4. Giới thiệu sơ lược về điện trở ....................................................................... 66
2.5. Giới thiệu sơ lược về biến trở ....................................................................... 68
2.6. Giới thiệu sơ lược về tụ điện ........................................................................ 69
2.7. Giới thiệu sơ lược về Diode chỉnh lưu ......................................................... 70
Chương III: Thiết kế và thi công mạch.................................................................. 71
3.1. Thiết kế mạch khuếch đại lọc ....................................................................... 71
3.2. Sơ đồ khối mạch khuếch đại lọc nhiễu ......................................................... 72
3.3. Sơ đồ nguyên lý – thiết kế trên phần mềm Proteus Professional ................. 73
3.3.1. Mạch khuếch đại lọc ................................................................................ 74 3.3.2. Mạch nhận tín hiệu ................................................................................... 74 3.3.3. Mạch khuếch đại đo ................................................................................. 75 3.3.4. Mạch lọc thông cao .................................................................................. 75 3.3.5. Mạch lọc thông thấp ................................................................................. 76 3.3.6. Mạch lọc tầm số 50Hz .............................................................................. 76 3.3.7. Mạch ngõ ra .............................................................................................. 77 3.3.8. Sơ đồ mạch in của mạch khuếch đại lọc .................................................. 77 3.3.9. Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch ............................................................. 78
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xi
3.3.10.Kết quả mạch khuếch đại lọc ................................................................... 79 3.4. Thiết kế mạch tạo điện áp chuẩn (bộ nguồn) ............................................... 80
Phần 3: Kết luận và hướng phát triển đề tài ....................................................... 82
I.
1.
2.
II. III.
Kết quả đề tài ............................................................................................... 83 Những điều đã làm được .............................................................................. 83 Những hạn chế .............................................................................................. 84 Hướng phát triển đề tài ............................................................................... 84 Kết luận ........................................................................................................ 85
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 86
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình vẽ: Trang
Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn .................................................. 3 Hình 2: Dạng sóng điện tim ....................................................................................... 4 Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambrige Scientific Instrument năm 1911 ................................................................................................. 5 Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người ........................................................................ 7 Hình 5: Sợi cơ tim ..................................................................................................... 8 Hình 6: Vị trí nút xoang và bó His trong giải phẫu tim ........................................... 11 Hình 7: Chu chuyển tim .......................................................................................... 13 Hình 8: Hướng di chuyển của dòng máu trong quá trình chu chuyển .................... 14 Hình 9: Sự khử cực và tái cực ................................................................................. 16 Hình 10: Điện thế hoạt động ................................................................................... 17 Hình 11: Hình dạng sóng P ..................................................................................... 19 Hình 12: Nhĩ đồ ....................................................................................................... 20 Hình 13: Phức bộ sóng QRST ................................................................................. 21 Hình 14: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS ........................... 23 Hình 15: Điểm J trong sóng điện tâm đồ ................................................................. 24 Hình 16: Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T ............................................... 26 Hình 17: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kỳ tâm thu – trương trên điện tâm đồ ............................................................................................................................. 27 Hình 18: Cách mắc chuyển đạo ngoại vi ................................................................. 30 Hình 19: Sơ đồ mắc chuyển đạo đơn cực chi .......................................................... 31 Hình 20: Vị trí đặt điện cực thăm dò của 6 chuyển đạo trước tim thông dụng ....... 32 Hình 21: Bộ phức của sóng điện tim và biên độ ..................................................... 33 Hình 22: Điện cực ngực ........................................................................................... 39 Hình 23: Điện cực chi .............................................................................................. 39
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xiii
Hình 24: Cáp dẫn ..................................................................................................... 39 Hình 25: Giấy ghi điện tim ...................................................................................... 40 Hình 26: Giấy ghi điện tim và cách tính thời gian biên độ giấy ghi điện tim ......... 41 Hình 27: Máy điện tim 1 kênh Kaden ECG – 901A ............................................... 42 Hình 28: Máy điện tim 3 kênh Kaden ECG 903 ..................................................... 42 Hình 29: Máy điện tim 6 kênh Fukuda FX 7302 .................................................... 42 Hình 30: Máy điện tim 12 kênh Edan SE 12 Express ............................................. 42 Hình 31: Phức bộ điện tim cơ bản ........................................................................... 44 Hình 32: Tín hiệu điện tim bị nhiễu do điện nguồn ................................................ 45 Hình 33: Bộ mạch khuếch đại vi sai ........................................................................ 46 Hình 34: Mạch Driven – Righte – Leg .................................................................... 47 Hình 35: Mạch lọc Notch ........................................................................................ 48 Hình 36: Bộ lọc thông thấp ..................................................................................... 48 Hình 37: Bộ lọc thông cao ....................................................................................... 49 Hình 38: Phổ của tín hiệu điện tim khi chưa lọc ..................................................... 49 Hình 39: Tín hiệu sau khi qua bộ lọc ...................................................................... 50 Hình 40: Tín hiệu điện sinh học đã lọc nhiễu .......................................................... 50 Hình 41: Cấu tạo của Opamp lý tưởng .................................................................... 52 Hình 42: Ký hiệu Opamp ........................................................................................ 53 Hình 43: Đặc tính truyền đạt của Opamp ................................................................ 56 Hình 44: Vi mạch thể hiện tính ổn định thời gian của IC AD620 ........................... 58 Hình 45: Sơ đồ đơn giản IC AD620 ........................................................................ 59 Hình 46: Sơ đồ chân IC AD620 .............................................................................. 63 Hình 47: IC AD620 ngoài thị trường ...................................................................... 64 Hình 48: Sơ đồ đơn giản IC OP07 ........................................................................... 65 Hình 49: Sơ đồ chân IC OP07 ................................................................................. 65 Hình 50: IC OP07 thực tế ........................................................................................ 66 Hình 51: Ký hiệu điện trở ........................................................................................ 67
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xiv
Hình 52: Điện trở thực tế ......................................................................................... 67 Hình 53: Ký hiệu biến trở ........................................................................................ 68 Hình 54: Biến trở thực tế ......................................................................................... 68 Hình 55: Ký hiệu tụ điện ......................................................................................... 69 Hình 56: Các loại tụ điện ......................................................................................... 69 Hình 57: Ký hiệu và mô phỏng Diode ..................................................................... 70 Hình 58: Diode và phân loại .................................................................................... 70 Hình 59: Mạch khuếch đại lọc sử dụng IC AD620 ................................................. 71 Hình 60: Khuếch đại thuật toán ............................................................................... 72 Hình 61: Mạch khuếch đại lọc trên phần mềm Proteus Professional ...................... 73 Hình 62: Mô phỏng mạch khuếch đại AD620 ........................................................ 74 Hình 63: Mô phỏng mạch nhận tín hiệu .................................................................. 74 Hình 64: Mô phỏng mạch khuếch đại đo tín hiệu ................................................... 75 Hình 65: Mô phỏng mạch lọc thông cao ................................................................. 75 Hình 66: Mô phỏng mạch lọc thông thấp ................................................................ 76 Hình 67: Mô phỏng mạch lọc tần số 50Hz .............................................................. 76 Hình 68: Mô phỏng mạch ngõ ra của tín hiệu ......................................................... 77 Hình 69: Mạch in ..................................................................................................... 77 Hình 70: Mạch in thực tế ......................................................................................... 78 Hình 71: Sơ đồ bố trí linh kiện ................................................................................ 78 Hình 72: Mô hình 3D các linh kiện cho toàn mạch ................................................. 79 Hình 73: Mạch sau khi thiết kế và thi công ............................................................. 79 Hình74:Sơđồbộđôinguồn±12Vvànguồn+5V ..............................................80 Hình 75: Mạch nguồn ± 12V và nguồn + 5V đã thi công ....................................... 81
Sơ đồ Trang
Sơ đồ khối máy điện tâm đồ .................................................................................... 36 Sơ đồ tổng quát mạch khuếch đại – lọc nhiễu ......................................................... 44
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xv
Sơ đồ chi tiết mạch khuếch đại – lọc nhiễu ............................................................. 72
Bảng biểu Trang
Bảng 1: Quá trình truyền xung động của một chu kỳ tim ....................................... 29 Bảng 2: Tính chất của Opamp ................................................................................. 55 Bảng 3: Giá trị độ lợi điện trở của IC AD620 ......................................................... 62
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xvi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt
1. cm2
2. mm
3. s
4. mm/s
5. mV
6. V-μV
7. m/s
8. Hz
9. kHz
10. MHz
11. dB
12. DC
13. AC
14.
15. Ω-kΩ
16. A
17. nA
18. °C
19. IC
20. ECG
21. LA
22. RA
23. RL
24. IC
25. ADC
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Cụm từ đầy đủ
Centimet vuông Millimet
Giây Millimet/giây Millivolt
Volt - microvolt Met/giây
Hertz
KiloHertz MegaHertz Decibel
Dòng 1 chiều
Dòng xoay chiều
Vô cùng
Ohm–kilo Ohm
Amle
Nanô Ampe
Độ C
Vi mạch hay chip
Điện tâm đồ
Tay trái
Tay phải
Chân phải
Vi mạch tích hợp
Bộ chuyển đổi số tương tự
xvii
26. DRL
27. WPW
28. CMMR
Mạch điều khiển chân trái
Hội chứng Wolff-Parkinson-White Hệ số khử nhiễu đồng pha
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xviii
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
Phần 1:
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
1
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ
1.1. Đại cương :
Điện tâm đồ (Electrocardiogram) là đồ thị ghi những thay đổi của dòng điện trong tim. Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển bởi một hệ thống dẫn truyền trong cơ. Những dòng điện tuy rất nhỏ khoảng một phần nghìn volt, nhưng có thể dò thấy được từ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân sau đó chuyển đến máy ghi. Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện ra các bệnh lý của tim như: rối loạn nhịp tim, suy tim, hở van tim, nhồi máu cơ tim ...
1.2. Quá trình hình thành máy điện tâm đồ :
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Những kiến thức đầu tiên về điện sinh học được bắt đầu với quan sát của nhà giải phẫu học người Italia L.Galvani năm 1787. Galvini nhận thấy cơ đùi của con ếch co lại khi trải qua quá trình phóng điện. Galvani đã đặt giả thiết về dòng điện trong động vật, ý tưởng này đã vấp phải sự phản đối của nhiều người. Chỉ sau khi những điện kế (galvanometer) có độ nhạy cao được chế tạo bởi Nobili năm 1825, người ta mới có thể chứng minh có sự phóng điện và dòng điện trong cơ thể con ếch.
Năm 1843, Matteucci chứng minh rằng có thể đo dòng điện từ cơ tim nghỉ. Sau đó, DuBois - Reymond đã nghiên cứu kỹ hơn về hiện tượng này và phát hiện sự liên hệ giữa sự thay đổi dòng điện với sự co cơ, họ gọi hiện tượng này bằng thuật ngữ “thế hoạt động” (action potential).
Năm 1878, Engelmann là người đầu tiên giới thiệu biểu đồ theo thời gian sự dao động điện thế của tim ếch.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
2
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Augustus Desiree Waller là người đầu tiên ghi được điện thế tương ứng với nhịp đập của tim từ bề mặt cơ thể người vào khoảng năm 1887 – 1888. Waller đã sử dụng điện kế mao dẫn do nhà vật lý người Pháp Gabriel Lippmann phát minh năm 1873.
Trong tĩnh điện kế mao dẫn, một phim ảnh chuyển động được phơi sáng cùng với một ống kính mao dẫn đầy acid sunfuric và thủy ngân. Giao diện của nó chuyển động để đáp ứng lại điện trường. Độ nhạy của tĩnh điện mao dẫn là khoảng 1mV, nhưng thời
gian đáp ứng của nó là rất kém.
Điện kế mao dẫn được chế tạo bởi Lippmann năm 1873. Thiết bị hoạt động dựa trên sự phân cực và sức căng bề mặt tại nơi tiếp xúc của thủy ngân và acid sunfuric.
Điện thế được đặt vào hai đầu ống bằng dây nối với thủy ngân và acid sunfuric. Nếu điện thế hai đầu thay đổi, bề mặt cong của cột thủy ngân sẽ di động theo. Ta có thể quan sát sự thay đổi này bằng kính lúp hay chiếu trên một màn hình.
Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
3
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Năm 1890, George J. Burch phát minh ra một phương pháp số học để hiệu chỉnh sự dao động quan sát được của điện kế. Điều này cho phép xem được dạng sóng thực nhưng phải trải qua các tính toán rất phức tạp. Năm 1893, nhà khoa học người Hà Lan Willem Einthoven đã đưa ra một phương pháp hiệu chỉnh khác để đoán một dạng sóng gần với dạng sóng điện tim “thực”, dạng sóng này gồm 5 điểm uốn mà ông đặt tên là P, Q, R, S, T. Ông cũng đưa ra khái niệm đồ thị điện tim (electrocardiograph) và biểu diễn của ông được sử dụng cho đến ngày nay.
Hình 2: Dạng sóng điện tim.
Năm 1900, Einthoven tiếp tục phát triển một loại điện kế mới mà ông gọi là “string galvanometer” (điện kế dây) cho phép ghi tín hiệu điện tim hay các tín hiệu biến đổi theo thời gian khác tốt hơn. Thiết bị ghi điện tim đầu tiên của Einthoven gồm một điện kế dây, bóng đèn cong, hệ thống chiếu và camera. Nó nặng khoảng 300 kg và cần 5 người vận hành. Sau đó, nhiều công ty tìm cách thiết kế lại hệ thống này để có thể đưa
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
4
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ra thị trường, một trong các thiết kế được nhiều người biết nhất là của công ty Cambridge Scientific Instrument (Anh).
Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambridge Scientific Instrument năm 1911.
Sử dụng các kiến thức từ nghiên cứu của Einthoven, Sir Thomas Lewis và các đồng nghiệp đã nghiên cứu để tìm hiểu ý nghĩa của đồ thị điện tim. Năm 1913, họ đã cùng xuất bản một công trình khoa học đặt ra các tiêu chuẩn về điện cực điện tim, cũng như mở đầu cho việc sử dụng đồ thị điện tim như là một công cụ không xâm lấn trong
chẩn đoán chức năng tim mạch. Năm 1924, Einthoven được tặng giải Nobel Y học cho những phát hiện về cơ chế của đồ thị điện tim. Sau đó, các nhà khoa học đã tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện lý thuyết về tín hiệu điện tim cũng như phát triển các thiết kế máy điện tim mới.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
5
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II:
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ
2.1. Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim :
2.1.1. Giải phẫu và sinh lý của tim :
Tim người có hình nón, màu đỏ nằm ngay trên cơ hoành giữa hai lá phổi. Đỉnh tim nằm sát phía trong phổi trái. Trục của trái tim đi từ sau ra trước, từ phải qua trái và từ trên xuống dưới.
Tim gồm 4 buồng : Hai tâm nhĩ và hai tâm thất hợp thành hai ngăn: tim phải và tim trái. Động mạch chủ và động mạch phổi xuất phát từ tâm thất trái và tâm thất phải có lỗ động mạch và có các van tổ chim hay còn gọi là van bán nguyệt đóng mở. Tĩnh mạch phổi đổ về tâm nhĩ trái, tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới đồ về tâm nhĩ phải qua các lỗ tĩnh mạch không có van đóng mở.
Cáclỗnhĩthấtkhárộngtừ4–6cm2 cócácvanđóngmở.Lỗnhĩthấttráicóvan hai lá, lỗ nhĩ thất phải có van ba lá. Bên trong là lớp nội tâm mạc, ở giữa là cơ tim, bên ngoài bao bởi một túi có hai màng: màng trong và màng ngoài được gọi là màng bao tim.
Về giải phẫu, mặc dù tim là một cơ quan nhưng về chức năng tim được chia thành hai máy bơm: phải và trái, mỗi bên có một tâm nhĩ và một tâm thất. Những tâm nhĩ là những buồng có áp lực thấp, thành mỏng và có chức năng như một bình chứa dẫn máu về tâm thất, trong khi tâm thất hoạt động như những buồng bơm quan trọng chính để bơm máu ra ngoại biên. Thất phải có thể tích nhỏ và thành mỏng hơn thất trái. Thất trái nhận máu tĩnh mạch của tổ chức (máu mất Oxy) và bơm vào tuần hoàn phổi. Trong khi thất trái có thành rất dày vì nhận máu tĩnh mạch phổi (máu chứa Oxy) và bơm máu qua động mạch chủ vào hệ thống tuần hoàn lớn đi khắp cơ thể.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
6
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người.
Tim người có khả năng co bóp tự động nhờ hệ thống cơ tim với các sợi biệt hóa làm nhiệm vụ tạo ra và dẫn truyền xung thần kinh, kích thích các cơ hoạt động. Tim người được cấu thành bởi ba loại cơ tim: cơ nhĩ, cơ thất và những sợi cơ có tính kích thích – dẫn truyền đặc biệt.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
7
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Cơ nhĩ, cơ thất có hoạt động co rút giống cơ vân, loại còn lại co rút yếu hơn nhưng cũng có tính nhịp điệu và dẫn truyền nhanh các xung động trong tim.
Các tế bào cơ tim là những tế bào nhỏ, có vân, chia nhánh và chỉ có một nhân. Các tế bào cơ tim có các cầu nối, kết với nhau thành một khối vững chắc, có những đoạn màng tế bào hòa vào nhau.
Hình 5: Sợi cơ tim.
Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, hoạt động như một đơn vị duy nhất khi đáp ứng với kích thích, lan truyền điện thế giữa các sợi cơ tim nhanh chóng qua các cầu
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
8
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
nối. Sự lan truyền điện thế từ nhĩ xuống thất được dẫn qua một đường dẫn truyền đặc biệt gọi là bộ nối nhĩ – thất.
Các sợi cơ tim chứa nhiều ty tạp thể và mạch máu, phù hợp với đặc tính hoạt động ái khí của tim. Thành phần chủ yếu của tế bào cơ tim là các tơ cơ (myofibrille), chứa các sợi dày (myosin) và sợi mỏng (actin, tropomyosin, troponin), sự co rút của chúng gây ra co rút toàn bộ tế bào cơ tim. Xung quanh các sợi cơ có mạng nội sinh cơ chất (reticulum sarcoplasmique) là nơi dự trữ canxi.
Cơ tim gồm những sợi cơ vân đặc biệt liên kết với nhau thành một cầu lan truyền, trong cơ tim có những tế bào đặc biệt hóa có chức năng phát động và dẫn truyền xung động từ sợi này sang sợi kia làm cho tim đập đều đặn. Cấu tạo đặc biệt đó là tổ chức “nút” và hệ thống dẫn truyền. Hệ thống gồm có:
Nút xoang nhĩ : Được Keith và Flack tìm ra năm 1907, có hình dấu phẩy, dài từ 10 - 35mm và rộng từ 2 - 5mm, gồm các tế bào có khả năng tự tạo xung điện (electric impulse), nằm ở vùng tiếp giáp giữa tĩnh mạch chủ trên và tâm nhĩ phải, kích thước 15 x 3 x 2mm. Xung điện này truyền ra các cơ chung quanh làm co bóp hai tâm nhĩ (tạo nên sóng P trên Điện Tâm đồ). Nút xoang nhĩ là nút dẫn nhịp của tim, phát xung khoảng 100 lần/phút. Nhịp đập theo nút này gọi là nhịp xoang.
Các đường gian nhĩ nút : Sự dẫn truyền trong tâm nhĩ theo ba bó cơ tim chứa các sợi cơ loại purkinze tạo thành ba đường trung gian nhĩ nút: trước – giữa – sau. Giữa cả ba sợi này có các sợi liên kết lại ngay phía nút nhĩ – thất. Một số sợi này không đi vào nút nhĩ – thất mà bắt cầu qua nút nhĩ – thất. Chúng có thể đi trở lại vào hệ dẫn truyền ở một khoảng xa (phía dưới nút nhĩ – thất).
Nút nhĩ – thất : Được Tawara tìm ra từ năm 1906, có hình bầu dục, mặt phải lõm, mặt trái lồi, dài 5 - 7mm, rộng 2 - 5mm, dày 1,5 – 2mm. Nút nhĩ – thất tiếp nhận xung điện từ nút xoang nhĩ thông qua một chuỗi các tế bào đặc biệt đan với nhau chằng chịt; làm cho xung động qua đây bị chậm lại và dễ bị block (chặn). Nút nhĩ – thất nằm ở phía bên phải và phía sau vách liên nhĩ, giữa lá trong van ba lá và lỗ xoang tĩnh
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
9
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
mạch vành, kích thước 6 x 3 x 1mm. Nút nhĩ – thất phát xung với nhịp tim khoảng 50 – 60 lần/phút.
Bó His (bó nhĩ thất) : Được His mô tả từ năm 1893, rộng 1 - 3mm, nối tiếp với nút nhĩ thất; đi trong vách liên thất, ngay dưới mặt phải của vách đến mỏm tim và chia thành hai nhánh phải và trái cho mỗi bên thất, kích thước 2 – 4mm, dài khoảng 20mm. Tại đây chúng phân nhánh tạo thành mạng Purkinje bao bọc khắp tâm thất từ lớp dưới nội tâm mạc vào sâu cơ tim đi đến các cơ cột trụ hay còn gọi là cơ nhú của van nhĩ – thất. Phát xung với nhịp khoảng 30 – 40 lần/phút.
Cấu tạo bó His gồm các sợi dẫn truyền nhanh đi song song và các tế bào có tính tự động cao. Vì bó His và nút nhĩ thất nối tiếp với nhau không có ranh giới rõ rệt, rất khó phân biệt về mặt tổ chức học nên được gọi chung là bộ nối nhĩ – thất.
Bó nhánh trái và phải : Bó nhánh trái ngắn hơn bó nhánh phải và nó chia thành hai nhánh nhỏ nữa: trái trước và trái sau. Nhánh phải và trái chia nhỏ và đan vào nhau như một lưới bọc hai tâm thất. Mạng này đi ngay dưới màng trong tâm thất và đi sâu vài milimet vào bề dày của lớp cơ. Có nhiệm vụ dẫn truyền xung động qua các bó nhánh thông thường không biểu hiện trên điện tâm đồ.
Mạng Purkinze : Xung động từ các bó nhánh trái và phải đi vào nhiều phần phân nhánh nhỏ của mạng Purkinze đến các tế bào cơ tim của thất và gây ra sự khử cực tâm thất. Xung động đi từ nội tâm mạc ra lớp ngoại tâm mạc của cơ tim.
HainhánhbóHisvàmạngPurkinjerấtgiàucáctếbàocótínhtựđộngcao có thể tạo nên các chuỗi nhịp tâm thất.
Cơ tim và hệ thống dẫn truyền được nuôi dưỡng bởi hệ thống động mạch vành. Hệ thống dẫn truyền tim chịu chi phối bởi các nhánh thần kinh giao cảm, phó giao cảm có nhiệm vụ điều hòa hoạt động của tim.
AD620 là một bộ khuếch đại đo đạc nguyên khối dựa trên sự thay đổi của các phương pháp tiếp cận ba opamp cổ điển. Cắt giảm giá trị tuyệt đối cho phép người dùng lập trình chính xác độ lợi (0,15% tại G = 100) với chỉ có một điện trở. Cấu trúc nguyên khối và laser cắt mỏng cho phép ghép kín và theo dõi các thành phần mạch, do đó đảm bảo mức độ cao về hiệu suất vốn có trong mạch này.
Hình 44: Vi mạch thể hiện tính ổn định thời gian của IC AD620.
Transistors đầu vào Q1 và Q2 cung cấp một cặp đầu vào lưỡng cực duy nhất cho độ chính xác cao (hình 44). Hiện tại chưa cung cấp đầu vào có sai số hệ thống thấp hơn 10x nhờ có xứ lý Superβeta. Thông tin phản hồi thông qua các vòng Q1 - A1 - R1 và vòng lặpQ2 -A2-R2 duytrìliêntụcthuhiệntạicủacácthiếtbịđầuvàoQ1 vàQ2,dođóhòa với điện áp đầu vào qua các điều chỉnh tăng điện trở RG bên ngoài. Điều này tạo ra một
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn gồm ba phần lớn: đầu tiên là phần nêu tổng quan lý thuyết đề tài, tiếp theo là phần thiết kế và thi công mạch và cuối cùng là phần kết luận cho bài luận văn.
Mở đầu là phần thứ nhất: Tổng quan lý thuyết đề tài bao gồm các phần nhỏ đi vào tìm hiểu các vấn đề liên quan đến điện tâm đồ, gồm có hai chương:
Chương thứ nhất, nêu lên khái niệm cơ bản của điện tâm đồ cùng với lịch sử hình thành của máy điện tâm đồ.
Chương thứ hai của luận văn là phần nói về nguyên lý hoạt động của máy điện tâm đồ. Trong chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về giải phẫu của tim người, quá trình hình thành một tín hiệu điện tim, cách mắc một chuyển đạo để ghi điện tim, đặc điểm của một tín hiệu điện tim, một số đặc điểm của máy, nêu ra được sơ đồ khối của một máy điện tâm đồ. Đồng thời chúng em cũng tìm hiểu cơ bản về một số thông số kỹ thuật cũng như các linh kiện đi kèm theo máy điện tâm đồ.
Tiếp theo đó là phần thứ hai, và cũng là phần chính của bài luận văn này. Đây là phần thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Trong phần này nội dung được tìm hiểu theo từng chương nhỏ.
Chương thứ nhất: Giới thiệu về mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Tại đây, chúng em đã nêu ra được sơ đồ khối của mạch khuếch đại – lọc, tìm hiểu sơ lược về bộ khuếch đại – lọc nhiễu trong máy điện tâm đồ.
Tiếp đến là chương thứ hai: Giới thiệu các linh kiện chủ yếu trong mạch. Chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về vi mạch khuếch đại thuật toán hay còn gọi là Opamp; sau đó chúng em đi tìm hiểu chi tiết về con IC AD620, IC OP07, cùng một số linh kiện khác như: điện trở, biến trở, diode và tụ điện mà chúng em sử dụng trong mạch.
Ở chương cuối: Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ. Trong chương này, chúng em sẽ tiến hành thiết kế và mô phỏng mạch trên phần mềm
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Cao Thị Mộng Hằng
vii
Proteus 7.8 Professional. Cuối chương là một số hình ảnh thực tế về mạch khuếch đại – lọc mà nhóm chúng em đã làm được.
Phần cuối cùng là phần kết thúc của bài luận văn, trong phần này chúng em đưa ra những kết quả mà chúng em đã đạt được cũng như hướng phát triển thêm cho đề tài của chúng em.
Luận văn “Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ” đã đi sâu vào nguyên lý hoạt động và cho biết chức năng của máy phù hợp và nhất thiết như thế nào cho ngành y học. Máy điện tâm đồ là một thiết bị hỗ trợ không thể thiếu trong bệnh viện nhằm đảm nhận và thay thế công việc nội bộ của các y bác sỹ và nhân viên trong bệnh viện, phần nào giúp giảm thời gian và tăng mức độ làm việc chính xác của máy, mặt khác điều quan trọng hơn là kết quả mà ta cần thu, được cải thiện chính xác và tốt hơn rất nhiều. Cuối cùng luận văn đã thành công sau những gì khảo sát máy và tìm hiểu những ứng dụng của máy và thiết kế mạch mô phỏng cho thiết bị.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
viii
Đề mục
Trang
MỤC LỤC
Phần 1: Tổng quan lý thuyết đề tài ........................................................................ 1 Chương I: Giới thiệu về máy điện tâm đồ ............................................................... 2
1.1. Đại cương ....................................................................................................... 2
1.2. Quá trình hình thành máy điện tâm đồ ........................................................... 2
Chương II: Nguyên lý hoạt động máy điện tâm đồ ................................................ 6 2.1. Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim ......................................... 6 2.1.1. Giải phẫu sinh lý của tim ........................................................................... 6 2.1.2. Đặc tính điện sinh lý học cơ tim và hệ thống dẫn truyền tim .................. 11 2.2. Ghi điện tim .................................................................................................. 14 2.2.1. Cơ sở hình thành điện thế tế bào .............................................................. 14 2.2.2. Cơ sở hình thành tín hiệu điện tim ........................................................... 18
2.2.2.1. 2.2.2.2. 2.2.2.3.
Giai đoạn khử cực tim ..................................................................... 18 Giai đoạn tái cực tim ....................................................................... 19 Các giai đoạn tạo sóng ..................................................................... 19
a) Nhĩđồ.....................................................................................................19 b) Thất đồ ................................................................................................... 21 c) Tâmtrương.............................................................................................28 d) Truyền đạt nhĩ – thất .............................................................................. 28
2.3.
2.3.1. Chuyển đạo ngoại vi ................................................................................. 29 2.3.2. Chuyển đạo đơn cực chi ........................................................................... 30 2.3.3. Chuyển đạ trước tim ................................................................................. 32
2.4. Đặc điểm tín hiệu điện tim ........................................................................... 33
2.5. Những giá trị cần đo từ điện tâm đồ ............................................................. 34
2.6. Đặc điểm máy điện tim ................................................................................ 34
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Các chuyển đạo để ghi điện tim ................................................................... 29
ix
2.7. Sơ đồ khối máy điện tâm đồ ......................................................................... 36
2.8. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy điện tâm đồ ..................................... 36
2.8.1. Dãi thông tần của máy .............................................................................. 36 2.8.2. Hệ số méo phi tuyến ................................................................................. 37 2.8.3. Độ nhạy .................................................................................................... 37 2.8.4. Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR) ........................................................ 37 2.8.5. Trở kháng vào .......................................................................................... 37 2.8.6. Hệ số khuếch đại ...................................................................................... 37 2.8.7. Dòng dò .................................................................................................... 38 2.9. Linh kiện kèm theo máy ............................................................................... 38 2.9.1. Bộ điện cực và cáp dẫn ............................................................................ 38 2.9.2. Cáp nguồn ................................................................................................ 39 2.9.3. Cáp nối đất ............................................................................................... 39 2.9.4. Giấy ghi điện tim ...................................................................................... 40 2.10. Một số hình ảnh máy điện tâm đồ ................................................................ 42 Phần 2: Thiết kế và thi công mạch ....................................................................... 43 Chương I: Giới thiệu mạch .................................................................................... 44
1.1. Sơ đồ khối ..................................................................................................... 44
1.2. Bộ khuếch đại lọc nhiễu ............................................................................... 44
1.2.1. Bộ khuếch đại ........................................................................................... 44 1.2.2. Bộ lọc nhiễu ............................................................................................. 46 1.3. Kết luận ........................................................................................................ 51 Chương II: Giới thiệu về các linh kiện chủ yếu của khối mạch .......................... 52 2.1. Vi mạch khuếch đại thuật toán (Opamp)....................................................... 52 2.1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 52 2.1.2. Cấu tạo Opamp ......................................................................................... 52 2.1.3. Ký hiệu Opamp ........................................................................................ 53 2.1.4. Tính chất cơ bản của Opamp .................................................................... 54
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
x
2.1.5. Đặc tính truyền đạt của Opamp ................................................................ 56 2.2. Giới thiệu sơ lược về IC AD620 ................................................................... 57 2.2.1. Mô tả IC AD620 ....................................................................................... 57 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của IC AD620 ........................................................ 58 2.2.3. Một số ưu điểm của IC AD620 ................................................................ 60 2.2.4. Ngõ vào và ngõ ra của điện áp chỉnh về 0 ............................................... 61 2.2.5. Tăng độ lợi ............................................................................................... 61 2.2.6. Bảo vệ đầu vào ......................................................................................... 62 2.2.7. Sơ đồ chân IC AD620 .............................................................................. 63 2.2.8. Hình ảnh thực tế IC AD620 ..................................................................... 64
2.3. Giới thiệu sơ lược về IC OP07 ..................................................................... 64
2.4. Giới thiệu sơ lược về điện trở ....................................................................... 66
2.5. Giới thiệu sơ lược về biến trở ....................................................................... 68
2.6. Giới thiệu sơ lược về tụ điện ........................................................................ 69
2.7. Giới thiệu sơ lược về Diode chỉnh lưu ......................................................... 70
Chương III: Thiết kế và thi công mạch.................................................................. 71
3.1. Thiết kế mạch khuếch đại lọc ....................................................................... 71
3.2. Sơ đồ khối mạch khuếch đại lọc nhiễu ......................................................... 72
3.3. Sơ đồ nguyên lý – thiết kế trên phần mềm Proteus Professional ................. 73
3.3.1. Mạch khuếch đại lọc ................................................................................ 74 3.3.2. Mạch nhận tín hiệu ................................................................................... 74 3.3.3. Mạch khuếch đại đo ................................................................................. 75 3.3.4. Mạch lọc thông cao .................................................................................. 75 3.3.5. Mạch lọc thông thấp ................................................................................. 76 3.3.6. Mạch lọc tầm số 50Hz .............................................................................. 76 3.3.7. Mạch ngõ ra .............................................................................................. 77 3.3.8. Sơ đồ mạch in của mạch khuếch đại lọc .................................................. 77 3.3.9. Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch ............................................................. 78
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xi
3.3.10.Kết quả mạch khuếch đại lọc ................................................................... 79 3.4. Thiết kế mạch tạo điện áp chuẩn (bộ nguồn) ............................................... 80
Phần 3: Kết luận và hướng phát triển đề tài ....................................................... 82
I.
1.
2.
II. III.
Kết quả đề tài ............................................................................................... 83 Những điều đã làm được .............................................................................. 83 Những hạn chế .............................................................................................. 84 Hướng phát triển đề tài ............................................................................... 84 Kết luận ........................................................................................................ 85
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 86
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình vẽ: Trang
Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn .................................................. 3 Hình 2: Dạng sóng điện tim ....................................................................................... 4 Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambrige Scientific Instrument năm 1911 ................................................................................................. 5 Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người ........................................................................ 7 Hình 5: Sợi cơ tim ..................................................................................................... 8 Hình 6: Vị trí nút xoang và bó His trong giải phẫu tim ........................................... 11 Hình 7: Chu chuyển tim .......................................................................................... 13 Hình 8: Hướng di chuyển của dòng máu trong quá trình chu chuyển .................... 14 Hình 9: Sự khử cực và tái cực ................................................................................. 16 Hình 10: Điện thế hoạt động ................................................................................... 17 Hình 11: Hình dạng sóng P ..................................................................................... 19 Hình 12: Nhĩ đồ ....................................................................................................... 20 Hình 13: Phức bộ sóng QRST ................................................................................. 21 Hình 14: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS ........................... 23 Hình 15: Điểm J trong sóng điện tâm đồ ................................................................. 24 Hình 16: Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T ............................................... 26 Hình 17: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kỳ tâm thu – trương trên điện tâm đồ ............................................................................................................................. 27 Hình 18: Cách mắc chuyển đạo ngoại vi ................................................................. 30 Hình 19: Sơ đồ mắc chuyển đạo đơn cực chi .......................................................... 31 Hình 20: Vị trí đặt điện cực thăm dò của 6 chuyển đạo trước tim thông dụng ....... 32 Hình 21: Bộ phức của sóng điện tim và biên độ ..................................................... 33 Hình 22: Điện cực ngực ........................................................................................... 39 Hình 23: Điện cực chi .............................................................................................. 39
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xiii
Hình 24: Cáp dẫn ..................................................................................................... 39 Hình 25: Giấy ghi điện tim ...................................................................................... 40 Hình 26: Giấy ghi điện tim và cách tính thời gian biên độ giấy ghi điện tim ......... 41 Hình 27: Máy điện tim 1 kênh Kaden ECG – 901A ............................................... 42 Hình 28: Máy điện tim 3 kênh Kaden ECG 903 ..................................................... 42 Hình 29: Máy điện tim 6 kênh Fukuda FX 7302 .................................................... 42 Hình 30: Máy điện tim 12 kênh Edan SE 12 Express ............................................. 42 Hình 31: Phức bộ điện tim cơ bản ........................................................................... 44 Hình 32: Tín hiệu điện tim bị nhiễu do điện nguồn ................................................ 45 Hình 33: Bộ mạch khuếch đại vi sai ........................................................................ 46 Hình 34: Mạch Driven – Righte – Leg .................................................................... 47 Hình 35: Mạch lọc Notch ........................................................................................ 48 Hình 36: Bộ lọc thông thấp ..................................................................................... 48 Hình 37: Bộ lọc thông cao ....................................................................................... 49 Hình 38: Phổ của tín hiệu điện tim khi chưa lọc ..................................................... 49 Hình 39: Tín hiệu sau khi qua bộ lọc ...................................................................... 50 Hình 40: Tín hiệu điện sinh học đã lọc nhiễu .......................................................... 50 Hình 41: Cấu tạo của Opamp lý tưởng .................................................................... 52 Hình 42: Ký hiệu Opamp ........................................................................................ 53 Hình 43: Đặc tính truyền đạt của Opamp ................................................................ 56 Hình 44: Vi mạch thể hiện tính ổn định thời gian của IC AD620 ........................... 58 Hình 45: Sơ đồ đơn giản IC AD620 ........................................................................ 59 Hình 46: Sơ đồ chân IC AD620 .............................................................................. 63 Hình 47: IC AD620 ngoài thị trường ...................................................................... 64 Hình 48: Sơ đồ đơn giản IC OP07 ........................................................................... 65 Hình 49: Sơ đồ chân IC OP07 ................................................................................. 65 Hình 50: IC OP07 thực tế ........................................................................................ 66 Hình 51: Ký hiệu điện trở ........................................................................................ 67
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xiv
Hình 52: Điện trở thực tế ......................................................................................... 67 Hình 53: Ký hiệu biến trở ........................................................................................ 68 Hình 54: Biến trở thực tế ......................................................................................... 68 Hình 55: Ký hiệu tụ điện ......................................................................................... 69 Hình 56: Các loại tụ điện ......................................................................................... 69 Hình 57: Ký hiệu và mô phỏng Diode ..................................................................... 70 Hình 58: Diode và phân loại .................................................................................... 70 Hình 59: Mạch khuếch đại lọc sử dụng IC AD620 ................................................. 71 Hình 60: Khuếch đại thuật toán ............................................................................... 72 Hình 61: Mạch khuếch đại lọc trên phần mềm Proteus Professional ...................... 73 Hình 62: Mô phỏng mạch khuếch đại AD620 ........................................................ 74 Hình 63: Mô phỏng mạch nhận tín hiệu .................................................................. 74 Hình 64: Mô phỏng mạch khuếch đại đo tín hiệu ................................................... 75 Hình 65: Mô phỏng mạch lọc thông cao ................................................................. 75 Hình 66: Mô phỏng mạch lọc thông thấp ................................................................ 76 Hình 67: Mô phỏng mạch lọc tần số 50Hz .............................................................. 76 Hình 68: Mô phỏng mạch ngõ ra của tín hiệu ......................................................... 77 Hình 69: Mạch in ..................................................................................................... 77 Hình 70: Mạch in thực tế ......................................................................................... 78 Hình 71: Sơ đồ bố trí linh kiện ................................................................................ 78 Hình 72: Mô hình 3D các linh kiện cho toàn mạch ................................................. 79 Hình 73: Mạch sau khi thiết kế và thi công ............................................................. 79 Hình74:Sơđồbộđôinguồn±12Vvànguồn+5V ..............................................80 Hình 75: Mạch nguồn ± 12V và nguồn + 5V đã thi công ....................................... 81
Sơ đồ Trang
Sơ đồ khối máy điện tâm đồ .................................................................................... 36 Sơ đồ tổng quát mạch khuếch đại – lọc nhiễu ......................................................... 44
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xv
Sơ đồ chi tiết mạch khuếch đại – lọc nhiễu ............................................................. 72
Bảng biểu Trang
Bảng 1: Quá trình truyền xung động của một chu kỳ tim ....................................... 29 Bảng 2: Tính chất của Opamp ................................................................................. 55 Bảng 3: Giá trị độ lợi điện trở của IC AD620 ......................................................... 62
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xvi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt
1. cm2
2. mm
3. s
4. mm/s
5. mV
6. V-μV
7. m/s
8. Hz
9. kHz
10. MHz
11. dB
12. DC
13. AC
14.
15. Ω-kΩ
16. A
17. nA
18. °C
19. IC
20. ECG
21. LA
22. RA
23. RL
24. IC
25. ADC
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
Cụm từ đầy đủ
Centimet vuông Millimet
Giây Millimet/giây Millivolt
Volt - microvolt Met/giây
Hertz
KiloHertz MegaHertz Decibel
Dòng 1 chiều
Dòng xoay chiều
Vô cùng
Ohm–kilo Ohm
Amle
Nanô Ampe
Độ C
Vi mạch hay chip
Điện tâm đồ
Tay trái
Tay phải
Chân phải
Vi mạch tích hợp
Bộ chuyển đổi số tương tự
xvii
26. DRL
27. WPW
28. CMMR
Mạch điều khiển chân trái
Hội chứng Wolff-Parkinson-White Hệ số khử nhiễu đồng pha
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
xviii
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
Phần 1:
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
1
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ
1.1. Đại cương :
Điện tâm đồ (Electrocardiogram) là đồ thị ghi những thay đổi của dòng điện trong tim. Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển bởi một hệ thống dẫn truyền trong cơ. Những dòng điện tuy rất nhỏ khoảng một phần nghìn volt, nhưng có thể dò thấy được từ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân sau đó chuyển đến máy ghi. Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện ra các bệnh lý của tim như: rối loạn nhịp tim, suy tim, hở van tim, nhồi máu cơ tim ...
1.2. Quá trình hình thành máy điện tâm đồ :
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Những kiến thức đầu tiên về điện sinh học được bắt đầu với quan sát của nhà giải phẫu học người Italia L.Galvani năm 1787. Galvini nhận thấy cơ đùi của con ếch co lại khi trải qua quá trình phóng điện. Galvani đã đặt giả thiết về dòng điện trong động vật, ý tưởng này đã vấp phải sự phản đối của nhiều người. Chỉ sau khi những điện kế (galvanometer) có độ nhạy cao được chế tạo bởi Nobili năm 1825, người ta mới có thể chứng minh có sự phóng điện và dòng điện trong cơ thể con ếch.
Năm 1843, Matteucci chứng minh rằng có thể đo dòng điện từ cơ tim nghỉ. Sau đó, DuBois - Reymond đã nghiên cứu kỹ hơn về hiện tượng này và phát hiện sự liên hệ giữa sự thay đổi dòng điện với sự co cơ, họ gọi hiện tượng này bằng thuật ngữ “thế hoạt động” (action potential).
Năm 1878, Engelmann là người đầu tiên giới thiệu biểu đồ theo thời gian sự dao động điện thế của tim ếch.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
2
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Augustus Desiree Waller là người đầu tiên ghi được điện thế tương ứng với nhịp đập của tim từ bề mặt cơ thể người vào khoảng năm 1887 – 1888. Waller đã sử dụng điện kế mao dẫn do nhà vật lý người Pháp Gabriel Lippmann phát minh năm 1873.
Trong tĩnh điện kế mao dẫn, một phim ảnh chuyển động được phơi sáng cùng với một ống kính mao dẫn đầy acid sunfuric và thủy ngân. Giao diện của nó chuyển động để đáp ứng lại điện trường. Độ nhạy của tĩnh điện mao dẫn là khoảng 1mV, nhưng thời
gian đáp ứng của nó là rất kém.
Điện kế mao dẫn được chế tạo bởi Lippmann năm 1873. Thiết bị hoạt động dựa trên sự phân cực và sức căng bề mặt tại nơi tiếp xúc của thủy ngân và acid sunfuric.
Điện thế được đặt vào hai đầu ống bằng dây nối với thủy ngân và acid sunfuric. Nếu điện thế hai đầu thay đổi, bề mặt cong của cột thủy ngân sẽ di động theo. Ta có thể quan sát sự thay đổi này bằng kính lúp hay chiếu trên một màn hình.
Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
3
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Năm 1890, George J. Burch phát minh ra một phương pháp số học để hiệu chỉnh sự dao động quan sát được của điện kế. Điều này cho phép xem được dạng sóng thực nhưng phải trải qua các tính toán rất phức tạp. Năm 1893, nhà khoa học người Hà Lan Willem Einthoven đã đưa ra một phương pháp hiệu chỉnh khác để đoán một dạng sóng gần với dạng sóng điện tim “thực”, dạng sóng này gồm 5 điểm uốn mà ông đặt tên là P, Q, R, S, T. Ông cũng đưa ra khái niệm đồ thị điện tim (electrocardiograph) và biểu diễn của ông được sử dụng cho đến ngày nay.
Hình 2: Dạng sóng điện tim.
Năm 1900, Einthoven tiếp tục phát triển một loại điện kế mới mà ông gọi là “string galvanometer” (điện kế dây) cho phép ghi tín hiệu điện tim hay các tín hiệu biến đổi theo thời gian khác tốt hơn. Thiết bị ghi điện tim đầu tiên của Einthoven gồm một điện kế dây, bóng đèn cong, hệ thống chiếu và camera. Nó nặng khoảng 300 kg và cần 5 người vận hành. Sau đó, nhiều công ty tìm cách thiết kế lại hệ thống này để có thể đưa
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
4
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ra thị trường, một trong các thiết kế được nhiều người biết nhất là của công ty Cambridge Scientific Instrument (Anh).
Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambridge Scientific Instrument năm 1911.
Sử dụng các kiến thức từ nghiên cứu của Einthoven, Sir Thomas Lewis và các đồng nghiệp đã nghiên cứu để tìm hiểu ý nghĩa của đồ thị điện tim. Năm 1913, họ đã cùng xuất bản một công trình khoa học đặt ra các tiêu chuẩn về điện cực điện tim, cũng như mở đầu cho việc sử dụng đồ thị điện tim như là một công cụ không xâm lấn trong
chẩn đoán chức năng tim mạch. Năm 1924, Einthoven được tặng giải Nobel Y học cho những phát hiện về cơ chế của đồ thị điện tim. Sau đó, các nhà khoa học đã tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện lý thuyết về tín hiệu điện tim cũng như phát triển các thiết kế máy điện tim mới.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
5
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II:
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ
2.1. Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim :
2.1.1. Giải phẫu và sinh lý của tim :
Tim người có hình nón, màu đỏ nằm ngay trên cơ hoành giữa hai lá phổi. Đỉnh tim nằm sát phía trong phổi trái. Trục của trái tim đi từ sau ra trước, từ phải qua trái và từ trên xuống dưới.
Tim gồm 4 buồng : Hai tâm nhĩ và hai tâm thất hợp thành hai ngăn: tim phải và tim trái. Động mạch chủ và động mạch phổi xuất phát từ tâm thất trái và tâm thất phải có lỗ động mạch và có các van tổ chim hay còn gọi là van bán nguyệt đóng mở. Tĩnh mạch phổi đổ về tâm nhĩ trái, tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới đồ về tâm nhĩ phải qua các lỗ tĩnh mạch không có van đóng mở.
Cáclỗnhĩthấtkhárộngtừ4–6cm2 cócácvanđóngmở.Lỗnhĩthấttráicóvan hai lá, lỗ nhĩ thất phải có van ba lá. Bên trong là lớp nội tâm mạc, ở giữa là cơ tim, bên ngoài bao bởi một túi có hai màng: màng trong và màng ngoài được gọi là màng bao tim.
Về giải phẫu, mặc dù tim là một cơ quan nhưng về chức năng tim được chia thành hai máy bơm: phải và trái, mỗi bên có một tâm nhĩ và một tâm thất. Những tâm nhĩ là những buồng có áp lực thấp, thành mỏng và có chức năng như một bình chứa dẫn máu về tâm thất, trong khi tâm thất hoạt động như những buồng bơm quan trọng chính để bơm máu ra ngoại biên. Thất phải có thể tích nhỏ và thành mỏng hơn thất trái. Thất trái nhận máu tĩnh mạch của tổ chức (máu mất Oxy) và bơm vào tuần hoàn phổi. Trong khi thất trái có thành rất dày vì nhận máu tĩnh mạch phổi (máu chứa Oxy) và bơm máu qua động mạch chủ vào hệ thống tuần hoàn lớn đi khắp cơ thể.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
6
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người.
Tim người có khả năng co bóp tự động nhờ hệ thống cơ tim với các sợi biệt hóa làm nhiệm vụ tạo ra và dẫn truyền xung thần kinh, kích thích các cơ hoạt động. Tim người được cấu thành bởi ba loại cơ tim: cơ nhĩ, cơ thất và những sợi cơ có tính kích thích – dẫn truyền đặc biệt.
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
7
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Cơ nhĩ, cơ thất có hoạt động co rút giống cơ vân, loại còn lại co rút yếu hơn nhưng cũng có tính nhịp điệu và dẫn truyền nhanh các xung động trong tim.
Các tế bào cơ tim là những tế bào nhỏ, có vân, chia nhánh và chỉ có một nhân. Các tế bào cơ tim có các cầu nối, kết với nhau thành một khối vững chắc, có những đoạn màng tế bào hòa vào nhau.
Hình 5: Sợi cơ tim.
Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, hoạt động như một đơn vị duy nhất khi đáp ứng với kích thích, lan truyền điện thế giữa các sợi cơ tim nhanh chóng qua các cầu
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
8
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
nối. Sự lan truyền điện thế từ nhĩ xuống thất được dẫn qua một đường dẫn truyền đặc biệt gọi là bộ nối nhĩ – thất.
Các sợi cơ tim chứa nhiều ty tạp thể và mạch máu, phù hợp với đặc tính hoạt động ái khí của tim. Thành phần chủ yếu của tế bào cơ tim là các tơ cơ (myofibrille), chứa các sợi dày (myosin) và sợi mỏng (actin, tropomyosin, troponin), sự co rút của chúng gây ra co rút toàn bộ tế bào cơ tim. Xung quanh các sợi cơ có mạng nội sinh cơ chất (reticulum sarcoplasmique) là nơi dự trữ canxi.
Cơ tim gồm những sợi cơ vân đặc biệt liên kết với nhau thành một cầu lan truyền, trong cơ tim có những tế bào đặc biệt hóa có chức năng phát động và dẫn truyền xung động từ sợi này sang sợi kia làm cho tim đập đều đặn. Cấu tạo đặc biệt đó là tổ chức “nút” và hệ thống dẫn truyền. Hệ thống gồm có:
Nút xoang nhĩ : Được Keith và Flack tìm ra năm 1907, có hình dấu phẩy, dài từ 10 - 35mm và rộng từ 2 - 5mm, gồm các tế bào có khả năng tự tạo xung điện (electric impulse), nằm ở vùng tiếp giáp giữa tĩnh mạch chủ trên và tâm nhĩ phải, kích thước 15 x 3 x 2mm. Xung điện này truyền ra các cơ chung quanh làm co bóp hai tâm nhĩ (tạo nên sóng P trên Điện Tâm đồ). Nút xoang nhĩ là nút dẫn nhịp của tim, phát xung khoảng 100 lần/phút. Nhịp đập theo nút này gọi là nhịp xoang.
Các đường gian nhĩ nút : Sự dẫn truyền trong tâm nhĩ theo ba bó cơ tim chứa các sợi cơ loại purkinze tạo thành ba đường trung gian nhĩ nút: trước – giữa – sau. Giữa cả ba sợi này có các sợi liên kết lại ngay phía nút nhĩ – thất. Một số sợi này không đi vào nút nhĩ – thất mà bắt cầu qua nút nhĩ – thất. Chúng có thể đi trở lại vào hệ dẫn truyền ở một khoảng xa (phía dưới nút nhĩ – thất).
Nút nhĩ – thất : Được Tawara tìm ra từ năm 1906, có hình bầu dục, mặt phải lõm, mặt trái lồi, dài 5 - 7mm, rộng 2 - 5mm, dày 1,5 – 2mm. Nút nhĩ – thất tiếp nhận xung điện từ nút xoang nhĩ thông qua một chuỗi các tế bào đặc biệt đan với nhau chằng chịt; làm cho xung động qua đây bị chậm lại và dễ bị block (chặn). Nút nhĩ – thất nằm ở phía bên phải và phía sau vách liên nhĩ, giữa lá trong van ba lá và lỗ xoang tĩnh
SVTH : Phan Thị Hồng Trúc SVTH : Cao Thị Mộng Hằng
9
Trường đại học Nguyễn Tất Thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
mạch vành, kích thước 6 x 3 x 1mm. Nút nhĩ – thất phát xung với nhịp tim khoảng 50 – 60 lần/phút.
Bó His (bó nhĩ thất) : Được His mô tả từ năm 1893, rộng 1 - 3mm, nối tiếp với nút nhĩ thất; đi trong vách liên thất, ngay dưới mặt phải của vách đến mỏm tim và chia thành hai nhánh phải và trái cho mỗi bên thất, kích thước 2 – 4mm, dài khoảng 20mm. Tại đây chúng phân nhánh tạo thành mạng Purkinje bao bọc khắp tâm thất từ lớp dưới nội tâm mạc vào sâu cơ tim đi đến các cơ cột trụ hay còn gọi là cơ nhú của van nhĩ – thất. Phát xung với nhịp khoảng 30 – 40 lần/phút.
Cấu tạo bó His gồm các sợi dẫn truyền nhanh đi song song và các tế bào có tính tự động cao. Vì bó His và nút nhĩ thất nối tiếp với nhau không có ranh giới rõ rệt, rất khó phân biệt về mặt tổ chức học nên được gọi chung là bộ nối nhĩ – thất.
Bó nhánh trái và phải : Bó nhánh trái ngắn hơn bó nhánh phải và nó chia thành hai nhánh nhỏ nữa: trái trước và trái sau. Nhánh phải và trái chia nhỏ và đan vào nhau như một lưới bọc hai tâm thất. Mạng này đi ngay dưới màng trong tâm thất và đi sâu vài milimet vào bề dày của lớp cơ. Có nhiệm vụ dẫn truyền xung động qua các bó nhánh thông thường không biểu hiện trên điện tâm đồ.
Mạng Purkinze : Xung động từ các bó nhánh trái và phải đi vào nhiều phần phân nhánh nhỏ của mạng Purkinze đến các tế bào cơ tim của thất và gây ra sự khử cực tâm thất. Xung động đi từ nội tâm mạc ra lớp ngoại tâm mạc của cơ tim.
HainhánhbóHisvàmạngPurkinjerấtgiàucáctếbàocótínhtựđộngcao có thể tạo nên các chuỗi nhịp tâm thất.
Cơ tim và hệ thống dẫn truyền được nuôi dưỡng bởi hệ thống động mạch vành. Hệ thống dẫn truyền tim chịu chi phối bởi các nhánh thần kinh giao cảm, phó giao cảm có nhiệm vụ điều hòa hoạt động của tim.
AD620 là một bộ khuếch đại đo đạc nguyên khối dựa trên sự thay đổi của các phương pháp tiếp cận ba opamp cổ điển. Cắt giảm giá trị tuyệt đối cho phép người dùng lập trình chính xác độ lợi (0,15% tại G = 100) với chỉ có một điện trở. Cấu trúc nguyên khối và laser cắt mỏng cho phép ghép kín và theo dõi các thành phần mạch, do đó đảm bảo mức độ cao về hiệu suất vốn có trong mạch này.
Hình 44: Vi mạch thể hiện tính ổn định thời gian của IC AD620.
Transistors đầu vào Q1 và Q2 cung cấp một cặp đầu vào lưỡng cực duy nhất cho độ chính xác cao (hình 44). Hiện tại chưa cung cấp đầu vào có sai số hệ thống thấp hơn 10x nhờ có xứ lý Superβeta. Thông tin phản hồi thông qua các vòng Q1 - A1 - R1 và vòng lặpQ2 -A2-R2 duytrìliêntụcthuhiệntạicủacácthiếtbịđầuvàoQ1 vàQ2,dođóhòa với điện áp đầu vào qua các điều chỉnh tăng điện trở RG bên ngoài. Điều này tạo ra một
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links