Đồ án Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim ECG (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim ECG (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM ECG GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: NGUYỄN THANH PHỤNG MSSV: 11141164 SVTH: HOÀNG VŨ HOÀI SANG MSSV: 11141171 S K L 0 0 4 2 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM ECG GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hải SVTH: Nguyễn Thanh Phụng 11141164 Hoàng Vũ Hoài Sang 11141171 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2016 i
3. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 31 tháng 1 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Phụng MSSV: 11141164 Hoàng Vũ Hoài Sang MSSV: 11141171 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2011 Lớp: 11141DT1 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN TIM ECG II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: 2. Nội dung thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/10/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/01/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ts. Nguyễn Thanh Hải CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 01 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thanh Phụng Lớp: 11141DT1D MSSV: 1114164 Họ tên sinh viên 2: Hoàng Vũ Hoài Sang Lớp: 11141DT1A MSSV: 1114171 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy đo nhịp tim (ECG). Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 1 Nghiên cứu tổng quan về lí thuyết. (19/10-25/10) 2,3,4 Thiết kế bộ khuếch đại-lọc nhiễu. (26/10-15/11) 5,6 Thiết kế khối điều khiển. (16/11-29/11) Kết nối toàn mạch phần cứng. 7 Lập lưu đồ giải thuật. (30/11-06/12) Viết chương trình C. Kiểm tra lỗi chương trình. 8 Nạp code. (07/12-13/12) Đo thực nghiệm và kiểm tra sai xót. 9 Kiểm tra toàn mạch và chỉnh sửa lần cuối. (14/12-20/12) 10,11 Viết luận văn. (21/12-03/1) 12 Nộp luận văn. (04/1-10/01) GV HƯỚNG DẪN TS. Nguyễn Thanh Hải iii
5. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước. iv
6. LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý là hành trang trong cuộc sống và công việc sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện khóa luận. Thầy đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn cũng như những kinh nghiệm, những góp ý vô cùng quý báu để giúp chúng em hoàn thành khóa luận của mình. Cám ơn gia đình đã luôn động viên và là chỗ dựa vững chắc trong suốt khoảng thời gian thực hiện khóa luận. Cám ơn các bạn học cùng bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã có những góp ý chân thành cũng như chia sẻ tài liệu liên quan trong quá trình thực hiện . Cuối cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khoẻ, gặt hái được nhiều thành công trong công tác giảng dạy, nghiên cứu . Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Phụng Hoàng Vũ Hoài Sang v
7. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình thực hiện iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Danh mục hình ảnh vii Danh mục biểu bảng viii Tóm tắt ix CHƯƠNG I. DẪN NHẬP 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Lý do đề tài 1 1.3 Mục tiêu đề tài 3 1.4 Giới hạn đề tài 3 1.5 Bố cụ đề tài 3 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 4 2.1 Cấu tạo và hoạt động của tim 4 2.1.1 Cấu tạo của tim 4 2.2.2 Hoạt động của tim 5 2.2 Tín hiệu điện tim (ECG) 6 2.2.1 Giới thiệu về tín hiệu điện tim 6 2.2.2 Sóng của tín hiệu điện tim 7 2.2.3 Cơ sở của tín hiệu điện tim 8 2.2.4 Các giai đoạn tạo sóng điện tim 9 2.3 Hệ thống các chuyển đạo 13 2.3.1 Chuyển đạo chuẩn 14 2.3.2 Chuyển đạo đơn cực 14 2.3.3 Chuyển đạo trước tim 16 2.4 Sự thu tín hiệu 17
8. 2.5 Tìm hiểu PIC 16F887 18 2.5.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân PIC 16F887 18 2.5.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối bên trong PIC 16F887 22 2.5.3 Bộ chuyển đổi tương tự sang số 24 2.5.4 Timer 25 2.6 Tìm hiểu LCD 26 2.6.1 Cấu tạo 26 2.6.2 Hoạt động 27 2.5.3 Hiển thị 28 2.7 Tìm hiểu AD620 29 2.7.1 Chức năng 29 2.7.2 Sơ đồ chân và chức năng các chân 29 2.8 Tìm hiểu OP07 30 2.8.1 Chức năng 30 2.8.2 Sơ đồ chân và chức năng các chân 30 CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TÍN HIỆU ECG 31 3.1 Mạch khuếch đại vi sai 32 3.2 Mạch điều khiển chân phải 34 3.3 Mạch lọc tích cực 35 3.3.1 Mạch lọc thông thấp 36 3.3.2 Mạch lọc thông cao 38 3.3.3 Mạch lọc chắn dải 39 3.4 Mạch lọc thụ động 41 3.4.1 Mạch lọc thông thấp 41 3.4.2 Mạch lọc thông cao 42 3.4.3 Mạch lọc thông dải 42 3.4.3 Mạch lọc chắn dải 44 CHƯƠNG IV. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 46 4.1 Mục đích 46 4.2 Chế độ SPI 46 vi
9. 4.2.1 Khái niệm 46 4.2.2 Hoạt động 48 4.3 Chế độ I2C 49 4.3.1 Giới thiệu 49 4.3.2 Các chế độ tryền nhận dữ liệu 50 4.4 Bộ truyền nhận dữ liệu đồng bộ 51 4.4.1 Giới thiệu 51 4.4.2 Các chế độ truyền 52 4.4.3 Chế độ EUSART không đồng bộ 52 CHƯƠNG V. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 57 5.1 Xác định các thông số của hệ thống 57 5.2 Sơ đồ khối và chức năng từng khối 57 5.2.1 Sơ đồ khối 57 5.2.2 Chức năng từng khối 57 5.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lí 58 5.3.1 Khối thu tín hiệu điện tim 58 5.3.2 Khối khuếch đại - lọc nhiễu 58 5.4 Thiết kế chi tiết các khối trong khối khuếch đại-lọc nhiễu 59 5.5 Khối khuếch đại dịch mức 70 5.6 Khối xử lí và hiển thị điện áp đo được 76 5.7 Mô phỏng trên ECG Simulator 83 5.8 Mạch đo thực tế trên người 85 CHƯƠNG VI. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. 76 CHƯƠNG VII. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 77 7.1 Kết luận . 77 7.2 Hướng phát triển 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi
10. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 : Cấu tạo tim người 4 Hình 2.2 : Vị trí các bó His 5 Hình 2.3 : Lược đồ của quá trình tạo nhịp bằng cơ tim, điện thế qua màng bó dẫn trong tim người và quan hệ của chúng với dạng sóng ECG ở đạo trình III 7 Hình 2.4 : Sự khử và tái cực 8 Hình 2.5 : Sự khử cực ở tâm nhĩ hình thành sóng P 10 Hình 2.6: Sự khử cực ở vách ngăn và sự hình thành sóng Q. 0 Hình 2.7 : Sự hình thành sóng R và S 1 Hình 2.8 : Sự hình thành sóng T 2 Hình 2.9 : Các vị trí điện thế được lấy ra tạo ra đạo trình của sóng điện tim 3 Hình 2.10 : Chuyển đạo chuẩn và tam giác Einthoven 4 Hình 2.11 : Chuyển đạo đơn cực các chi 5 Hình 2.12 : Vị trí chuyển đạo trước tim 16 Hình 2.13 : Mặt cắt khảo sát tim và chuyển đạo tương ứng 16 Hình 2.14 : Điện cực dán 18 Hình 2.15 :Điện cực ngực 18 Hình 2.16 : Điện cực chi. 18 Hình 2.17 : Sơ đồ chân PIC16F887 19 Hình 2.18 : Hình dạng thực tế PIC16F887 21 Hình 2.19 : Sơ đồ khối PIC16F887. 23 Hình 2.20 : LCD thực tế 26 Hình 2.28 : Sơ đồ chân AD620 29 Hình 2.29 : Sơ đồ chân OP07 30 Hình 3.1 : Hình dạng và thông số của tín hiệu điện tim thông thường 31 Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống điện tim. 32 Hình 3.3 : Mạch khuếch đại vi sai 32 vii
11. Hình 3.4 : Cấu trúc vi mạch AD620 33 Hình 3.5 : Mạch điều khiển chân phải 34 Hình 3.6 : Đáp ứng Biên độ-Tần số của ba loại mạch lọc 36 Hình 3.7 : Đáp ứng Biên độ-Tần số của mạch lọc thông thấp bậc 1 36 Hình 3.8 : Mạch lọc thông thấp bậc 1 37 Hình 3.9 : Mạch lọc Butterworth thông thấp bậc 2 37 Hình 3.10 : Mạch lọc thông cao bậc 1 38 Hình 3.11 : Mạch lọc thông cao bậc 2 39 Hình 3.12 : Sơ đồ khối mạch lọc triệt dãi. 40 Hình 3.13 : Sơ đồ mạch lọc triệt dãi. 40 Hình 3.14 : Lọc thông thấp thụ động 41 Hình 3.15 : Lọc thông cao thụ động 42 Hình 3.16 : Lọc thông dải thụ động. 42 Hình 3.17 : Đáp ứng Biên độ-Tần số bộ lọc thông dải 43 Hình 3.18 : Bộ lọc chắn dải 44 Hình 3.19 : Đáp ứng Biên độ-Tần số bộ lọc chắn dải 45 Hình 4.1 : Sơ đồ khối chế độ SPI và I2C. 46 Hình 4.2 : Giao diện SPI 47 Hình 4.3 : Truyền dữ liệu SPI 48 Hình 4.4 : Bus I2C và các thiết bị ngoại vi 50 Hình 4.5 : Sơ đồ kết nối Master –Slave 51 Hình 4.6 : Sơ đồ khối truyền EUSART 55 Hình 4.7 : Sơ đồ khối nhận EUSART 56 Hình 5.1 : Sơ đồ khối. 57 Hình 5.2 : Sơ đồ khối khuếch đại-lọc nhiễu 59 Hình 5.3 : Mạch khuếch đại 1 59 Hình 5.4 : Hình dạng mạch thi công 60 Hình 5.5 : Kết quả đo mạch khuếch đại 1 61 Hình 5.6 : Mạch lọc thông thấp. 62 vii
12. Hình 5.7 : Phóng to dạng sóng ngõ ra mạch lọc thong thấp 63 Hình 5.8 : Ngõ ra mạch lọc thông thấp 63 Hình 5.9 : Mạch lọc thông cao 64 Hình 5.10a : Ngõ ra mạch lọc thông cao 65 Hình 5.10b : Ngõ ra mạch lọc thông cao 65 Hình 5.10c : Ngõ ra mạch lọc thông cao 66 Hình 5.11 : Mạch triệt tần 50Hz 67 Hình 5.12 : Ngõ ra mạch triệt tần 50Hz 68 Hình 5.13 : Ngõ ra mạch triệt tần 60Hz 68 Hình 5.14 : Ngõ ra mạch triệt tần 70Hz 69 Hình 5.15 : Ngõ ra mạch triệt tần 40Hz 69 Hình 5.16 : Ngõ ra mạch triệt tần 30Hz. 70 Hình 5.17 : Mạch khuếch đại-dịch mức 70 Hình 5.18a : Ngõ ra khuếch đại của mạch khuếch đại-dịch mức 71 Hình 5.18b : Ngõ ra khuếch đại của mạch khuếch đại-dịch mức 72 Hình 5.19 : Mạch dịch mức xét ngõ vào cộng 73 Hình 5.20 : Mạch điện tương đương 73 Hình 5.21 : Mạch dịch mức điện áp xét ngõ vào trừ 74 Hình 5.22 : Phóng to ngõ ra mạch dịch mức 75 Hình 5.23 : Ngõ ra mạch dịch mức 75 Hình 5.24 : Khối xử lí và hiển thị điện áp 76 Hình 5.25 : Giải thuật chương trình chính 77 Hình 5.26 : Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt 78 Hình 5.35 : Lưu đồ giải thuật đọc ADC 79 Hình 5.27a : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả 84 Hình 5.27b : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả 84 Hình 5.27c : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả 85 Hình 5.28 : Sơ đồ nguyên lí mạch cải thiện 86 Hình 5.29 : Layout mạch cải thiện 86 vii
13. Hình 5.30 : Ngõ ra khuếch đại-lọc nhiễu mạch cải thiện 87 Hình 5.31 : Phóng to màn hình ngõ ra mạch khuếch đại-lọc nhiễu 87 Hình 5.32 : Ngõ ra khối triệt tần 50Hz mạch cải thiện 88 Hình 5.33 : Phóng to ngõ ra khối triệt tần 50Hz mạch cải thiện 89 Hình 5.34a : Hiển thị điện áp lên LCD 90 Hình 5.34b : Hiển thị điện áp lên LCD 90 Hình 5.34c : Hiển thị điện áp lên LCD 91 vii
14. DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 2.1 : Chức năng các chân LCD 27 Bảng 2.2 : Mã ký tự chuẩn của LCD 28 viii
15. TÓM TẮT Từ thực tế tình trạng bệnh tim mạch đang dần phát triển trên khắp thế giới cũng như Việt Nam, nhóm sinh viên chúng em đưa ra giải pháp nghiên cứu và chế tạo ra một thiết bị y tế hữu ích để phục vụ trong việc khám chữa bệnh về tim mach. Đó chính là máy đo nhịp tim ECG (Điện tâm đồ). Để thực hiện ý tưởng này, nhóm đã bắt tay vào tìm hiểu lí thuyết về tim, cách tạo ra sóng điện tim và các đặc điểm của sóng điện tim để có thể thu được tín hiệu điện tim một cách hiệu quả nhất. Sau đó thiết kế các khối để thu tín hiệu điện tim. Tín hiệu điện tim thô có giá trị rất bé nên cần được cho qua khối tiền khuếch đại điện áp để có thể tăng giá trị điện áp của nó lên. Tiếp đến cho qua các khối lọc để triệt bớt nhiễu trên đường truyền và nhiễu của lưới điện. Tín hiệu điện tim sẽ được dịch mức nằm trong khoảng 0-5V (ngưỡng điện áp hoạt động của vi điều khiển) để có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác. Đề tài này nhóm chúng em cũng đã đo được trên ECG Simulator (Máy phát sóng điện tim) và đo trực tiếp trên cơ thể người. Tuy nhiên, do làm thủ công nên vẫn còn xuất hiện nhiễu. ix
16. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề: Đất nước ngày càng hiện đại, vấn đề sức khỏe càng được chú trọng nhiều hơn.Một trong những vấn đề sức khỏe cần được chú trọng là các bệnh về tim mạch.Đây đang là một vấn đề nhức nhối trong xã hội trên toàn thế giới hiện nay với tỷ lệ tử vong và tàn phế đứng hàng đầu.Ngành y tế các quốc gia cần được chú trọng phát triển để có thể kiềm hãm sự phát triển của bệnh tim mạch và đem lại cuộc sống khỏe mạnh cho con người. Tuy vậy, số lượng ca tử vong do bệnh tim mạch vẫn chiếm số lượng lớn.Theo báo cáo của tổ chức WHO, khoảng 13,7 triệu người tử vong vì bệnh tim mạch trên toàn thế giới năm 2008 [6]. Và số lượng người tử vong do bệnh tim mạch rơi tập trung vào các nước có thu nhập trung bình và thấp. Nếu không hoạt động tích cực thì số lượng ca tử vong do bệnh tim mạch sẽ gia tăng trong những năm sắp tới. Hiện nay có khá nhiều phương pháp để chẩn đoán các bệnh về tim mạch nhưng một trong những phương pháp hiệu quả và trực quan nhất đó là phương pháp Điện tâm đồ (ECG: Electro Cardio Gram). Đây là phương pháp chẩn đoán lâm sàng mang lại rất nhiều hữu ích cho các bác sĩ, giúp chẩn đoán, phát hiện và điều trị sớm nhất các bệnh tim mạch. 1.2 Lý do đề tài: Giá thành các máy điện tâm đồ hiện tại trên thị trường có giá thành cao, không phải trung tâm y tế nào ở Việt Nam cũng có thể trang bị máy này. Chính vì thế, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra máy đo điện tâm đồ là vấn đề rất cần thiết. Nếu thành công, giá thành sản phẩm có thể giảm đáng kể so với các các sản phẩm nhập từ nước ngoài. Đồng thời, đề tài sẽ tạo tiền đề và động lực để phát triển các sản phẩm điện tử y sinh khác nhằm phục vụ sức khỏe con người.Trong quá trình học tập và ngiên cứu tại bộ môn Điện tử công nghiệp thuộc khoa Điện_Điện tử CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1
17. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hồ Chí Minh, với kiến thức đã được học và nhận định thực tế trên thì đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim (ECG)” với giá thành rẻ nhưng vẫn đáp ứng được chất lượng để phục vụ tại nhà cho các bệnh nhân đã được hình thành. Thiết bị đo điện tim (ECG) trong luận văn của tác giả Quách Mỹ Phượng[1] đã thiết kế và thi công được thiết bị thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim thông qua bộ khuếch đại lọc nhiễu, và cho thiết bị này giao tiếp được với máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D, bộ giao tiếp cổng RS232 và chương trình thiết kế giao diện giao tiếp thiết bị đo điện tim (ECG) với máy tính đã biểu diễn được dạng đồ thị của tín hiệu điện tim thu được. Mặc dù chưa hoàn toàn xử lý được nhiễu, nhưng kết quả thu được vẫn có dạng sóng của tín hiệu điện tim nên cũng có thể xem như chấp nhận được. Trong một nghiên cứu khác về thiết bị đo điện tim (ECG) của tác giả Nguyen Phan Anh[2] cũng đã thiết kế và thi công được thiết bị nhưng sử dụng bộ điều khiển là kit Arduino và cảm biến nhịp tim, giao diện giao tiếp với thiết bị đo điện tim được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW và cũng đã hiển thị được dạng sóng của tín hiệu điện tim. Ngoài ra còn có nghiên cứu của nhóm Nguyễn Quốc Cường- Nguyễn Thị Lan Hương-Phạm Thị Ngọc Yến[3] cũng đã nghiên cứu thành công mạch khuyếch đại ECG và mạch thu thập số liệu sử dụng DSP và ADC. Họ đã sử dụng một card thu thập số liệu PCI 6024E của National Intruments, thiết bị này có ADC với độ phân giải là 12 bit, sau đó áp dụng bộ lọc số trên máy tính. Mạch thu thập số liệu sử dụng DSP được xây dựng trên vi mạch phát triển DSK TMS320C6713. Việc kết nối DSP với ADC đã được thực hiện thành công. Từ những nghiên cứu và nhận định thực tế trên, nhóm đã đưa ra hướng đi cho đề tài nghiên cứu với dòng vi điều khiển khác để đa dạng về mặt thiết kế và chế tạo ra một thiết bị có thể đo được tín hiệu điện tim mà giá thành lại thấp nhưng vẫn đáp ứng được độ chính xác của kết quả đo. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 2
18. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 1.3 Mục tiêu: Qua đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim (ECG)” thì những mục tiêu cần đạt được: Hiểu được quá trình đọc và xử lí tín hiệu điện tim. Thiết kế và thi công được một thiết bị đo điện tim có các bộ lọc triệt nhiễu đến mức tối đa có thể đạt được. Tạo ra sản phẩm đo điện timtiện lợi và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. 1.4 Giới hạn đề tài: Qua đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim (ECG)” thì còn những hạn chế: Chưa giao tiếp với máy tính để hiển thịvề dạng sóng tín hiệu điện tim và lưu trữ dữ liệu điện tim đồ đo được. Do kiến thức và khả năng xử lý nhiễu chưa tốt nên chưa triệt được hoàn toàn nhiễu. 1.5 Bố cục đề tài : - Phần 1:Tìm hiểu lý thuyết về tim, quá trình tạo ra điện tim và các đạo trình. Tìm hiểu về linh kiện liên quan để đạt yêu cầu của đề tài một cách tốt nhất. - Phần 2:Tính toán,thiết kế và lựa chọn linh kiện để đạt được mục đích của đề tài. - Phần 3:Tiến hành làm mô hình đề tài, kiểm tra và đưa ra hướng phát triển sản phẩm. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 3
19. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Cấu tạo và hoạt động của tim: 2.1.1 Cấu tạo của tim: Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng, có độ dày không đều nhau. Bao bên ngoài là một túi sợi gọi là bao tim. Bên trong toàn bộ tim được cấu tạo bằng cơ tim có vách ngăn thành hai nửa riêng biệt gọi là tim trái và tim phải. Mỗi nửa tim lại chia ra hai buồng là tâm nhĩ và tâm thất. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có van nhĩ thất. Giữa tâm thất trái và động mạch chủ, tâm thất phải và động mạch phổi có van bán nguyệt. Các van này đảm bảo cho máu di chuyển theo một chiều từ tâm nhĩ xuống tâm thất và từ tâm thất vào động mạch, do đó mới bảo đảm được sự tuần hoàn máu. Hình 2.1 Cấu tạo tim ngƣời [7]. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4
20. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 2.1.2 Hoạt động của tim: Các sợi cơ tim có cấu tạo đặc biệt liên kết với nhau làm thành cầu lan truyền xung từ sợi này sang sợi kia. Trong tim còn có một cấu trúc đặc biệt có khả năng tự phát xung gọi là hệ thống nút (hạch). Hệ thống gồm có: Nút xoang nhĩ (SAN): nằm ở cơ tâm nhĩ chỗ tĩnh mạch chủ trên đổ vào tâm nhĩ phải. Nút xoang nhĩ phát xung với tần số vào khoảng 120 lần/phút và là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim. Nút nhĩ thất (AVN): nằm ở bên phải của vách liên nhĩ, cạnh lỗ xoang tĩnh mạch vành. Nút nhĩ thất phát xung với nhịp vào khoảng 50-60 lần/phút. Bó His: đi từ nút nhĩ thất tới vách liên thất thì chia làm hai nhánh phải và trái chạy dưới nội mạc tới hai tâm thất, ở đó chúng phân nhánh thành mạng Purkinje chạy giữa các sợi cơ tim. Bó His phát xung với nhịp khoảng 30-40 lần/phút. Hình 2.2 Vị trí các nút và bó His [7]. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5
21. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM 2016 Khi có xung động truyền đến cơ tim, tim co giãn nhịp nhàng. Tim hoạt động co bóp theo một thứ tự nhất định. Hoạt động này được lặp đi lặp lại và mỗi vòng được gọi là một chu chuyển của tim. Một chu chuyển của tim gồm 3 giai đoạn:  Tâm nhĩ thu: đầu tiên tâm nhĩ co bóp, áp suất trong tâm nhĩ tang lên, van nhĩ thất đang mở nên máu chảy từ tâm nhĩ xuống tâm thất, làm cho áp suất tâm thất tăng lên. Thời gian tâm nhĩ thu kéo dài 0,1 giây, sau đó tâm nhĩ giãn ra suốt thời thời gian còn lại của chu kỳ tim.  Tâm thất thu: khi tâm nhĩ giãn ra thì tâm thất bắt đầu co lại. Giai đoạn tâm thất thu kéo dài 0,3 giây gồm hai thời kỳ: Thời kỳ tăng áp suất kéo dài 0,05 giây. Tâm thất co bóp nên áp suất trong tâm thất tăng, cao hơn áp suất trong tâm nhĩ làm van tâm nhĩ đóng lại, nhưng chưa cao hơn áp suất ở động mạch nên van bán nguyệt chưa mở làm áp suất tâm thất tăng lên nhanh. Thời kỳ tống máu kéo dài 0,25 giây gọi là thời kỳ tâm thất co đẳng trương. Lúc này áp suất trong tâm thất rất cao làm van bán nguyệt mở ra, máu chảy mạnh vào động mạch.  Tâm trương: tâm thất bắt đầu giãn trong khi tâm nhĩ đang giãn, áp suất trong tâm thất thấp hơn trong động mạch, van bán nguyệt đóng lại. Áp suất tâm thất giảm nhanh và trở nên nhỏ hơn áp suất tâm nhĩ, van nhĩ thất mở ra. Máu được hút mạnh từ tâm nhĩ xuống tâm thất, đó là giai đoạn tâm trương toàn bộ, kéo dài 0,4 giây[1]. 2.2 Tín hiệu điện tim (ECG): 2.2.1 Giới thiệu tín hiệu điện tim: Tín hiệu điện tim là một trong các đại lượng sinh học quan trọng nhất trong việc chẩn đoán và chăm sóc bệnh nhân. Khi tim co bóp thể thực hiện chức năng tuần hoàn của mình thì nó sẽ tạo ra một điện trường sinh học qua khối dẫn liên hợp từ ngực và cơ bụng tới bề mặt da. Sự chênh lệch điện thế sinh học đó có thể đo CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4