Thiết kế bộ thu thập và xử lý tín hiệu điện tim ecg,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ II BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN THIẾT KẾ BỘ THU THẬP VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM ECG Mã số đề tài: 643 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật cơng nghệ Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ II BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN THIẾT KẾ BỘ THU THẬP VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM ECG Mã số đề tài: 643 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật công nghệ Sinh viên thực hiện: Đặng Thành Long Nhật Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Điện – Điện Tử Năm thứ: Số năm đào tạo: Ngành học: Kỹ thuật viễn thông K52 Người hướng dẫn: KS.Lê Mạnh Tuấn Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2014 Mục lục PHẦN DẪN NHẬP 1 Lý chọn đề tài : Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Khách thể đối tượng nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĐIỆN TÂM ĐỒ(ECG) 1.1 Lý thuyết tim, tín hiệu điện tim đạo trình 1.1.1 Vị trí, cấu tạo, vai trò hoạt động tim 1.1.1.1 Vị trí tim 1.1.1.2 Cấu tạo tim 1.1.1.3 Vai trò tim 1.1.1.4 Hoạt động tim 1.1.2 Sự hình thành tín hiệu điện tim (ECG) 1.1.2.1 Điện tâm đồ (Electrocardioghram - ECG) 1.1.2.2 Sóng tín hiệu điện tim 1.1.3 Cấu trúc máy đo điện tâm đồ(ECG) CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MODULE ANALOG 11 2.1 Mạch khuếch đại vi sai 11 2.1.1 Mạch khuếch đại chuyên dụng cho ECG 11 2.1.2 Thiết kế 13 2.2 Tổng quan mạch lọc tương tự 13 2.2.1 Thiết kế mạch lọc thông thấp (f c =150Hz) 14 2.2.2 Thiết kế mạch lọc thông cao (f c =0.05Hz) 16 2.2.3 Thiết kế mạch lọc triệt dải (f c =50Hz) 18 2.2.3.1 Bộ lọc Twin-T 18 2.2.3.2 Thiết kế mạch lọc triệt dải f c =50Hz dùng lọc Twin-T 19 2.3 Mạch dịch điện áp 20 2.4 Mạch DRL 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MODULE DIGITAL 24 3.1 Module Digital 24 3.2 Tổng quan PIC 16F877A 24 3.2.1 Các cổng vào PIC 16F877A 26 3.2.2 Timer 27 3.3 Khối chuyển đổi ADC 28 CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM LABVIEW 29 4.1 Tổng quan LabVIEW 29 4.2 Cấu tạo LabView 30 4.2.1 Font panel 31 4.2.2 Block diagram 32 4.2.3 Icon connector 33 4.2.4 Các hàm cần thiết 35 4.2.5 Các hàm chuyển number string 35 4.2.6 Một số hàm với mảng 36 4.2.7 Các khối VISA thường dùng 38 4.2.8 Measurement & Automation Explorer (MAX) 39 4.3 Labview cho xử lý tín hiệu ECG 40 4.3.1 Tín hiệu tiền xử lý ECG 40 4.3.2 Thực khai thác tính tín hiệu điện tâm đồ 43 4.4 Thiết kế giao diện LabVIEW 45 CHƯƠNG 5: ĐIỆN CỰC VÀ CÁP 47 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 49 6.1 Kết thu 49 6.2 Ứng dụng 50 KẾT LUẬN 56 Nhận xét 56 Những vấn đề giải đề tài 56 2.1 Những vấn đề nghiên cứu 56 2.3 Hạn chế đề tài 56 KIẾN NGHỊ 57 Tài liệu tham khảo 58 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ II THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG - Sinh viên thực hiện: Đặng Thành Long Nhật - Lớp: Kỹ thuật viễn thông K52 Khoa: Điện-Điện tử - Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: KS.Lê Mạnh Tuấn Mục tiêu đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Tính sáng tạo: Có Kết nghiên cứu: Hồn thành mục tiêu đề Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đóng góp lĩnh vực khoa học y tế Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài: Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài: Ngày tháng năm Xác nhận trường đại học Người hướng dẫn (ký tên đóng dấu) (ký, họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ II THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên: Đặng Thành Long Nhật Sinh ngày: 18 tháng 07 năm 1993 Nơi sinh: An Khê – Gia Lai Lớp: Kỹ thuật viễn thơng Khóa: 52 Khoa: Điện – Điện tử Địa liên hệ: Điện thoại: 0905587839 Email: mrnhat.ktvt.k52@gmail.com II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP * Năm thứ 1: Ngành học: Kỹ thuật viễn thông Khoa: Điện – Điện tử Kết xếp loại học tập: Trung bình Sơ lược thành tích: Khơng thành tích * Năm thứ 2: Ngành học: Kỹ thuật viễn thông Khoa: Điện – Điện tử Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lược thành tích: Khơng thành tích Ngày tháng năm Xác nhận trường đại học Sinh viên chịu trách nhiệm (ký tên đóng dấu) thực đề tài (ký, họ tên) Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG PHẦN DẪN NHẬP Lý chọn đề tài : Trong thời đại cơng nghiệp hố tồn cầu nay, Việt Nam có bước tiến quan trọng q trình hội nhập với xu phát triển chung giới tất lĩnh vực: kinh tế, văn hoá, xã hội … đặc biệt ứng dụng khoa học công nghệ đời sống người Điện tử viễn thông công nghệ thông tin ngày sâu phục vụ cho đời sống Ngày mà sống ổn định nhu cầu chăm sóc sức khoẻ khám chữa bệnh người dân ngày cao đặc biệt ứng dụng điện tử tin học đời sống khám chữa bệnh ngày sử dụng nhiều lĩnh vực đòi hỏi thời gian, liên kết, xử lý, vận hành lưu trữ thương mại, dịch vụ, y tế giáo dục… Chẳng hạn, y học để thuận tiện việc khám điều trị theo dõi, quan sát lưu trữ liệu cho bệnh nhân cách xác Đặc biệt với số thiết bị y tế có giá thành cao Khi với việc thiết kế thi công thiết bị thu xử lý tín hiệu điện tim (ECG- Electro Cardio Graph) giao tiếp với máy tính điều cần thiết Khi thiết kế thiết bị thu tín hiệu ECG giao tiếp với máy tính cho phép bác sĩ theo dõi tín hiệu điện tim bệnh nhân cách liên tục xác Nhờ mà phát triệu chứng bất thường tim mạch Hơn với việc mô giao tiếp với máy tính giúp cho việc lưu trữ liệu điện tim bệnh nhân, tránh tối đa sai sót gây hậu đáng tiếc bất cẩn Đặc biệt chi phí thiết bị giảm cách đáng kể so với thiết bị phải nhập từ nước Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Nhiệm vụ: Tìm hiểu tín hiệu điện tim Thiết kế mơ hình máy thu tín hiệu điện tim ECG SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Chuẩn đoán bệnh Mục tiêu: Nắm kiến thức liên quan để từ thiết kế thi cơng mơ hình máy điện tim ECG kết nối, truyền liệu với máy tính, với giao diện hiển thị dạng sóng điện tim phần mềm viết ngôn ngữ Labview Khách thể đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo, hoạt động vai trò tim, hình thành sóng tim, đạo trình, tín hiệu điện tim, mạch điện tử có liên quan tới đề tài, ngôn ngữ C ( PIC 16F877A ), Labview… Khách thể nghiên cứu: tất khách hàng có nhu cầu sử dụng ứng dụng máy điện tim ECG Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu chính: – Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết – Phương pháp phân loại hệ thống hoá lý thuyết Hai phương pháp sử dụng trình xử lý liệu sau thu thập Vì đề tài thuộc lĩnh vực khoa học kỹ thuật (điện tử ) nên lý thuyết vấn đề nặng tính hàn lâm Do người nghiên cứu phải sử dụng thao tác tư logic phân tích, tổng hợp, phân loại, hệ thống lý thuyết; từ tìm hiểu chất, cấu trúc bên lý thuyết vấn đề nghiên cứu Bởi có nắm vững lý thuyết vấn đề nghiên cứu, người nghiên cứu có khả vận dụng chúng để giải cách sáng tạo yêu cầu thực tế đề Phương pháp thực nghiệm: Vì sản phẩm đề tài mơ hình máy điện tim ECG nên sau viết xong đề tài, thi cơng cho sản phẩm, kiểm nghiệm thực tiễn SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĐIỆN TÂM ĐỒ(ECG) 1.1 Lý thuyết tim, tín hiệu điện tim đạo trình 1.1.1 Vị trí, cấu tạo, vai trị hoạt động tim 1.1.1.1 Vị trí tim Tim nằm trung thất, hai phổi hoành sau xương ức lệch bên trái Trục tim nằm hướng chéo từ sau trước, từ phải sang trái từ xuống Hình 1: Vị trí tim thể người 1.1.1.2 Cấu tạo tim Hình 2: Cấu tạo tim người SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 6.1 Kết thu Sau q trình thiết kế thi cơng mạch, tiến hành thực nghiệm ta thu tín hiệu điện tim hiển thị máy tính sau: Hình 50 Kết thu dùng lọc tương tự Hình 51: Kết thu dùng kết hợp lọc tương tự lọc số SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 49 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Như ta thấy tín hiệu điện tim thu có dạng giống tín hiệu điện tim lý thuyết mà ta biết Hình 52 : Hình dạng tín hiệu điện tim thơng thường So sánh hai kết ta thấy kết thu máy tính có dạng sóng PQRS đỉnh sóng R lúc có biên độ lớn Biên độ điện áp lớn khoảng 1,8V Một phần dạng sóng tín hiệu điện tim thu cịn bị nhiễu có nhiều ngun nhân điện cực, linh kiện không tốt, nhiễu cáp, co cỏ bắp…những nguyên nhân ta hoàn toàn giải 6.2 Ứng dụng Điện tâm đồ phương tiện chuẩn đốn lâm sàng, khơng hữu ích cho bác sĩ chuyên khoa tim mạch mà bác sĩ chuyên khoa khác Sự đời phương pháp chuẩn đoán bệnh khác khơng làm phai mờ vai tị điện tâm đồ Điện tâm đồ cận lâm sàng góp phần chuẩn đốn cận lâm sàng cho bệnh tim Vấn đề theo dõi điện tâm đồ điều trị cần thiết để kịp thời phát thay đổi tần số tim, với kỹ thuật đơn giản, tiện lợi di chuyển nhiều nơi điện tâm đồ giúp bác sĩ: - Giải trường hợp cấp cứu SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 50 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG - Giúp phát điều trị sớm bệnh tim mạch - Giúp bác sĩ theo dõi tình hình bênh nhân điệu trị Sau vài dấu hiệu mà qua tín hiệu điện tim ta chuẩn đốn bệnh  Nhồi máu tim: ECG góp phần quan trọng chuẩn đốn bệnh nhồi máu tim Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Tăng biên độ sóng T • ST chênh lệch hình vịm • T cao rộng Hình 53: Tiến triển ECG nhồi máu tim cấp  Cao huyết áp: ECG góp phần quan trọng chuẩn đốn bệnh nhồi Cao huyết áp Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, có dẫn truyền lệch hướng dạng blog nhánh T sau trở bình thường SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 51 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Hình 54: Điện tâm đồ bệnh nhân cao huyết áp  Tâm phế quản: ECG góp phần quan trọng chuẩn đoán bệnh tâm phế quản Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Xuất Q + ST chênh lêch, T đảo nhẹ • ST chênh lệch, T đảo chuyển ngực trái • S rõ đảo chuyển ngực trái Điện tâm đồ phương tiện chuẩn đốn lâm sàng, khơng hữu ích cho bác chun khoa tim mạch mà cịn bác sĩ chuyên khoa khác Sự đời phương pháp chuẩn đốn bệnh khác khơng làm phai mờ vai tị điện tâm đồ Điện tâm đồ ln cận lâm sàng góp phần chuẩn đốn cận lâm sàng cho bệnh tim Vấn đề theo dõi điện tâm đồ điều trị cần thiết để kịp thời phát thay đổi tần số tim, với kỹ thuật đơn giản, tiện lợi di chuyển nhiều nơi điện tâm đồ giúp bác sĩ: - Giải trường hợp cấp cứu - Giúp phát điều trị sớm bệnh tim mạch - Giúp bác sĩ theo dõi tình hình bênh nhân điệu trị Sau vài dấu hiệu mà qua tín hiệu điện tim ta chuẩn đốn bệnh SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 52 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG  Nhồi máu tim: ECG góp phần quan trọng chuẩn đoán bệnh nhồi máu tim Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Tăng biên độ sóng T • ST chênh lệch hình vịm • T cao rộng Hình 55: Tiến triển ECG nhồi máu tim cấp  Cao huyết áp: ECG góp phần quan trọng chuẩn đoán bệnh nhồi Cao huyết áp Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, có dẫn truyền lệch hướng dạng blog nhánh T sau trở bình thường Hình 56: Điện tâm đồ bệnh nhân cao huyết áp SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 53 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG  Tâm phế quản: ECG góp phần quan trọng chuẩn đốn bệnh tâm phế quản Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Xuất Q + ST chênh lêch, T đảo nhẹ • ST chênh lệch, T đảo chuyển ngực trái • S rõ đảo chuyển ngực trái Hình 57 : Điện tâm đồ bệnh nhân tâm phế quản  Xuất huyết nội soi: ECG góp phần quan trọng chuẩn đốn bệnh xuất huyết nội soi Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Sóng T chuyển đạo ngực rộng, nhơ cao, thường đảo ngược • Nhịp chậm,sóng QT kéo dài SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 54 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Hình 58 : Điện tâm đồ bệnh nhân xuất huyết nội soi  Xuất huyết nội soi: ECG góp phần quan trọng chuẩn đốn bệnh xuất huyết nội soi Dạng sóng tín hiệu điện tim có thay đổi, cụ thể sau: • Sóng T chuyển đạo ngực rộng, nhơ cao, thường đảo ngược • Nhịp chậm,sóng QT kéo dài Hình 59 : Điện tâm đồ bệnh nhân xuất huyết nội soi SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 55 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG KẾT LUẬN Nhận xét Với kết thực nghiệm trên, mơ hình máy điên tim ECG đạt kết tốt Tuy sóng điện tim thu cịn nhiễu với đạt người thực hồn thành mà đề tài đưa Những vấn đề giải đề tài 2.1 Những vấn đề nghiên cứu  Nghiên cứu sở lý thuyết tim, tín hiệu điện tim đạo trình  Nghiên cứu sở lý thuyết mạch điện tử có liên quan  Nghiên cứu phần mềm Labview 2.2 Những vấn đề thực  Tìm hiểu, nghiên cứu tổng hợp số kiến thức y sinh quan trọng điện tâm đồ, tạo tiền đề tốt để nhóm sau phát triển đề tài tốt  Hoàn thành phần cứng cũa mơ hình máy ECG: module Analog, module Digital  Hồn chỉnh phần mềm: giao diện hiển thị tín hiệu ECG sử dụng phần mềm Labview  Thu thập tín hiệu điện tâm đồ từ đạo trình trực tiếp người 2.3 Hạn chế đề tài  Tín hiệu điện tim nhiều cịn nhiễu trơi đường sở  Tính phần mềm máy tính cịn nghèo nàn nên chưa thể phục vụ tốt cơng tác chuẩn đốn bệnh y bác sỹ  Đồ án dừng lại mức độ mơ hình chưa thể sử dụng thực tế SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 56 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG KIẾN NGHỊ Thực tính tốn, thiết kế lại thi cơng lại phần cứng mới, sử dụng linh kiện, điện cực, cáp dẩn… có chất lượng tốt nhằm tăng tính xác tín hiệu ECG thu để chuyển mơ hình thành sản phẩm sử dụng thực tế Tăng cường thêm chuẩn giao tiếp phần cứng với máy tính thiết bị khác chuẩn USB, Wireless, TCP/IP….nhằm tăng tính linh hoạt sản phẩm sử dụng thực tế Phát triển thêm tính hữu ích phần mềm máy tính để tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm tính lưu trữ ,tính chuẩn đốn bệnh tự động v.v.v Với mục tiêu tương lai nhóm cố gắng sớm hồn thành nhằm cung cấp thiết bị tiện dụng, hữu ích tới tất người với mục đích nâng cao sức khỏe cộng đồng Theo đó, đề tài mong muốn đóng góp hướng việc nghiên cứu lĩnh vực điện tủ y sinh, từ bệnh viện nước có thêm lựa chọn thiết bị y tế cao cấp sản xuất nước với giá thành thấp SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 57 Đề tài: Thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim ECG Tài liệu tham khảo [1] John G.Webster(03/02/2009), Medical instrumentation Application and Design, tái lần thứ [2] Nguyễn Bá Hải Lập trình LabVIEW NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Hữu Phương(08/2003) Xử lý tín hiệu số NXB Thống Kê 578 trang [4] Ron Mancini and Bruce Carter (23/04/2003), OpAmp for Everyone, tái lần thứ [5] Sophocles J.Orfanidis(12/08/1995) Introduction to Signal Processing [6] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng…(15/01/2013) Điện tử NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh 642 trang ………  ………. SVTH: Đặng Thành Long Nhật Trang 58 THIẾT KẾ BỘ THU THẬP VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM ECG DESIGN THE COLLECTION AND PROCESSING ECG SIGNAl Đặng Thành Long Nhật Trường Đại học Giao Thông Vận tải – Cơ sở II Email: mrnhat.ktvt.k52@gmail.com dụng y học để phát bệnh tim rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu tim v.v Tóm tắt: Bài báo trình bày trình thiết kế thu thập xử lí tín hiệu điện tim , qua thấy tầm quan trọng điện tử y sinh lĩnh vực y tế việc nghiên cứu cơng nghệ đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe người Abstract: This paper presents the design collectors and process ECG signals, visible through measuring the importance of biomedical electronics in the medical field and the study of new technology meets the needs of health care by humans Đặt vấn đề Với số thiết bị y tế có giá thành cao Việc thiết kế thiết bị thu xử lý tín hiệu điện tim giao tiếp với máy tính điều cần thiết Cho phép bác sĩ theo dõi tín hiệu điện tim bệnh nhân liên tục xác Đặc biệt chi phí thiết bị giảm cách đáng kể so với thiết bị phải nhập từ nước giúp làm chủ công nghệ chế tạo ECG 2.2 Nguyên lý điện tâm đồ Cơ tim ví tế bào, lúc nghỉ: Ion dương màng tế bào Ion âm bị giữ màng để cân lực hút tĩnh điện; tế bào gọi có cực Khi tim bị kích thích xuất khử cực ion âm khuyếch tán ngồi màng, ion dương khuyếch tán vào màng Nếu dùng điện kế để thu tượng trên, ta có đường biểu diễn gọi điện tâm đồ Đường gồm: - Một đường đẳng điện ứng với tượng có cực - Đoạn PQ gồm thời gian khử cực nhĩ truyền xung động từ nhĩ tới thất - Phức QS: khử cực tâmthất - Đoạn ST: thời kỳ khử cực hoàn toàn thất - Sóng T: Tái cực tâm thất 2.3 Sơ đồ khối hệ thống ECG Nội dung nghiên cứu 2.1 Tìm hiểu ECG ECG đồ thị ghi thay đổi dòng điện tim Những dịng điện nhỏ, khoảng phần nghìn volt, dị thấy từ điện cực đặt tay, chân ngực bệnh nhân chuyển đến máy ghi Máy ghi điện khuếch đại lên ghi lại điện tâm đồ Điện tâm đồ sử Thiết kế phần cứng 3.1 Module Analog Vì phổ điện tim nằm khoảng 0.05hz150hz nên ta cần thiết kế lọc thông thấp 150hz thơng cao 0.05hz để thu thập tín hiệu điện tim Ngoài cần thiết kế thêm lọc triệt dải 50hz ảnh hưởng lưới điện gây 3.1.1 Mạch lọc thông thấp Thiết kế lọc thơng thấp 150Hz loại Butterworth bậc 4: Hình Mạch lọc thơng cao bậc Hình Mạch lọc thơng thấp bậc Hình Đồ thị đáp ứng tần số 3.1.3 Mạch lọc chắn dải: Thiết kế lọc chắn dải 50Hz Twin-T Hình Đồ thị đáp ứng tần số 3.1.2 Mạch lọc thông cao: Thiết kế lọc thơng cao 0.05Hz loại Butterworth bậc 2: Hình Mạch lọc chắn dải 50Hz Twin-T Những khuếch đại đo sử dụng ứng dụng y sinh học số yếu sau: -Khả đạt hệ số khuếch đại cao với giá trị điện trở nhỏ -Trở kháng đầu vào cao -Hệ số nén đồng pha cao tín hiệu chế độ mode chung Hình Đồ thị đáp ứng tần số Thông thường mạch khuếch đại đo thường sử dụng khuếch đại thuật toán ký hiệu từ 𝐴1 , 𝐴2 , 𝐴3 Trong khuếch đại đầu vào (tức 𝐴1 , 𝐴2 ) mắc theo cấu trúc thuận, khuếch đại thứ mắc theo kiểu khuếch đại vi sai 3.1.4 Mạch dịch điện áp Do tín hiệu điện tim tín hiệu xoay chiều , có phần âm phần dương ADC khơng lấy mẫu tín hiệu âm nên ta cần phải dịch mức điện áp, chọn mức điện áp lý thuyết cần dịch 2,5V Hình Mạch khuếch đại vi sai 3.1.6 Mạch DRL Hình Mạch dịch điện áp 3.1.5 Mạch khuếch đại vi sai Chúng ta biết tín hiệu điện tim (ECG) tín hiệu có biên độ nhỏ nên việc thu nhận tín hiệu từ đầu vào từ thể địi hỏi cần phải có khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch đại lớn trở kháng vào cao nhằm đảm bảo cho trình thu nhận tín hiệu cách xác Để đảm bảo u cầu đưa dạng mạch khuếch đại gọi khuếch đại đo Tồn điện áp Vc điểm trung tính thể người điểm trung tính mạch, dẫn đến việc tín hiệu điện tim thu bị lệch khỏi đường sở Để tránh tượng trơi điểm khơng q trình đo điện tim người ta thường dùng mạch điều khiển chân phải để nhằm mục đích giảm điện áp chênh lệch Hình 11 Sơ đồ chân PIC16F77A Hình Mạch DRL 3.2 Module Digital Hình 13 Kết nối PIC16F77A MAX232 Hình 10 Module Analog, Module Digital PC Thiết kế phần mềm 3.2.1 PIC16F77A 4.1 Chương trình cho PIC 16F877A PIC16F877A dòng PIC phổ biến Trong Module Digital ta dùng PIC16F77A.Tín hiệu thu từ điện cực qua Module Analog triệt nhiễu khuếch đại lên 1206 lần đưa đến ADC PIC 16F877A, qua tín hiệu chuyển sang dạng Digital Mặt khác Module Digital kết nối với máy tính thơng qua cổng com chuẩn RS232 Module Digital đóng vai trị quan trọng khơng thua module Analog nên ta cần thiết module Digital cách khoa học xác Hình 14 Giải thuật cho PIC1677A 4.2 Thiết kế giao diện LabView Yêu cầu chương trình Labview: -Thực thiết lập thơng số để giao tiếp với phần cứng theo chuẩn truyền tin RS232 -Thực việc thu thập vẽ lại dạng sóng tín hiệu điện tim thu thập từ phần cứng Hình 15 Khối giao diện Hình 18 Kết thu chưa dùng lọc số Kết luận Với kết thực nghiệm trên, mô hình máy điên tim ECG đạt kết tốt Tuy sóng điện tim thu cịn nhiễu với đạt người thực hoàn thành mục tiêu đưa Tài liệu tham khảo: Hình 16 Giao diện người dung Kết thu [1] John G.Webster(03/02/2009), Medical instrumentation Application and Design, tái lần thứ [2] Ron Mancini and Bruce Carter (23/04/2003), OpAmp for Everyone, tái lần thứ [3] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng…(15/01/2013) Điện tử NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh 642 trang [4] Nguyễn Hữu Phương(08/2003) Xử lý tín hiệu số NXB Thống Kê 578 trang Hình 17 Kết thu dùng kết hợp lọc tương tự số [5] Sophocles J.Orfanidis(12/08/1995) Introduction to Signal Processing [6]Nguyễn Bá Hải Lập trình LabVIEW NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh