Mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU Y SINH Như chúng ta đã biết trong bốn chỉ số sinh tồn : nhiệt độ, mạch, huyết áp, nhịp tim thì việc đo nhịp tim là một thông số cực kỳ quan trọng. Đồng thời hiện nay trên thế giới các bệnh về tim mạch cũng rất phổ biến. Do đó, việc xây dựng và thiết kế một máy ghi nhận tín hiệu điện tim với giá thành phù hợp, dễ sử dụng là rất hữu ích. Chúng em cũng nhận thấy tín hiệu điện tim hiện nay đã được mọi người quan tâm rất nhiều, dạng tín hiệu nhận được cũng dễ nhận biết hơn các dạng tín hiệu . Vì thế, đối với những sinh viên mới tìm hiểu, kỹ năng chưa có nhiều như nhóm em thì việc xử lý tín hiệu điện tim là phù hợp hơn cả. Hơn nữa, qua đề tài nhóm em mong muốn có thể hiểu hơn về các tín hiệu y sinh và cách xử lý chúng. Do đó nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ ECG”.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU Y SINH Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH THU NHẬN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ Sinh viên thực hiện : Ngô Sơn Tùng :shsv 2008 Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027 Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716 Giáo viên hướng dẫn : ThS. Vũ Duy Hải Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Hà Nội – 05/2012 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay đi cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì vấn đề sức khỏe con người luôn được đặt lên hàng đầu .Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào y tế hiện nay chính là sự quyết định đến hiệu quả của việc phòng khám chữa bệnh cũng như nâng cao yêu cầu chăm sóc sức khỏe. Đến với môn học Mạch xử lý tín hiêu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao kiến thức, kỹ năng thực hành, khả năng phân tích, giải quyết vấn để nhóm em đã chọn đề tài thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tim – ECG. Qua đề tài nhóm em mong muốn dựa trên những hiểu biết về mạch có thể thực hiện thiết kế chế tạo các mạch đơn giản. Đồng thời có thể củng cố và vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế; đồng thời nâng cao được khả năng phân tích, tìm hiểu, thiết kế mạch xử lý tín hiệu y sinh. Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Duy Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm em hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn chế nên nhóm em không tránh khỏi sai sót, tín hiệu nhận được vẫn chưa được hoàn chỉnh… Chúng em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy để đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn. Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện 2 Hà Nội, 18/05/2012 2 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3 Hà Nội, 18/05/2012 GIỚI THIỆU CHUNG 3 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ – ECG” Lý do chọn đề tài Như chúng ta đã biết trong bốn chỉ số sinh tồn : nhiệt độ, mạch, huyết áp, nhịp tim thì việc đo nhịp tim là một thông số cực kỳ quan trọng. Đồng thời hiện nay trên thế giới các bệnh về tim mạch cũng rất phổ biến. Do đó, việc xây dựng và thiết kế một máy ghi nhận tín hiệu điện tim với giá thành phù hợp, dễ sử dụng là rất hữu ích. Chúng em cũng nhận thấy tín hiệu điện tim hiện nay đã được mọi người quan tâm rất nhiều, dạng tín hiệu nhận được cũng dễ nhận biết hơn các dạng tín hiệu . Vì thế, đối với những sinh viên mới tìm hiểu, kỹ năng chưa có nhiều như nhóm em thì việc xử lý tín hiệu điện tim là phù hợp hơn cả. Hơn nữa, qua đề tài nhóm em mong muốn có thể hiểu hơn về các tín hiệu y sinh và cách xử lý chúng. Do đó nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ - ECG”. Khả năng ứng dụng của đề tài Khi cuộc sống càng ngày càng phát triển như hiện nay thì vấn đề chăm sóc sức khỏe ngày càng được thế giới quan tâm. Đồng thời với một nền công nghiệp phát triển, tần suất công việc, nhịp sống ngày càng tăng thì vấn đề tim mạch là một trong những nguy cơ ngày càng gia tăng, càng đặt được mối quan tâm của mọi người. Ngày nay, các phòng khám tim mạch cũng ngày càng nhiều. Do đó có rất nhiều nhu cầu về thiết bị y tế đặc biệt là máy điện tâm đồ. Nhưng hiện nay, các thiết bị y tế trên thị trường có giá thành không phải nhỏ. Vì thế nhóm em mong muốn có thể tạo ra một thiết bị ghi nhận tín hiệu điện tim với giá thành vừa phải với khả năng chi trả của những phòng khám nhỏ. Nó sẽ hỗ trợ cho khả năng thăm khám, chuẩn đoán bệnh của bác sĩ được chính xác hơn. Nhóm em nhận thấy nếu có thể phát triển thành một sản phẩm hoàn chỉnh thì khả năng ứng dụng của đề tài là rất lớn. Khả năng thực hiện của nhóm Theo như yêu cầu mà nhóm đặt ra ban đầu là mạch của nhóm cần phải hoàn thiện phần cơ bản (mạch thu nhận được tín hiệu điện tim hiển thị trên oscilloscope); sau khi hoàn thiện tốt phần tương tự nhóm sẽ phát triển để hiển thị tín hiệu thu được lên máy tính. 4 Hà Nội, 18/05/2012 4 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Về phần cơ bản, mạch yêu cầu cần đạt được các chức năng sau: - Mạch thu nhận được tín hiệu điện tim - Mạch gồm các khối cơ bản: Mạch khuếch đại đo, mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch triệt tần 50 Hz, mạch khuếch đại cách ly, mạch khuếch đại đệm. Bộ khuếch đại cần khuếch đại được tín hiệu lên khoảng 10 3 lần 1.2 GIỚI THIỆU VỀ NHÓM VÀ TIMELINE CÔNG VIỆC: Nhóm thiết kế mạch của chúng em gồm 4 thành viên gồm : 1.Ngô Sơn Tùng :shsv 20083008 mail : nst2404@Gmail.com 2.Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 mail : cuongdoit@Gmail.com 3.Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027 4.Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716 Timeline công việc của nhóm : Công việc Phân công Thời gian hoàn thành 5 Hà Nội, 18/05/2012 5 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Tìm hiều về đề tài, tìm kiếm tài liệu Cả nhóm 1 tuần Thiết kế mạch nguyên lý, chạy mô phỏng Tùng ,Cường 2 tuần Mua linh kiện Phương,Toàn 2 ngày Thiết mạch thực tế Cả nhóm 1 tuần Test mạch Cả nhóm 2 tuần 6 Hà Nội, 18/05/2012 6 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 1.3 GIỚI THIỆU VỀ 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 được từ bất kỳ hai điểm nào trên bề mặt da. Biên độ của dạng sóng tín hiệu thu được phụ thuộc vào cập điện cực được đặt ở đâu trên bề mặt da bệnh nhân. Sóng điện tim là tín hiệu biến đổi theo thời gian, phản ánh dòng điện ion gây ra bởi các tế bào tim khi co lại hay giãn ra. Tín hiệu này thường rất nhỏ. Mỗi chu kỳ tim thường khoảng là 0,8 giây, thể hiện quá trình khử cực và tái khử cực của tâm nhĩ và tâm thất Hình 2.1 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 Hà Nội, 18/05/2012 7 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Một chu kỳ tim chuẩn có chu kỳ là 0,8 giây với năm đỉnh là P, Q, R, S, T và một đỉnh U ( đỉnh này rất nhỏ). Biên độ sóng P, Q, S nhỏ nhất khoảng 0,2 – 0,5 mV. Biên độ sóng R lớn nhất, khoảng 1,5 – 2 mV. Do đó đỉnh sóng QRS của tín hiệu ECG thường nằm trong dải 400 µV – 2,5 mV. Biên độ này phụ thuộc vào vị trí đo và thể trạng của bệnh nhân. Dải tần hoạt động là khoảng 0,05 Hz – 100 Hz. Các đạo trình đo Cơ thể người là một môi trường dẫn điện, vì thế dòng điện do tim được phát đi ra được truyền đi khắp cơ thể. Khi đặt hai điện cực trên bất kỳ hai điểm nào của cơ thể đều thu được dòng điện thế giữa hai điểm đó và được gọi là đạo trình ( hay chuyển đạo). Mỗi đạo trình sẽ có một dạng sóng khác nhau. Thông thường người ta hay sử dụng 12 đạo trình để ghi tín hiệu điện tâm đồ bao gồm: - Đạo trình mẫu : 3 đạo trình - Đạo trình đơn cực các chi: 3 đạo trình - Đạo trình trước ngực: 6 đạo trình Hình 2.2 Tín hiệu ECG chuẩn Nhóm em đã chọn thiết kế mạch thu nhận tín hiệu một đạo trình chuẩn của tín hiệu điện tim. Sau đây em xin giới thiệu chi tiết hơn về đề tài của nhóm. 8 Hà Nội, 18/05/2012 8 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI: Điện cực tiếp xúc Lọc thông thấp Lọc triệt tần 50 Hz 9 Hà Nội, 18/05/2012 THIẾT KẾ 9 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Lọc thông cao Bảo vệ đầu vào và đệm Khuếch đại đệm OUTPUT Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch xử lý tương tự 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 2.2.1 Mạch vào 10 Hà Nội, 18/05/2012 10 [...]... 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 18 18 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG b) Dùng điện cực dán lên các phần tay trái, tay phải và chân phải, hình ảnh thu được trên OXILO: 19 19 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3.2 KẾT LUẬN, NHẬN XÉT: Nhóm em đã ghép nối mạch phần cơ bản Do kỹ năng xử lý và kinh nghiệm chưa có nhiều nên tín hiệu nhóm thu được vẫn... 1 2 C O N 2 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3.1.HÌNH ẢNH 3.1.1 .Mạch sau khi hoàn thành : Mạch sau khi thiết kế xong 15 15 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Cắm nguồn và bật công tắc, led sáng mạch hoạt động 16 16 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3.1.2 Hình ảnh sử dụng mạch đo : a) Cắm vào đầu vào một tín hiệu hình sin, tần số 97 Hz, kết quả thu được trên... 104 + 4 8 R 17 4k7 R 15 33k U 9 7 1 C 14 +12V Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG M ach Loc 50H z 2.2.6 Mạch khuếch đại tín hiệu ra( KĐ Đệm): +12V K h u e c h D a i T in H ie u R a U 10 7 1 O U T4 3 J4 O U TP U T 6 O P07 4 8 2 + R 20 504 -1 2 V R 19 4k7 2.2.7 Nguồn vào ( điều chỉnh 12V): 13 13 Hà Nội, 18/05/2012 1 2 C O N 2 O U T4 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG AC 1 2 D 1 J1 3 2 1 VPP2 C O N 3... tín hiệu nhóm thu được vẫn chưa được ổn định Nhóm đang cố gắng xử lý để tín hiệu thu được có thể tốt hơn Kinh nghiệm của chùng em còn khá ít về chế tạo mạch cho y tế nên có thể có nhiều sai sót mắc phải Qua việc làm với nhóm th y rằng cả nhóm đã có tinh thần rất tốt khi làm việc theo nhóm 20 20 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG STT Tên linh kiện Nơi mua Số lượng Giá thành (VNĐ) 1...+12V Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 7 1 C O N 2 TA Y TR A I 1 2 R 3 47k 3 D 8 1N 4148 2 + L1 6 O P07 +12V -1 2 V 4 8 J2 D 9 1N 4148 U 3 J3 7 1 2 1 TA Y P H A I R 4 47k 3 D 10 1N 4148 2 + R 1 6 O P07 -1 2 V 4 8 C O N 2 D 11 1N 4148 U 4 M AC H VAO +12V 2.2.2 Mạch khuếch đại đo + 6 R 21 20K R 10 10k O U T1 3 C 9 AD 620 R 6 22k R 7... C O N 2 M ach K huech D ai D o 2.2.3 Mạch lọc thông thấp 11 +12V 1M 7 1 2 U 5 R 9 4 8 3 R 1 4 8 L1 22k 11 Hà Nội, 18/05/2012 -1 2 V 7 1 R 5 +12V Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG C 13 473 R 13 O U T2 C 12 104 3 22K 2 + U 8 6 O U T3 O P07 -1 2 V 4 8 203 7 1 R 14 M ach Loc T hong T hap +12V 2.2.4 Mạch lọc thông cao R 12 504 C 11 7 1 C 10 O U T1 3 10uF 2 + 2.2.5 Mạch lọc lọc tần 50Hz 12 12 Hà Nội, 18/05/2012... 6 2000 4 AD620 17A Hàn Thuyên 1 80000 5 LED Chợ Trời 2 500 6 Đế Chợ Trời 8 1500 7 Trở 4K7 Chợ Trời 2 500 8 Trở 47K Chợ Trời 2 500 9 Trở 22K Chợ Trời 3 500 10 Trở 10 K Chợ Trời 5 500 11 Trở 33K Chợ Trời 2 500 12 7812+7912 Chợ Trời 2 4000 13 1N4148 Chợ Trời 4 500 14 1N4007 Chợ Trời 4 500 15 VR Chợ Trời 5 3000 16 SW Chợ Trời 1 3000 21 21 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 17 Cáp nguồn . 2 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3 Hà Nội, 18/05/2012 GIỚI THIỆU CHUNG 3 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ. hiệu thu được lên máy tính. 4 Hà Nội, 18/05/2012 4 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Về phần cơ bản, mạch yêu cầu cần đạt được các chức năng sau: - Mạch thu nhận được tín hiệu điện tim - Mạch. mạch thu nhận tín hiệu một đạo trình chuẩn của tín hiệu điện tim. Sau đây em xin giới thiệu chi tiết hơn về đề tài của nhóm. 8 Hà Nội, 18/05/2012 8 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 2.1 SƠ ĐỒ