đồ án kỹ thuật điện điện tử phương pháp nhận dạng hình dáng tín Hiệu điện tim

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay để chuẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch thường sử dụng hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu điện tim (ECG). Đặc biệt là phương pháp Holter đang được sử dụng rộng rãi, ghi liên tục (khoảng 24 tiếng ) tín hiệu ECG đo từ các điện cực gắn trên khoang ngực của bệnh nhân nối với một máy đo xách tay. Ban đầu các tín hiệu ECG được ghi trên băng từ, sau đó được cải tiến ghi vào các bộ nhớ RAM. Khi đọc và xử lý tín hiệu ECG ghi được trên bệnh nhân, người ta thấy rằng phần lớn các tín hiệu ghi được là các tín hiệu biểu thị nhịp tim bình thường, các tín hiệu này không phục vụ cho việc chuẩn đoán bệnh, chỉ có một vài chu kỳ biểu thị nhịp tim không bình thường kèm theo sù thay đổi hình dạng của ECG.  vậy dùng phương pháp Holter tốn rất nhiều bộ nhớ để ghi các tín hiệu không phục vụ cho chuẩn đoán bệnh trong khi đó bộ nhớ của máy ghi không đủ để có thể ghi lại các chu kỳ bệnh lý dài hơn. Để tiết kiệm phần lớn bộ nhớ của một máy ghi điện tim xách tay nhỏ tôi đã thiết kế cài đặt mạch xử lý tín hiệu trong thời gian thực ghi liên tục và xử lý tức thời các tín hiệu thu được nhằm giữ lại các tín hiệu có biểu hiện dạng không bình thường của bệnh nhân. Còn các tín hiệu dạng bình thường chiếm một phần lớn bộ nhớ của máy ghi sẽ bị loại bỏ. Trong khuôn khổ nghiên cứu, tôi đã sử dụng Card xử lý số tín hiệu DSP56002EVM của hãng Motorola và dùng phương pháp nhận dạng để phân loại tín hiệu điện tim. Sau khoảng thời gian làm luận văn, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Tiến hành thử nghiệm thu được kết quả tốt. Tuy nhiên vì thời gian có hạn chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy cô góp ý để thiết bị được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Kĩ Thuận Đo và Tin Học Công Nghiệp-Khoa Điện và các bạn đồng nghiệp trong và ngoài trường, đặc biệt là giáo viên hướng dẫn Tiến sĩ Phạm Ngọc Yến đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này. Hà nội, ngày 10 tháng 5 năm 2005  PHẦN I: LÝ THUYẾT Chương I: TÍN HIỆU ĐIỆN TIM VÀ HỆ THỐNG CÁC CHUYỂN ĐẠO 1. Tế bào và dòng sinh học: - Dòng sinh học là dòng sinh ra do sự hoạt động của các tế bào sống. - Dòng sinh hoá là dòng gây nên bởi sự thay đổi nồng độ iôn trong và ngoài tế bào. Tế bào là đơn vị sống nhỏ nhất của sinh vật. Tế bào gồm nhân tế bào, màng tế bào, chất nguyên sinh. Nhân tế bào giữ chức năng sinh sản, màng tế bào giữ chức năng trao đổi với môi trường. Nguyên sinh chất giữ chức năng mang tải các chất dinh dưỡng và các chất đào thải. Màng tế bào có tính bán thẩm thấu do đó duy trì những nồng độ khác nhau của các vật trong và ngoài tế bào. Hình vẽ 1.1 Sức điện động của các điện cực của một dung dịch điện phân. E = E 0 + C nF RT ln Hình1.1 Khi hai tế bào nồng độ C 1 , C 2 khác nhau nối với nhau bằng một cầu điện hóa. E = E 0 + 2 1 ln C C nF RT ở 18 o C E = 0.058.log 2 1 C C             ! " ψ # $%&" ψ  &&" ψ  $'"      ! '   $ $' $( Nếu hai môi trường là chất khác nhau Hình1.2 E = 22 11 ln fC fC nF RT 1 F :hệ số hoạt động của các chất C1; f2 hệ số hoạt động của các chất C2 Biến đổi E = 2 1 ln C C vu vu x nF RT + − u – hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của cation. v – hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của anion. Chất H + K + Na + NH 4 + 1/2Mn ++ U,v 32.7 6.7 4.5 6.7 4.5 Chất 1/2Ca ++ )* $ Cl - HCO - 1/2SO 4 U,v 5.3 18 6.8 4.6 7.1 Đưa điện cực vào trong và ngoài tế bào xuất hiện điện sức điện động: E = E k + E Na + E E k =       + + e i K K F RT ln E Na =       + + e i Na Na Ln F RT 5020 ÷=       =       − − + + e i e i Cl Cl K K 10 1 =       + + e i Na Na Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài tế bào sẽ trở thành âm tính tương đối (bị khử mất cực dương) so với mặt trong: người ta gọi là hiện tượng khử cực (depolarisation). Sau đó, tế bào lập lại thế thăng bằng ion nghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại dương tính tương đối (tái lập cực dương) người ta gọi đó là hiện tượng tái cực (repolarisation). Hình vẽ 1.2 2. Các quá trình điện học của tim : Ngày nay khoa điện sinh lÝ học hiện đại đã cho ta biết rõ, dòng điện do tim phát ra vì đâu mà có ? Đó là do sự biến đổi hiệu điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào cơ tim. Sự biến đổi hiệu điện thế này bắt nguồn từ sự di chuyển của các ion (K + , Na + ) từ ngoài vào trong tế bào và từ trong ra ngoài khi tế bào cơ tim  hoạt động, lúc này tính thẩm thấu của màng tế bào đối với các loại ion luôn luôn biến đổi. Hình 1.3 :Sù di chuyển của các ion Na + ,K + ,Ca ++ qua màng tế bào, hình thành đường cong điện thế hoạt động, nguồn gốc của dòng điện tim Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng tế bào sẽ trở thành âm tính tương đối (bị khử mất cực dương) so với mặt trong: người ta gọi đó là hiện tượng khử cực (despolarisation) (Hình1và2). Hình 1.4: Khử cực (b) và tái cực (c) trên một tế bào đơn giản. Sau đó, tế bào dần dần lập lại thế thăng bằng ion lúc nghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại dương tính tương đối (tái lập cực dương): người ta gọi đó là hiện tượng tái cực (repolaisation). 3. Khái niệm về điện tim đồ: Điện tâm đồ là một đường cong ghi lại các biến thiên của các điện lực do tim phát ra trong hoạt động co bóp. Điện lực đó rất nhỏ, chỉ tính bằng milivôn  nên rất khó ghi. Cho đến năm 1903, Einthoven mới lần đầu ghi được nó bằng một điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm. Phương pháp ghi điện tim đồ cũng giống như cách ghi các đường cong biến thiên tuần hoàn khác: người ta cho dòng điện tim tác động lên một bút ghi làm bút này dao động qua lại và vẽ lên một mặt giấy, nó được động cơ chuyển động đều với một tốc độ nào đó. Ngày nay, người ta đã sáng chế ra rất nhiều loại máy ghi điện tim nhạy cảm, tiện lợi. Các máy đó có bộ phận khuếch đại bằng đèn điện tử hay bán dẫn và ghi điện tim đồ trực tiếp lên giấy hay vẽ lên màn huỳnh quang. Ngoài ra, chúng còn có thể có một hay nhiều dòng, ghi đồng thời được nhiều chuyển đạo cùng một lúc, ghi điện tim đồ liên tục 24 giờ trên băng của một máy gắn nhỏ gắn vào người (Cardiocassette Type Holter). 4. Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim : Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng dày mỏng không đều nhau, co bóp khác nhau. Cấu trúc phức tạp đó làm cho dòng điện hoạt động của tim (khử cực và tái cực) cũng biến thiên phức tạp hơn ở tế bào đơn giản  đã nói ở trên. Hình1.5: Tim với hệ thần kinh tự động của nó. & Quy ước mắc điện cực và định nghĩa sóng âm sóng dương. Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự động của tim. Đầu tiên, xung động đi từ nút xoang toả ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực trước; nhĩ bóp trước đẩy máu xuống thất. Sau đó nút nhĩ-thất Tawara tiếp nhận xung động truyền qua bã His xuống thất làm thất khử cực: lúc này thất đã đầy máu sẽ bóp mạnh đẩy máu ra ngoài biên. Hiện tượng nhĩ và thất khử cực lần lượt trước sau như thế chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thống tuần hoàn. Đồng thời điều đó cũng làm cho điện tim đồ bao gồm hai phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng điện của nhĩ, đi trước, và một thất đồ, ghi lại dòng điện của thất đi sau. Để thu được dòng điện tim, người ta đặt những điện cực của máy ghi điện tim lên cơ thể. Tuỳ theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tim đồ sẽ khác nhau. Nhưng trong mấy ví dụ dưới đây, để cho thống nhất và đơn giản, quy ước (Hình1.5) đặt điện cực dương (B) ở bên trái quả tim và điện cực âm (A) ở bên phải quả tim.  vậy (Hình1.5): - Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trương) không có dòng điện nào qua máy và bút sẽ chỉ ghi lên giấy một đường thẳng ngang, ta gọi đó là đường đồng điện (isoelectric line). - Khi tim hoạt động (tâm thu) điện cực B thu được một điện thế dương tính tương đối so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dương, nghĩa là ở mé trên đường đồng điện. Trái lại, điện cực A dương tính tương đối thì bút sẽ vẽ lên một làn sóng âm, nghĩa là ở mé dưới đường đồng diện. 4.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ):  trên đã nói, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) sẽ toả ra làm khử cực cơ nhĩ  hình các đợt sóng với hướng chung là từ trên xuống dưới và từ phải sang trái (Hình1.6).  vậy, véctơ khử cực nhĩ có hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái, làm với đường ngang một góc 49 o (Hình1.6), đường thẳng nằm trùng với véctơ này gọi là trục điện nhĩ. ' Lúc này, điện cực B sẽ là dương tương đối và ta có thể ghi được một sóng dương thấp, nhỏ, tầy đầu với thời gian khoảng 0.08s gọi là sóng P. Do đó, trục điện nhĩ gọi là sóng P kí hiệu là ÂP (P axis). Khi nhĩ tái cực nó phát ra một sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T). Nhưng ngay lúc này cũng xuất hiện khử cực thất với điện thế mạnh hơn nhiều. Nên trên điện tâm đồ gần  ta không thấy sóng T nữa. Kết quả nhĩ đồ chỉ thể hiện trên điện tâm đồ một sóng đơn độc là sóng P. Hình 1.6: Nhĩ đồ a) Quá trình khử cực ở nhĩ ; trục điện nhĩ; b) Nhĩ đồ bình thường: sóng P; c) Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay đặt điện cực trực tiếp lên nhĩ (mổ tim, thực nghiệm) % 4.2 Thất đồ (Ghi lại dòng điện của thất): a) Khử cực: Ngay khi nhĩ còn đang khử cực thì xung động đã bắt vào nút nhĩ-thất rồi truyền qua thân và hai nhánh bó His xuống khử cực thất. Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa liên thất đi xuyên qua mặt phải vách này, tạo ra một véctơ khử cực đầu tiên hướng từ trái sang phải: điện cực A sẽ dương tính tương đối và máy ghi được một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng Q (Hình1.7a). Sau đó xung động truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả 2 tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim. Lúc này, véctơ khử cực hướng nhiều về bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nằm nghiêng về bên trái. Do đó, véctơ khử cực chung hướng từ phải qua trái và điện cực B lại dương cao hơn, nhọn gọi là sóng R (Hình1.7b). Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hướng từ trái sang phải, máy ghi được sóng âm nhỏ gọi là sóng S (Hình1.7c). + Hình 1.7: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS. ( Tóm lại, khử cực thất bao gồm 3 làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phức tạp nên được gọi là phức bộ QRS (QRS complex).Vì nó có sức điện động tương đối lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0,07s nên còn gọi là phức bộ nhanh. Trong phức bộ này sóng chính lớn nhất là sóng R. Nếu đem tổng hợp 3 véctơ khử cực lại ta được véctơ khử cực trung bình hướng từ trên xuống dưới, từ phải qua trái và làm với đường ngang một góc 58 o . Véctơ này gọi là trục điện trung bình của tim hay trục điện tim. b) Tái cực: Thất khử cực xong sẽ qua giai đoạn tái cực chậm, không thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đoạn thẳng đồng điện gọi là đoạn T_S. Sau đó là thời kì tái cực nhanh (sóng T). Tái cực có xu hướng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dưới thượng tâm mạc tới lớp dưới nội tâm mạc. Sở dĩ tái cực đi ngược chiều với khử cực là vì nó tiến hành đúng vào lúc tim co bóp với cường độ mạnh nhất, làm cho lớp cơ tim dưới nội tâm mạc bị lớp ngoài nén vào mạnh nên tái cực muộn đi. Do đó, tuy tiến hành ngược chiều với khử cực, nó vẫn có véctơ tái cực hướng từ trên xuống dướivà từ phải qua trái làm phát sinh làn sóng dương thấp, tầy đầu gọi là sóng T (Hình1.8). Hình1.8: Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T  [...]... khi ca mt thit b ghi in tim s dng vi x lý Thit b ghi in tim ghộp ni vi mỏy in toỏn cng cú s nh vy Trong mỏy in toỏn cng dựng vi x lý àP l b vi x lý thc hin cỏc lnh toỏn hc, logic v chuyn d liu.RAM l b nh tm thi, ROM l b nh ch c Đồng hồ CPU (àP) ROM Lấy mẫu A/D và I/O ECG điều khiển Hiển thị bàn phím, máy in RAM I/O I/O Băng đĩa từ I/O Hình 2.1: Sơ đồ khối của thiết bị ghi điện tim dùng vi xử lý (àP)... PHNG PHP NHN DNG HèNH DNG TN HIU IN TIM Sau khi phõn tớch ng cong in tim , tim ra cỏc du hiu bnh lý, cỏc bỏc s chuyờn khoa v tim mch ó tp hp chỳng li thnh nhng hi chng in tim , ri da vo ú m chun oỏn bnh Cú hai loi hi chng c xột n l: - Cỏc hi chng v hỡnh dng súng: Cỏc bnh lý lm thay i hỡnh dng in tim chun - Cỏc hi chng v ri lon nhp: Cỏc bnh lý lm thay i tn s in tim chun ti ca lun vn mi ch xột ti... khong v thi kỡ tõm thu v tõm trng trờn in tim Túm li,in tim bỡnh thng ca mi nhỏt búp tim (chu chuyn tim) gm sỏu ln súng ni tip nhau m ngi ta dựng sỏu ch cỏi liờn tip t tờn l: P,Q,R,S,T,U, trong ú ngi ta phõn ra mt nh : súng P; mt tht : cỏc súng Q,R,S,T,U-vi thi gian truyn t nh-tht: khong PQ 11 Vi tn s tim bỡnh thng (khong 75 nhp/min), thỡ sau súng T (hoc súng U) ;tim s ngh p khong 0,28s th hin bng mt... Nh vy, trc chuyn o ca chỳng s l nhng ng thng hng t tõm ca tim n ti im cc tng ng, cỏc trc ú nm trờn cỏc ng thng nm ngang (horixontal plane) hay phn nm ngang 14 Hỡnh1.12: V trớ t in cc ca cỏc chuyn o trc tim 6 c im ca tớn hiu in tim: V ngun gc tớn hiu in tim ó trỡnh by trờn, phn ny s trỡnh by cỏc dc trng c bn ca tớn hiu in tim: - Tớn hiu in tim l tớn hiu cú dng phc tp vi tn s lp li khong t 0.05-300Hz... cú th nhỡn thy c thnh sau di ỏy tim Trc chuyn o l ng thng OF Sau ny, ci tin thnh chuyn o cc chi tng thờm (kớ hiu AVL, AVR, AVF) Tt c 6 chuyn o I, II, III, AVR, AVL, AVF c gi l chuyn o ngoi biờn vỡ u cú chuyn o thm dũ t ti cỏc chi xem xột mt cỏch y v cỏc tớn hiu ca tim ta phi ghi thờm cỏc chuyn o trc tim 5.3 Chuyn o trc tim: Thng ghi ng lot cho bnh nhõn 6 chuyn o trc tim thụng dng nht kớ hiu l V1-V6:... in tim gm : - Chuyn o trc tim V1,V2,V2,V4,V5,V6 - Chuyn o mu I ,II, III - Chuyn o ngoi biờn tng cng aVR, aVL, aVF Hỡnh1.12: in tõm bỡnh thng v cỏc con s ch yu 7 Cỏc tớn hiu bnh tim v mt s vớ d v dng tớn hiu khụng bỡnh thng : a) Thp tim: Du hiu ch yu: PQ di ra; ngoi ra cũn cú th cú QT di ra, T dt, ST chờnh, P cao hay dt, QRS cú múc v cú cỏc ri loi nhp Cỏc du hiu ú 16 cú th chun oỏn sm cỏc ca thp tim. .. ngi s dng) c np vo b m khi bộ timer c phộp hot ng (TE=1) hoc khi b m va gim n 0 v mt s kin mi xut hin Nu TCR c np vi giỏ tr n b m s c np li sau (n+1) s kin Nu b timer b cm hot ng (TE=0) v chng trỡnh vit lờn TCR thỡ giỏ tr vit lờn TCR vn c gi ú nhng khụng xut hin c np vo b m cho n khi bộ timer c phộp hot ng +) Thanh thỏi (TCSR) ca timer Thanh ghi TCSR dựng iu khin b timer ng thi ghi li trng thỏi ca... 1V 7) Dũng dũ < 10 àA 20 II Thit b ghi in tim hin i : Cựng vi s phỏt trin ca k thut in t, cỏc thit b in t y t núi chung v thit b ghi in tim núi riờng ngy cng cú thờm nhiu tớnh nng Vic x dng k thut vi x lý v ghộp ni thit b ghi in tim vi mch in toỏn ó nõng cao tớnh nng v cht lng ca thit b mc bỡnh thng chỳng cú th lu tr s liu, so sỏnh cp nht v in cỏc s liu v in tim cựng tờn tui bnh nhõn mt cỏch t ng ... thanh ghi TX trng rng nu nh ngt tng ng c cho phộp 2 Bộ timer v m s kin ca DSP56002 K t Version th hai cỏc b phn DSP56002 cú thờm b timer v b m s kin B timer cú th s dng xung nhp bờn trong hay bờn ngoi v cú th lm ngt b x lý sau khi cú mt s lng nht nh cỏc s kin bờn ngoi hay cú th gi tớn hiu ti mt thit b bờn ngoi sau khi m cỏc s kin bờn trong Bộ timer ni ti cỏc thit b bờn ngoi qua hai chõn hai chiu do... thi gian nht nh Khi khụng c s dng cho bộ timer thỡ TIO cú th c s dng nh mt chõn vo/ra mc ớch chung +) Cu trỳc b timer v m s kin Hỡnh (2-3) l s khi ca timer v m s kin Nú bao gm mt thanh ghi iu khin/ trng thỏi 24 bit cú th c/vit (TDSR), một thanh ghi m (TCR) 24 bit c/vit, mt b m 24 bit v mt mch lụgic cho vic phỏt sinh ngt v la chn xung nhp +) Thanh ghi m (TCR) ca timer Thanh ghi TSR cha giỏ tr (c xỏc nh . điểm của tín hiệu điện tim: Về nguồn gốc tín hiệu điện tim đã trình bày ở trên, phần này sẽ trình bày các dặc trưng cơ bản của tín hiệu điện tim: - Tín hiệu điện tim là tín hiệu có dạng phức. các tín hiệu đồng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống nhiễu tốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha. Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghép giữa nguồn tín. MỞ ĐẦU Hiện nay để chuẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch thường sử dụng hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu điện tim (ECG). Đặc biệt là phương pháp Holter đang được sử dụng