Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm đồ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ KIỀU THỊ YẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MẠCH CẢM BIẾN ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TÂM ĐỒ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ KIỀU THỊ YẾN NGHIẾN CỨU CHẾ TẠO MẠCH CẢM BIẾN ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TÂM ĐỒ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : Sư phạm kĩ thuật Người hướng dẫn khoa học Th S. TRẦN QUANG HUY HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của mình tới ThS. Trần Quang Huy, người đã hướng dẫn tận tình và thường xuyên động viên chúng tôi trong quá trình hoàn thiện đề tài. Người đã dành cho tôi sự giúp đỡ ưu ái nhất trong thời gian học tập, nghiên cứu cũng như quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, người đã dạy dỗ, tạo điều kiện và đóng góp ý kiến để chúng tôi hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và người thân luôn cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh viên Kiều Thị Yến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận này được hoàn thành do sự cố gắng tìm hiểu nghiên cứu của bản thân cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình và hiệu quả của ThS. Trần Quang Huy cũng như các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2. Tôi xin cam đoan đề tài này không trùng với các kết quả của đề tài khác. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Người thực hiện Kiều Thị Yến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. 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. 3 Hình1.2. Tín hiệu ECG chuẩn. 4 Hình 1.3. Điện dung tạp tán của dây đo ECG với dây nóng của lưới điện 220V tạo ra dòng điện qua điện trở giữa điện cực và da xuống đất 5 Hình 1.4. Dòng điện từ dây nóng lưới điện qua trở kháng giữa cơ thể và đất, tạo ra điện áp đồng pha trên cơ thể 7 Hình 1.5. Nhiễu do từ trường lưới điện 50/60Hz 8 Hình 1.6. Hồi tiếp âm dòng điện 10 Hình 1.7. Các chuyển đạo mẫu 12 Hình 1.8. Tam giác Endhoven 14 Hình 1.9. C ác chuyển đạo đơn cực các chi. 15 Hình 1.10. Các chuyển đạo trước tim thông dụng 16 Hình 1.11. Các chuyển đạo đơn cực các chi. 17 Hình 1.12. Mặt phẳng nằm ngang với các trục chuyển đạo V 2, V 4 (+45 0 ), V 6 (0 0 ) 18 Hình 1.13. Hệ thống chuyển đạo Frank. 19 Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch xử lý tương tự 20 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch vào 21 Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại 22 Hình 2.4. Sơ đồ mạch lọc thông thấp 22 Hình 2.5. Sơ đồ mạch lọc thông cao 23 Hình 2.6. Sơ đồ mạch lọc lọc tần số 50Hz 23 Hình 2.7. Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu ra (KĐ đệm). 24 Hình 2.8. Sơ đồ nguồn vào 25 Hình 2.9. Sơ đồ toàn mạch. 26 Hình 3.1. Mạch điên sau khi lắp 27 Hình 3.2. Cắm nguồn và bật công tắc, Led sáng mạch hoạt động 28 Hình 3.3. Hình ảnh khi sử dụng điện cực tiếp xúc 29 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECG Electrocardiography Điện tim VL Voltage Left Chuyển đạo ở cổ tay trái VR Voltage Right Chuyển đạo ở cổ tay phải VF Voltage Food Chuyển đạo ở cổ chân trái CT Central Terminal Cực trung tính aVR , aVL , aVF , D 1 , D 2 , D 3 Peripheral Leads (a : Augmented ( tăng cường)) Các chuyển động ngoại biên MỤC LUC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục các hình vẽ Danh mục các từ viết tắt MỞ ĐẦU 1 NỘI DUNG 3 CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUAN 3 1. Tín hiệu điện tim là gì ? 3 2.Các loại nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu điện tim 5 2.1. Nhiễu do các trường điện 5 2.2. Nhiễu do bản thân bệnh nhân( nhiễu cơ) 8 2.3. Nhiễu do môi trường 8 2.4. Nhiễu từ trường 50/60Hz 9 3. Cơ chế hoạt động 11 3.1. Các chuyển đạo mẫu (STAND LEADS) 12 3.2. Các chuyển đạo đơn cực các chi (UNIPOLAR LIMB LEADS) 14 3.3. Các chuyển đạo trước tim (PRECARDIAL LEADS) 16 3.4. Các chuyển đạo hiệu chỉnh trực giao – hệ thống chuyển đạo Frank (CORRECTED ORTHOGONAL LEADS – FRANK LEADS SYSTEM)…18 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TÂM ĐỒ 20 2.1. Sơ đồ khối: 20 2.2. Sơ đồ nguyên lý: 21 2.2.1. Mạch vào 21 2.2.2. Mạch khuếch đại đo 22 2.2.3. Mạch lọc thông thấp 22 2.2.4. Mạch lọc thông cao 23 2.2.5. Mạch lọc lọc tần số 50Hz 23 2.2.6. Mạch khuếch đại tín hiệu ra (KĐ Đệm) 24 2.2.7. Nguồn vào (điều chỉnh 12V) 25 SƠ ĐỒ TOÀN MẠCH 26 CHƯƠNG 3: THI CÔNG VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỆN TỬ 27 3.1. Yêu cầu cần đạt được khi chế tạo 27 3.2. Mạch điện sau khi lắp 27 3.3. Mạch điện sau khi được cắm nguồn 28 3.4. Mạch điện khi xử dụng điện cực tiếp xúc 29 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sức khỏe, đời sống của con người ngày càng được nâng cao hơn. Các dịch vụ y tế tốt hơn, các trang thiết bị, kỹ thuật hiện đại, tiện lợi hơn khi sử dụng. 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. Để chẩn 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. Đó là điện tâm đồ. Qủa tim co bóp theo nhịp được điều khiển bởi một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim. Những dao động tuy rất nhỏ, khoảng 1/1000 Volt, nhưng có thể dò thấy được từ các cực điện dò trên tay, chân và ngực bệnh nhân và chuyển đến máy ghi. Máy ghi điện khuyếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng trong nhiều trường hợp y học như : rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim, … Trong khóa luận này tôi tìm hiểu “ Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm đồ ” nhằm nâng cao được tầm hiểu biết và tiếp cận sâu hơn với kĩ thuật điện tử. Vì vậy. Tôi chọn đề tài : “ Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm đồ” làm đề tài khóa luận của mình. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm đồ 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu về tín hiệu điện tim [...]... M t trong các h th ng như v y là h th ng chuy n 18 o Frank (hình 1.13) Hình 1.13 H th ng chuy n Các thông tin ch a o Frank ng trong các chuy n ngang hàng v i các thông tin ch a trong 12 chuy n chuy n o tr c giao ư c x p o quy ư c T nh ng o tr c giao có th tái t o l i nh ng thông tin ch a trong 12 chuy n o quy ư c v i m t chính xác khá cao 19 CHƯƠNG 2: THI T K M CH C M BI N NG D NG TRONG I N TÂM 2.1... c a tâm nhĩ và tâm th t Hình 1.1 Lư c c a quá trình t o nh p b ng cơ tim, i n th qua màng bó d n trong tim ngư i và quan h c a chúng v i d ng sóng ECG trình III 3 o M t chu kỳ tim chu n có chu kỳ là 0,8 giây v i năm T và m t nh U ( 0,2 – 0,5 mV Biên nh này r t nh ) Biên nh là P, Q, R, S, sóng P, Q, S nh nh t kho ng sóng R l n nh t, kho ng 1,5 – 2 mV Do ó nh sóng QRS c a tín hi u ECG thư ng n m trong. ..- Tìm hi u các lo i nhi u nh hư ng - Bi t ư c cơ ch ho t n tín hi u i n tim ng 4 Phương pháp nghiên c u - Nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m 2 N I DUNG CHƯƠNG 1: KI N TH C T NG QUAN 1 Tín hi u i n tim Tín hi u i n tim (ECG) là m t trong các i lư ng sinh h c quan tr ng nh t trong vi c ch n oán và chăm sóc b nh nhân Khi tim co bóp th th c hi n ch c năng tu n hoàn c a mình thì nó... chuy n om u u có hai i n c c ghi hi u i n th gi a hai i m c a i n trư ng tim Nhưng khi mu n nghiên c u i n th riêng bi t c a m t i m thì ta ph i bi n m t i n c c thành trung tính Mu n như v y, ngư i ta n i i n c c âm ra m t c c trung tâm g i t t là CT (Central Terminal) có i n th b ng 0 ( trung tính) vì nó là trung tâm c a m t m ng hình sao n i vào 3 nh tam giác Endhoven (m ng Willson – Willson network... (Voltage Right), thu ư c chuy n mé bên ph i và áy tim Tr c c a chuy n o này là ư ng th ng n i tâm i m 0 v i vai ph i R - C tay trái : ta ư c chuy n o VL (Voltage Left), Nó nghiên c u i n th v phía áy th t trái Tr c chuy n o - C chân trái : ta thu ư c chuy n ây là ư ng th ng OL o VF (Voltage Food), nó là chuy n o nghiên c u thành sau dư i c a tim, có tr c là OF Năm 1947, Goldberger ã c i ti n 3 chuy n cánh... ghi tín hi u i n tâm bao g m: - o trình m u : 3 o trình - o trình ơn c c các chi: 3 - o trình trư c ng c: 6 o trình o trình Hình1.2 Tín hi u ECG chu n 4 2 Các lo i nhi u nh hư ng n tín hi u i n tim 2.1 Nhi u do các trư ng i n Ph n này t p trung xét ch y u nhi u c a lư i i n có m t kh p m i nơi trong b nh vi n và phòng khám Nó là ngu n cung c p năng lư ng tai ch cho các thi t b y t , trong ó có thi t... kháng nh kho ng 500 c a chân ph i r i xu ng nên có th b qua) qua i n kháng i n c c da Zd t i n áp vi sai gi a A và B là UA – UB UA - UB = Id1Z1 – Id2Z2 Trong trư ng h p dòng d ch Id1, Id2 b ng nhau thì : UA - UB = Id1 (Z1 – Z2) Ví d : v i dây i n c c dài 9m, trong phòng có l p lư i i n tư ng, kho ng cách gi a dây i n c c và dây lư i kho ng 3m, dòng i n d ch Id1 = Id2 = 5nA N u s chênh l ch c a tr kháng... càng t t ng T ng h p t t c các thành ph n i n th c a m i t bào trong tim v i giá tr biên và hình dáng hơi khác nhau, th i i m xu t hi n r t khác nhau t o ra m t i n th c bi t ngư i ta g i ó là i n tim (ECG) Tín hi u i n tim ư c ưa ra t i nhi u i m khác nhau trên cơ th con ngư i Tín hi u i n tim có giá tr thay i theo th i gian và có hư ng trong không gian (cơ th ngư i) b ng cách o m t s theo dõi hình... m t s b ph n không ư c kích thích có th t kh c c làm thay i hình d ng ECG Hi n nghiên c u ECG có th giúp th y thu c tìm ra m t s b nh v tim m ch Các i n c c nên bao g m 3 chu n trư c tim t theo 12 cách, thu l y 12 chuy n o m u, 3 chuy n m i chuy n o thông d ng, o ơn c c các chi và 6 chuy n o s có m t hình d ng sóng i n tâm nhau, tương t hình nh ta nhìn th y ư c khi xung quanh m t v t có d ng g gh ph... sóng i n tâm nhau, tương t hình nh ta nhìn th y ư c khi xung quanh m t v t có d ng g gh ph c t p 11 ng 12 góc o khác khác nhau 3.1 Các chuy n o m u (STANDARD LEADS) Các chuy n o m u là nh ng chuy n o ư c nghiên c u s m nh t, ngay t th i Endhoven, chúng còn ư c g i là các chuy n chi (bipolar limb leads) hay chuy n peripherral leads) Các chuy n o lư ng c c ngo i biên (bipolar o m u ư c mô t Hình 1.7 Các . biến ứng dụng trong điện tâm đồ ” nhằm nâng cao được tầm hiểu biết và tiếp cận sâu hơn với kĩ thuật điện tử. Vì vậy. Tôi chọn đề tài : “ Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm. trong điện tâm đồ làm đề tài khóa luận của mình. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến ứng dụng trong điện tâm đồ 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu về tín hiệu điện tim 2. trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng trong nhiều trường hợp y học như : rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim, … Trong khóa luận này tôi tìm hiểu “ Nghiên cứu chế tạo mạch cảm biến