đồ án tốt nghiệp điện tâm đồ

Trong chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về giải phẫu của tim người, quá trình hình thành một tín hiệu điện tim, cách mắc một chuyển đạo để ghi điện tim, đặc điểm của một tín hiệu điện

NGÀNH KỸ THUẬT Y HỌC

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

CHO MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ ”

GVHD : Th.S ĐÀO PHÚ MINH SVTH : PHAN THỊ HỒNG TRÚC MSSV : 1311 524 829

SVTH : CAO THỊ MỘNG HẰNG MSSV : 1311 521 987

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 1 NĂM 2016

NGÀNH KỸ THUẬT Y HỌC

****************

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI LỌC

CHO MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ

GVHD : Th.S Đào Phú Minh SVTH : Phan Thị Hồng Trúc MSSV : 1311 524 829

SVTH : Cao Thị Mộng Hằng MSSV : 1311 521 987

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 1 NĂM 2016

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN: PHAN THỊ HỒNG TRÚC MSSV: 1311 524 829

CAO THỊ MỘNG HẰNG MSSV: 1311 521 987

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH HỌC LỚP: 13CYS01

1 Tên đề tài: Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ

2 Giáo viên hướng dẫn: Thầy giáo Th.S Đào Phú Minh

3 Nhiệm vụ / nội dung đề tài (mô tả chi tiết nội dung,yêu cầu,phương pháp ):

4 Thời gian thực hiện từ: 20/10/2015 đến: 10/01/2016 Nội dung và yêu cầu Khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua Bộ môn Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016

Người hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Người phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành báo cáo luận văn này, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc chúng tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Ban giám hiệu; Phòng đào tạo; các quý thầy giáo, cô giáo Bộ môn Kỹ thuật y học trường Đại Học Nguyễn Tất Thành đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập

Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn Thầy giáo – Thạc sĩ Đào Phú Minh, người thầy

kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành báo cáo luận văn này

Xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, các anh chị em trong lớp đã động viên và giúp đỡ chúng em trong những lúc chúng em gặp khó khăn để chúng em có thể hoàn thành luận văn đúng với thời gian quy định

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn !

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016

Trong cuộc sống hiện tại, nhu cầu kiểm tra sức khỏe đình kỳ của mỗi người ngày càng được nâng cao Với sự phát triển của khoa học công nghệ cùng với sự phát triển trong lĩnh vực điện tử đã giúp con người có thể tạo ra được những sáng kiến, sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con người một cách thuận tiện hơn

Đến với môn học Mạch xử lý tín hiệu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao

kiến thức, kỹ năng thực hành, khả năng phân tích, giải quyết vấn đề nhóm em đã chọn

đề tài “Thiết kế mạch khuếch đại lọc cho máy điện tâm đồ” 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 với giá thành rẻ mang thương hiệu Việt Nam để đưa ngành Y học nước nhà ngày một phát triển hơn, và cũng có thể phục vụ nhu cầu khám sức khỏe cho người dân nước nhà Đồng thời có thể củng cố và vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế; nâng cao được khả năng phân tích, tìm hiểu, thiết kế mạch xử lý tín hiệu y sinh

Do thời gian ngắn và kinh nghiệm thực tế chưa được nhiều nên đề tài không tránh khỏi sự giản đơn và các khiếm khuyết Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét và đánh giá từ các thầy cô để đề tài nhóm chúng em đã chọn được hoàn thiện hơn

Qua đây một lần nữa, nhóm xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô đã góp ý, giải đáp thắc mắc của nhóm và đặc biệt là sự hướng dẫn chi tiết, tận tình của Thầy Đào Phú Minh đã giúp nhóm hiểu ra được thêm rất nhiều điều phục vụ cho quá trình học tập và làm việc sau này

Nhóm sinh viên thục hiện

Phan Thị Hồng Trúc

Luận văn gồm ba phần lớn: đầu tiên là phần nêu tổng quan lý thuyết đề tài, tiếp theo là phần thiết kế và thi công mạch và cuối cùng là phần kết luận cho bài luận văn

Mở đầu là phần thứ nhất: Tổng quan lý thuyết đề tài bao gồm các phần nhỏ đi vào tìm hiểu các vấn đề liên quan đến điện tâm đồ, gồm có hai chương:

 Chương thứ nhất, nêu lên khái niệm cơ bản của điện tâm đồ cùng với lịch

sử hình thành của máy điện tâm đồ

 Chương thứ hai của luận văn là phần nói về nguyên lý hoạt động của máy điện tâm đồ Trong chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về giải phẫu của tim người, quá trình hình thành một tín hiệu điện tim, cách mắc một chuyển đạo để ghi điện tim, đặc điểm của một tín hiệu điện tim, một số đặc điểm của máy, nêu ra được sơ đồ khối của một máy điện tâm đồ Đồng thời chúng em cũng tìm hiểu cơ bản về một số thông số

kỹ thuật cũng như các linh kiện đi kèm theo máy điện tâm đồ

Tiếp theo đó là phần thứ hai, và cũng là phần chính của bài luận văn này Đây là phần thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ Trong phần này nội dung được tìm hiểu theo từng chương nhỏ

 Chương thứ nhất: Giới thiệu về mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm

đồ Tại đây, chúng em đã nêu ra được sơ đồ khối của mạch khuếch đại – lọc, tìm hiểu sơ lược về bộ khuếch đại – lọc nhiễu trong máy điện tâm đồ

 Tiếp đến là chương thứ hai: Giới thiệu các linh kiện chủ yếu trong mạch Chương này chúng em tìm hiểu sơ lược về vi mạch khuếch đại thuật toán hay còn gọi là Opamp; sau đó chúng em đi tìm hiểu chi tiết về con IC AD620, IC OP07, cùng một số linh kiện khác như: điện trở, biến trở, diode và tụ điện mà chúng em sử dụng trong mạch

 Ở chương cuối: Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ Trong chương này, chúng em sẽ tiến hành thiết kế và mô phỏng mạch trên phần mềm

Phần cuối cùng là phần kết thúc của bài luận văn, trong phần này chúng em đưa

ra những kết quả mà chúng em đã đạt được cũng như hướng phát triển thêm cho đề tài của chúng em

Luận văn “Thiết kế mạch khuếch đại – lọc cho máy điện tâm đồ” đã đi sâu vào nguyên lý hoạt động và cho biết chức năng của máy phù hợp và nhất thiết như thế nào cho ngành y học Máy điện tâm đồ là một thiết bị hỗ trợ không thể thiếu trong bệnh viện nhằm đảm nhận và thay thế công việc nội bộ của các y bác sỹ và nhân viên trong bệnh viện, phần nào giúp giảm thời gian và tăng mức độ làm việc chính xác của máy, mặt khác điều quan trọng hơn là kết quả mà ta cần thu, được cải thiện chính xác và tốt hơn rất nhiều Cuối cùng luận văn đã thành công sau những gì khảo sát máy và tìm hiểu những ứng dụng của máy và thiết kế mạch mô phỏng cho thiết bị

Đề mục Trang

Phần 1: Tổng quan lý thuyết đề tài 1

Chương I: Giới thiệu về máy điện tâm đồ 2

1.1 Đại cương 2

1.2 Quá trình hình thành máy điện tâm đồ 2

Chương II: Nguyên lý hoạt động máy điện tâm đồ 6

2.1 Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim 6

2.1.1 Giải phẫu sinh lý của tim 6

2.1.2 Đặc tính điện sinh lý học cơ tim và hệ thống dẫn truyền tim 11

2.2 Ghi điện tim 14

2.2.1 Cơ sở hình thành điện thế tế bào 14

2.2.2 Cơ sở hình thành tín hiệu điện tim 18

2.2.2.1 Giai đoạn khử cực tim 18

2.2.2.2 Giai đoạn tái cực tim 19

2.2.2.3 Các giai đoạn tạo sóng 19

a) Nhĩ đồ 19

b) Thất đồ 21

c) Tâm trương 28

d) Truyền đạt nhĩ – thất 28

2.3 Các chuyển đạo để ghi điện tim 29

2.3.1 Chuyển đạo ngoại vi 29

2.3.2 Chuyển đạo đơn cực chi 30

2.3.3 Chuyển đạ trước tim 32

2.4 Đặc điểm tín hiệu điện tim 33

2.5 Những giá trị cần đo từ điện tâm đồ 34

2.6 Đặc điểm máy điện tim 34

2.8.1 Dãi thông tần của máy 36

2.8.2 Hệ số méo phi tuyến 37

2.8.3 Độ nhạy 37

2.8.4 Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR) 37

2.8.5 Trở kháng vào 37

2.8.6 Hệ số khuếch đại 37

2.8.7 Dòng dò 38

2.9 Linh kiện kèm theo máy 38

2.9.1 Bộ điện cực và cáp dẫn 38

2.9.2 Cáp nguồn 39

2.9.3 Cáp nối đất 39

2.9.4 Giấy ghi điện tim 40

2.10 Một số hình ảnh máy điện tâm đồ 42

Phần 2: Thiết kế và thi công mạch 43

Chương I: Giới thiệu mạch 44

1.1 Sơ đồ khối 44

1.2 Bộ khuếch đại lọc nhiễu 44

1.2.1 Bộ khuếch đại 44

1.2.2 Bộ lọc nhiễu 46

1.3 Kết luận 51

Chương II: Giới thiệu về các linh kiện chủ yếu của khối mạch 52

2.1 Vi mạch khuếch đại thuật toán (Opamp) 52

2.1.1 Định nghĩa 52

2.1.2 Cấu tạo Opamp 52

2.1.3 Ký hiệu Opamp 53

2.1.4 Tính chất cơ bản của Opamp 54

2.2.1 Mô tả IC AD620 57

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của IC AD620 58

2.2.3 Một số ưu điểm của IC AD620 60

2.2.4 Ngõ vào và ngõ ra của điện áp chỉnh về 0 61

2.2.5 Tăng độ lợi 61

2.2.6 Bảo vệ đầu vào 62

2.2.7 Sơ đồ chân IC AD620 63

2.2.8 Hình ảnh thực tế IC AD620 64

2.3 Giới thiệu sơ lược về IC OP07 64

2.4 Giới thiệu sơ lược về điện trở 66

2.5 Giới thiệu sơ lược về biến trở 68

2.6 Giới thiệu sơ lược về tụ điện 69

2.7 Giới thiệu sơ lược về Diode chỉnh lưu 70

Chương III: Thiết kế và thi công mạch 71

3.1 Thiết kế mạch khuếch đại lọc 71

3.2 Sơ đồ khối mạch khuếch đại lọc nhiễu 72

3.3 Sơ đồ nguyên lý – thiết kế trên phần mềm Proteus Professional 73

3.3.1 Mạch khuếch đại lọc 74

3.3.2 Mạch nhận tín hiệu 74

3.3.3 Mạch khuếch đại đo 75

3.3.4 Mạch lọc thông cao 75

3.3.5 Mạch lọc thông thấp 76

3.3.6 Mạch lọc tầm số 50Hz 76

3.3.7 Mạch ngõ ra 77

3.3.8 Sơ đồ mạch in của mạch khuếch đại lọc 77

3.3.9 Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch 78

Phần 3: Kết luận và hướng phát triển đề tài 82

I Kết quả đề tài 83

1 Những điều đã làm được 83

2 Những hạn chế 84

II Hướng phát triển đề tài 84

III Kết luận 85

Tài liệu tham khảo 86

Hình vẽ: Trang

Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn 3

Hình 2: Dạng sóng điện tim 4

Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambrige Scientific Instrument năm 1911 5

Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người 7

Hình 5: Sợi cơ tim 8

Hình 6: Vị trí nút xoang và bó His trong giải phẫu tim 11

Hình 7: Chu chuyển tim 13

Hình 8: Hướng di chuyển của dòng máu trong quá trình chu chuyển 14

Hình 9: Sự khử cực và tái cực 16

Hình 10: Điện thế hoạt động 17

Hình 11: Hình dạng sóng P 19

Hình 12: Nhĩ đồ 20

Hình 13: Phức bộ sóng QRST 21

Hình 14: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS 23

Hình 15: Điểm J trong sóng điện tâm đồ 24

Hình 16: Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T 26

Hình 17: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kỳ tâm thu – trương trên điện tâm đồ 27

Hình 18: Cách mắc chuyển đạo ngoại vi 30

Hình 19: Sơ đồ mắc chuyển đạo đơn cực chi 31

Hình 20: Vị trí đặt điện cực thăm dò của 6 chuyển đạo trước tim thông dụng 32

Hình 21: Bộ phức của sóng điện tim và biên độ 33

Hình 22: Điện cực ngực 39

Hình 23: Điện cực chi 39

Hình 26: Giấy ghi điện tim và cách tính thời gian biên độ giấy ghi điện tim 41

Hình 27: Máy điện tim 1 kênh Kaden ECG – 901A 42

Hình 28: Máy điện tim 3 kênh Kaden ECG 903 42

Hình 29: Máy điện tim 6 kênh Fukuda FX 7302 42

Hình 30: Máy điện tim 12 kênh Edan SE 12 Express 42

Hình 31: Phức bộ điện tim cơ bản 44

Hình 32: Tín hiệu điện tim bị nhiễu do điện nguồn 45

Hình 33: Bộ mạch khuếch đại vi sai 46

Hình 34: Mạch Driven – Righte – Leg 47

Hình 35: Mạch lọc Notch 48

Hình 36: Bộ lọc thông thấp 48

Hình 37: Bộ lọc thông cao 49

Hình 38: Phổ của tín hiệu điện tim khi chưa lọc 49

Hình 39: Tín hiệu sau khi qua bộ lọc 50

Hình 40: Tín hiệu điện sinh học đã lọc nhiễu 50

Hình 41: Cấu tạo của Opamp lý tưởng 52

Hình 42: Ký hiệu Opamp 53

Hình 43: Đặc tính truyền đạt của Opamp 56

Hình 44: Vi mạch thể hiện tính ổn định thời gian của IC AD620 58

Hình 45: Sơ đồ đơn giản IC AD620 59

Hình 46: Sơ đồ chân IC AD620 63

Hình 47: IC AD620 ngoài thị trường 64

Hình 48: Sơ đồ đơn giản IC OP07 65

Hình 49: Sơ đồ chân IC OP07 65

Hình 50: IC OP07 thực tế 66

Hình 51: Ký hiệu điện trở 67

Hình 54: Biến trở thực tế 68

Hình 55: Ký hiệu tụ điện 69

Hình 56: Các loại tụ điện 69

Hình 57: Ký hiệu và mô phỏng Diode 70

Hình 58: Diode và phân loại 70

Hình 59: Mạch khuếch đại lọc sử dụng IC AD620 71

Hình 60: Khuếch đại thuật toán 72

Hình 61: Mạch khuếch đại lọc trên phần mềm Proteus Professional 73

Hình 62: Mô phỏng mạch khuếch đại AD620 74

Hình 63: Mô phỏng mạch nhận tín hiệu 74

Hình 64: Mô phỏng mạch khuếch đại đo tín hiệu 75

Hình 65: Mô phỏng mạch lọc thông cao 75

Hình 66: Mô phỏng mạch lọc thông thấp 76

Hình 67: Mô phỏng mạch lọc tần số 50Hz 76

Hình 68: Mô phỏng mạch ngõ ra của tín hiệu 77

Hình 69: Mạch in 77

Hình 70: Mạch in thực tế 78

Hình 71: Sơ đồ bố trí linh kiện 78

Hình 72: Mô hình 3D các linh kiện cho toàn mạch 79

Hình 73: Mạch sau khi thiết kế và thi công 79

Hình 74: Sơ đồ bộ đôi nguồn ± 12V và nguồn + 5V 80

Hình 75: Mạch nguồn ± 12V và nguồn + 5V đã thi công 81

Sơ đồ Trang Sơ đồ khối máy điện tâm đồ 36

Sơ đồ tổng quát mạch khuếch đại – lọc nhiễu 44

Bảng biểu Trang

Bảng 1: Quá trình truyền xung động của một chu kỳ tim 29 Bảng 2: Tính chất của Opamp 55 Bảng 3: Giá trị độ lợi điện trở của IC AD620 62

STT Từ viết tắt Cụm từ đầy đủ

28 CMMR Hệ số khử nhiễu đồng pha

Phần 1:

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI

cơ Những dòng điện tuy rất nhỏ khoảng một phần nghìn volt, nhưng có thể dò thấy được

từ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân sau đó chuyển đến máy ghi Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện ra các bệnh lý của tim như: rối loạn nhịp tim, suy tim, hở van tim, nhồi máu cơ tim …

1.2 Quá trình hình thành máy điện tâm đồ :

Những kiến thức đầu tiên về điện sinh học được bắt đầu với quan sát của nhà giải phẫu học người Italia L.Galvani năm 1787 Galvini nhận thấy cơ đùi của con ếch co lại khi trải qua quá trình phóng điện Galvani đã đặt giả thiết về dòng điện trong động vật, ý tưởng này đã vấp phải sự phản đối của nhiều người Chỉ sau khi những điện kế (galvanometer) có độ nhạy cao được chế tạo bởi Nobili năm 1825, người ta mới có thể chứng minh có sự phóng điện và dòng điện trong cơ thể con ếch

Năm 1843, Matteucci chứng minh rằng có thể đo dòng điện từ cơ tim nghỉ Sau

đó, DuBois - Reymond đã nghiên cứu kỹ hơn về hiện tượng này và phát hiện sự liên hệ giữa sự thay đổi dòng điện với sự co cơ, họ gọi hiện tượng này bằng thuật ngữ “thế hoạt động” (action potential)

Năm 1878, Engelmann là người đầu tiên giới thiệu biểu đồ theo thời gian sự dao động điện thế của tim ếch

Augustus Desiree Waller là người đầu tiên ghi được điện thế tương ứng với nhịp đập của tim từ bề mặt cơ thể người vào khoảng năm 1887 – 1888 Waller đã sử dụng điện kế mao dẫn do nhà vật lý người Pháp Gabriel Lippmann phát minh năm 1873

Trong tĩnh điện kế mao dẫn, một phim ảnh chuyển động được phơi sáng cùng với một ống kính mao dẫn đầy acid sunfuric và thủy ngân Giao diện của nó chuyển động

để đáp ứng lại điện trường Độ nhạy của tĩnh điện mao dẫn là khoảng 1mV, nhưng thời gian đáp ứng của nó là rất kém

Điện kế mao dẫn được chế tạo bởi Lippmann năm 1873 Thiết bị hoạt động dựa trên sự phân cực và sức căng bề mặt tại nơi tiếp xúc của thủy ngân và acid sunfuric

Điện thế được đặt vào hai đầu ống bằng dây nối với thủy ngân và acid sunfuric Nếu điện thế hai đầu thay đổi, bề mặt cong của cột thủy ngân sẽ di động theo Ta có thể quan sát sự thay đổi này bằng kính lúp hoặc chiếu trên một màn hình

Hình 1: Nguyên lý hoạt động của điện kế mao dẫn

Năm 1890, George J Burch phát minh ra một phương pháp số học để hiệu chỉnh

sự dao động quan sát được của điện kế Điều này cho phép xem được dạng sóng thực nhưng phải trải qua các tính toán rất phức tạp Năm 1893, nhà khoa học người Hà Lan Willem Einthoven đã đưa ra một phương pháp hiệu chỉnh khác để dự đoán một dạng sóng gần với dạng sóng điện tim “thực”, dạng sóng này gồm 5 điểm uốn mà ông đặt tên

là P, Q, R, S, T Ông cũng đưa ra khái niệm đồ thị điện tim (electrocardiograph) và biểu diễn của ông được sử dụng cho đến ngày nay

Hình 2: Dạng sóng điện tim

Năm 1900, Einthoven tiếp tục phát triển một loại điện kế mới mà ông gọi là

“string galvanometer” (điện kế dây) cho phép ghi tín hiệu điện tim hoặc các tín hiệu biến đổi theo thời gian khác tốt hơn Thiết bị ghi điện tim đầu tiên của Einthoven gồm một điện kế dây, bóng đèn cong, hệ thống chiếu và camera Nó nặng khoảng 300 kg và cần

5 người vận hành Sau đó, nhiều công ty tìm cách thiết kế lại hệ thống này để có thể đưa

ra thị trường, một trong các thiết kế được nhiều người biết nhất là của công ty Cambridge Scientific Instrument (Anh)

Hình 3: Einthoven và máy điện tim dạng bàn của công ty Cambridge Scientific

Instrument năm 1911

Sử dụng các kiến thức từ nghiên cứu của Einthoven, Sir Thomas Lewis và các đồng nghiệp đã nghiên cứu để tìm hiểu ý nghĩa của đồ thị điện tim Năm 1913, họ đã cùng xuất bản một công trình khoa học đặt ra các tiêu chuẩn về điện cực điện tim, cũng như mở đầu cho việc sử dụng đồ thị điện tim như là một công cụ không xâm lấn trong chẩn đoán chức năng tim mạch Năm 1924, Einthoven được tặng giải Nobel Y học cho những phát hiện về cơ chế của đồ thị điện tim Sau đó, các nhà khoa học đã tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện lý thuyết về tín hiệu điện tim cũng như phát triển các thiết

kế máy điện tim mới

CHƯƠNG II:

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐIỆN TÂM ĐỒ

2.1 Giới thiệu sơ lược về giải phẫu và sinh lý của tim :

2.1.1 Giải phẫu và sinh lý của tim :

Tim người có hình nón, màu đỏ nằm ngay trên cơ hoành giữa hai lá phổi Đỉnh tim nằm sát phía trong phổi trái Trục của trái tim đi từ sau ra trước, từ phải qua trái và

từ trên xuống dưới

Tim gồm 4 buồng : Hai tâm nhĩ và hai tâm thất hợp thành hai ngăn: tim phải và tim trái Động mạch chủ và động mạch phổi xuất phát từ tâm thất trái và tâm thất phải

có lỗ động mạch và có các van tổ chim hay còn gọi là van bán nguyệt đóng mở Tĩnh mạch phổi đổ về tâm nhĩ trái, tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới đồ về tâm nhĩ phải qua các lỗ tĩnh mạch không có van đóng mở

Các lỗ nhĩ thất khá rộng từ 4 – 6 cm2 có các van đóng mở Lỗ nhĩ thất trái có van hai lá, lỗ nhĩ thất phải có van ba lá Bên trong là lớp nội tâm mạc, ở giữa là cơ tim, bên ngoài bao bởi một túi có hai màng: màng trong và màng ngoài được gọi là màng bao tim

Về giải phẫu, mặc dù tim là một cơ quan nhưng về chức năng tim được chia thành hai máy bơm: phải và trái, mỗi bên có một tâm nhĩ và một tâm thất Những tâm nhĩ là những buồng có áp lực thấp, thành mỏng và có chức năng như một bình chứa dẫn máu về tâm thất, trong khi tâm thất hoạt động như những buồng bơm quan trọng chính

để bơm máu ra ngoại biên Thất phải có thể tích nhỏ và thành mỏng hơn thất trái Thất trái nhận máu tĩnh mạch của tổ chức (máu mất Oxy) và bơm vào tuần hoàn phổi Trong khi thất trái có thành rất dày vì nhận máu tĩnh mạch phổi (máu chứa Oxy) và bơm máu qua động mạch chủ vào hệ thống tuần hoàn lớn đi khắp cơ thể

Hình 4: Cấu trúc giải phẫu tim người

Tim người có khả năng co bóp tự động nhờ hệ thống cơ tim với các sợi biệt hóa làm nhiệm vụ tạo ra và dẫn truyền xung thần kinh, kích thích các cơ hoạt động Tim người được cấu thành bởi ba loại cơ tim: cơ nhĩ, cơ thất và những sợi cơ có tính kích thích – dẫn truyền đặc biệt

 Cơ nhĩ, cơ thất có hoạt động co rút giống cơ vân, loại còn lại co rút yếu hơn nhưng cũng có tính nhịp điệu và dẫn truyền nhanh các xung động trong tim

 Các tế bào cơ tim là những tế bào nhỏ, có vân, chia nhánh và chỉ có một nhân Các tế bào cơ tim có các cầu nối, kết với nhau thành một khối vững chắc, có những đoạn màng tế bào hòa vào nhau

Hình 5: Sợi cơ tim

 Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, hoạt động như một đơn vị duy nhất khi đáp ứng với kích thích, lan truyền điện thế giữa các sợi cơ tim nhanh chóng qua các cầu

nối Sự lan truyền điện thế từ nhĩ xuống thất được dẫn qua một đường dẫn truyền đặc biệt gọi là bộ nối nhĩ – thất

 Các sợi cơ tim chứa nhiều ty tạp thể và mạch máu, phù hợp với đặc tính hoạt động ái khí của tim Thành phần chủ yếu của tế bào cơ tim là các tơ cơ (myofibrille), chứa các sợi dày (myosin) và sợi mỏng (actin, tropomyosin, troponin), sự co rút của chúng gây ra co rút toàn bộ tế bào cơ tim Xung quanh các sợi cơ có mạng nội sinh cơ chất (reticulum sarcoplasmique) là nơi dự trữ canxi

 Cơ tim gồm những sợi cơ vân đặc biệt liên kết với nhau thành một cầu lan truyền, trong cơ tim có những tế bào đặc biệt hóa có chức năng phát động và dẫn truyền xung động từ sợi này sang sợi kia làm cho tim đập đều đặn Cấu tạo đặc biệt đó là tổ chức “nút” và hệ thống dẫn truyền Hệ thống gồm có:

 Nút xoang nhĩ : Được Keith và Flack tìm ra năm 1907, có hình dấu phẩy, dài từ 10 - 35mm và rộng từ 2 - 5mm, gồm các tế bào có khả năng tự tạo xung điện (electric impulse), nằm ở vùng tiếp giáp giữa tĩnh mạch chủ trên và tâm nhĩ phải, kích thước 15 x 3 x 2mm Xung điện này truyền ra các cơ chung quanh làm co bóp hai tâm nhĩ (tạo nên sóng P trên Điện Tâm đồ) Nút xoang nhĩ là nút dẫn nhịp của tim, phát xung khoảng 100 lần/phút Nhịp đập theo nút này gọi là nhịp xoang

 Các đường gian nhĩ nút : Sự dẫn truyền trong tâm nhĩ theo ba bó cơ tim chứa các sợi cơ loại purkinze tạo thành ba đường trung gian nhĩ nút: trước – giữa – sau Giữa cả ba sợi này có các sợi liên kết lại ngay phía nút nhĩ – thất Một số sợi này không

đi vào nút nhĩ – thất mà bắt cầu qua nút nhĩ – thất Chúng có thể đi trở lại vào hệ dẫn truyền ở một khoảng xa (phía dưới nút nhĩ – thất)

 Nút nhĩ – thất : Được Tawara tìm ra từ năm 1906, có hình bầu dục, mặt phải lõm, mặt trái lồi, dài 5 - 7mm, rộng 2 - 5mm, dày 1,5 – 2mm Nút nhĩ – thất tiếp nhận xung điện từ nút xoang nhĩ thông qua một chuỗi các tế bào đặc biệt đan với nhau chằng chịt; làm cho xung động qua đây bị chậm lại và dễ bị block (chặn) Nút nhĩ – thất nằm ở phía bên phải và phía sau vách liên nhĩ, giữa lá trong van ba lá và lỗ xoang tĩnh

mạch vành, kích thước 6 x 3 x 1mm Nút nhĩ – thất phát xung với nhịp tim khoảng 50 –

 Cấu tạo bó His gồm các sợi dẫn truyền nhanh đi song song và các

tế bào có tính tự động cao Vì bó His và nút nhĩ thất nối tiếp với nhau không có ranh giới rõ rệt, rất khó phân biệt về mặt tổ chức học nên được gọi chung là bộ nối nhĩ –

thất

 Bó nhánh trái và phải : Bó nhánh trái ngắn hơn bó nhánh phải và nó chia thành hai nhánh nhỏ nữa: trái trước và trái sau Nhánh phải và trái chia nhỏ và đan vào nhau như một lưới bọc hai tâm thất Mạng này đi ngay dưới màng trong tâm thất và

đi sâu vài milimet vào bề dày của lớp cơ Có nhiệm vụ dẫn truyền xung động qua các bó nhánh thông thường không biểu hiện trên điện tâm đồ

 Mạng Purkinze : Xung động từ các bó nhánh trái và phải đi vào nhiều phần phân nhánh nhỏ của mạng Purkinze đến các tế bào cơ tim của thất và gây ra

sự khử cực tâm thất Xung động đi từ nội tâm mạc ra lớp ngoại tâm mạc của cơ tim

 Hai nhánh bó His và mạng Purkinje rất giàu các tế bào có tính tự động cao

có thể tạo nên các chuỗi nhịp tâm thất

Cơ tim và hệ thống dẫn truyền được nuôi dưỡng bởi hệ thống động mạch vành

Hệ thống dẫn truyền tim chịu chi phối bởi các nhánh thần kinh giao cảm, phó giao cảm

có nhiệm vụ điều hòa hoạt động của tim

Hình 6: Vị trí các nút xoang và bó His trong giải phẫu tim

2.1.2 Đặc tính điện sinh lý học cơ tim và hệ thống dẫn truyền tim :

Tính tự động : Là thuộc tính quan trọng nhất của tổ chức biệt hóa cơ tim, có thể

phát ra những xung động nhịp nhàng với những tần số nhất định, đảm bảo cho tim đập

chủ động Tính tự động này hoàn toàn độc lập với hệ thần kinh, nên khi cắt bỏ hết các nhánh thần kinh tim vẫn đập

Tính dẫn truyền : Có cả ở thớ cơ biệt hóa và thớ cơ co bóp Cả hai loại cơ tim

khi được kích thích đều có thể dẫn truyền xung động tới các thớ cơ khác

Bình thường, xung động phát ra từ nút xoang dẫn truyền trong hệ thống dẫn truyền của tim với vận tốc khác nhau Qua bó liên nút: 1000mm/s, ở phía trên nút nhĩ thất: 50mm/s, qua nút nhĩ thất: 100 - 200mm/s, bó His 800 - 2000mm/s, mạng lưới Purkinje: 2000 - 4000mm/s, cơ tim 300mm/s Hệ thống dẫn truyền có thể dẫn truyền xung động theo hai chiều xuôi và ngược

Tính chịu kích thích : Cơ tim đáp ứng theo định luật “tất cả hoặc không” nghĩa

là khi tim nhận kích thích đủ mạnh (ngưỡng) thì cơ tim co bóp ở mức tối đa, dưới ngưỡng

đó tim không đáp ứng, trên ngưỡng đó tim cũng không co bóp mạnh hơn

Tính trơ : Cơ tim chỉ đáp ứng theo nhịp kích thích đến một chu kỳ nhất định,

kích thích đến đúng lúc tim đang co thì không được đáp ứng, kích thích đến vào thời kỳ tim giãn thì có đáp ứng Người ta chia ra thời kỳ trơ tuyệt đối, thời kỳ trơ tương đối và còn có khái niệm thời kỳ trơ hiệu quả, đây là giai đoạn mà mọi kích thích lên sợi cơ tim đều không gây được đáp ứng cơ học đủ mạnh để lan truyền ra các sợi xung quanh Thời

kỳ trơ hiệu quả gồm thời kỳ trơ tuyệt đối cộng với phần đầu của thời kỳ trơ tương đối Ngoài ra còn có thời kỳ trên bình thường (supernormal phase) nghĩa là đáp ứng dễ dàng với kích thích tương đối nhỏ

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 lại và mỗi vòng được gọi là mỗi chu chuyển của tim

Một chu chuyển của tim gồm 3 giai đoạn :

Hình 7: Chu chuyển của tim

 Tâm nhĩ thu : Đầu tiên nhĩ co bóp, áp suất trong nhĩ tăng 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 0,1s sau đó tâm nhĩ giãn ra trong suốt 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 0,3s gồm hai thời kỳ :

 Thời kỳ tăng áp suất kéo dài 0,05s Tâm thất co bóp nên áp suất trong tâm thất tăng cao hơn áp suất trong tâm nhĩ, làm cho van nhĩ – thất đóng lại nhưng chưa cao hơn áp suất ở động mạch nên van bán nguyệt chưa mở làm cho áp suất tâm thất tăng lên nhanh

 Thời kỳ tống máu kéo dài 0,25s 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 trong tâm thất giảm nhanh và trở nên nhỏ hơn áp suất trong 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 và kéo dài 0,4s

Hình 8: Hướng di chuyển của dòng máu trong quá trình chu chuyển tim

2.2 Ghi điện tim :

Khi tim hoạt động, xuất hiện một dòng điện hoạt động của các sợi cơ tim Những dòng điện này có thể ghi lại từ những điện cực đặt trên da Như vậy, điện tâm đồ là đồ thị thể hiện sự hoạt động điện của tim và có thể cho chúng ta biết tình trạng của tim, tần

số, bản chất, sự phát sinh nhịp tim, sự lan tỏa và hiệu quả của các hưng phấn cũng như cho biết các rối loạn có thể có của tim

2.2.1 Cơ sở hình thành điện thế tế bào :

Bên trong và bên ngoài màng tế bào đều có các ion âm (-) và ion dương (+), chủ yếu là Na+, K+, Cl- Do sự chênh lệch nồng độ của các ion bên trong và bên ngoài màng

tế bào, từ đó tạo ra sự chuyển dời các ion này qua lại màng tế bào tạo ra màng điện sinh

học Dựa vào tính chất trên, tế bào sống được xem như một pin điện sinh học, trong đó điện cực dương (+) quay ra ngoài và điện cực âm (-) quay vào trong

Khi nghỉ ngơi, các tế bào cơ tim và hệ thống dẫn truyền ở trạng thái phân cực với điện thế (+) ở phía ngoài và điện thế (-) ở phía trong màng tế bào Trung bình điện thế

âm ở trong màng so với ngoài màng tế bào là -90mV, điện thế này bắt nguồn từ sự chênh lệch nồng độ của các ion Na+, K+, Ca2+ và các ion khác ở dịch trong và ngoài màng tế bào

Khi tế bào hoạt động sẽ được chia thành hai giai đoạn: khử cực và tái cực

Tổng điện thế giữa điện thế kích thích và điện thế nghỉ được gọi là điện thế hoạt động (110mV)

 Giai đoạn tái cực :

Sau khi khử cực, các ion lại được phân bố lại như ban đầu, trên tế bào lại xuất hiện điện thế nghỉ

Hình 9: Sự khử cực và tái cực

 Các hiện tượng trên xảy ra khi tế bào được kích thích bằng bất kỳ tác nhân nào Muốn có điện thế hoạt động, kích thích đến tế bào phải làm hạ điện thế trong màng tới một ngưỡng nhất định, khi đó sẽ xảy ra sự thay đổi về tính thẩm thấu của màng tế bào, các ion Na+ ồ ạt vận chuyển vào trong tế bào, hạ điện thế trong màng xuống 0mV

và còn nảy quá đà trở nên dương khoảng 20mV

Điện thế hoạt động gồm các pha sau :

 Khử cực : Pha 0 : khử cực nhanh, dòng Na+ vận chuyển nhanh từ ngoài vào trong tế bào

 Tiếp đó đến tái cực gồm 4 pha :

 Pha 1 : Tái cực nhanh sớm Dòng Na+ di chuyển từ ngoài vào trong tế bào và đột ngột đóng lại Dòng Ca2+ bắt đầu vào trong tế bào

 Pha 2 : Tái cực cao, điện thế trong màng vẫn dương, Na+ tiếp tục vào trong màng tế bào nhưng chậm hơn, Ca2+ cũng vào trong màng và K+ thoát ra ngoài màng

 Pha 3 : Tái cực nhanh muộn, K+ thụ động sẽ thoát ra ngoài màng tế bào, điện thế trong màng trở nên âm tính hơn

 Pha 4 : Phân cực, ở đầu giai đoạn này các ion Na+ chủ động di chuyển

ra ngoài màng tế bào, còn K+ lại chuyển vào trong Khi điện thế màng đạt đến mức cao nhất, tế bào trở lại trạng thái phân cực như khi nghỉ (trước pha 0 của điện thế hoạt động)

Hình 10: Điện thế hoạt động

Ở sợi cơ co bóp, điện thế tối đa trong màng được duy trì, giai đoạn 4 sẽ kéo dài cho đến khi có một kích thích từ ngoài vào, làm hạ điện thế tới ngưỡng rồi khởi động điện thế hoạt động với các giai đoạn như đã mô tả ở trên

Ở tế bào biệt hóa của hệ thống dẫn truyền thì hoàn toàn khác Trong trạng thái nghỉ, tế bào tự khử cực: ion Na+ xâm nhập dần dần vào trong tế bào làm hạ dần điện thế trong màng, đó là sự khử cực chậm tâm trương; một đặc trưng của tế bào tự động Khi điện thế trong màng hạ tới ngưỡng sẽ khởi động một điện thế hoạt động Tần số tạo ra những điện thế hoạt động phụ thuộc vào tốc độ khử cực chậm tâm trương ở giai đoạn 4 Bình thường, tế bào tự động của nút xoang có tần số tự khử cực lớn nhất, vì vậy điện thế trong màng của các nơi khác chưa xuống đến ngưỡng để tạo ra một điện thế hoạt động thì xung động từ nút xoang đã dẫn tới xóa những xung động đang hình thành từ các nơi

đó và do vậy nó chỉ huy nhịp đập của tim

2.2.2 Cơ sở hình thành tín hiệu điện tim:

Tim là một cơ rỗng, gồm 4 buồng dày mỏng không đều nhau, co bóp khác nhau

Cơ tim có cấu tạo đặc biệt gồm những thớ cơ (sợi cơ) vân đan chằng chịt với nhau mà chức năng của chúng là co bóp khi được kích thích Một sợi cơ bao gồm nhiều

tế bào, khi hoạt động sợi cơ co lại, lúc đó sẽ xuất hiện điện thế động giữa phần đã được khử cực và đang khử cực, điện thế động này sẽ làm xuất hiện một điện trường lan truyền dọc theo sợi cơ Sau đó khoảng 0,5s lại bắt đầu xuất hiện quá trình tái cực, kèm theo sự xuất hiện một điện trường ngược lại và chuyển động với tốc độ chậm hơn

Cấu trúc phức tạp đó làm xuất hiện dòng điện hoạt động của tim (khử cực và tái cực), nhưng thực chất là tổng các tín hiệu điện của các sợi cơ tim và dòng điện này cũng biến thiên phức tạp hơn một tế bào đơn giản như đã nói trên

2.2.2.1 Giai đoạn khử cực tim :

Trước khi bị kích thích các tế bào cơ tâm thất có điện thế nghỉ là -90mV Khi bị kích thích điện thế màng tế bào trở nên kém âm dần (điện thế màng tế bào tăng từ -90mV

về phía 0V) Khi điện thế ở khoảng từ -70mV đến -50mV thì gây mở đột ngột kênh Na+, đồng thời tính thấm của màng tế bào với Na+ tăng khoảng từ 500 – 5000 lần Lúc đó Na+

ùa vào bên trong tế bào làm cho điện thế tế bào tăng từ -90mV đến 0mV Trạng thái này đạt được trong vài phần vạn giây

2.2.2.2 Giai đoạn tái cực tim :

Cỡ vài phần vạn giây, sau khi màng tế bào tăng vọt tính thấm với Na+ thì kênh

Na+ đóng lại Lúc này kênh K+ mới bắt đầu mở ra, và K+ khuếch tán ra ngoài màng tái tạo lại trạng thái cực tính như lúc ban đầu (khoảng -90mV) Trạng thái này kéo dài cỡ hàng vạn giây, nhưng thời gian tái cực dài hơn thời gian khử cực do kênh K+ mở ra từ

từ, sau giai đoạn tái cực điện thế màng tế bào không chỉ trở về trạng thái điện thế nghỉ 90mV) mà còn âm hơn nữa (tới khoảng -100mV) trong vài mili giây (ms) mới có thể trở

(-về trạng thái bình thường

2.2.2.3 Các giai đoạn tạo sóng :

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 mới tiếp nhận xung động truyền qua bó His xuống thất làm thất khử cực: Lúc này thất đã đầy máu sẽ bóp mạnh đẩy máu ra ngoại 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 dòng điện tim chia làm 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

a Nhĩ đồ : Ghi lại dòng điện hoạt động của nhĩ, đi trước

Hình 11: Hình dạng sóng P

Xung đi từ nút xoang ở nhĩ phải sẽ tỏa ra làm khử cực cơ nhĩ, các đợt sóng với hướng chung là từ trên xuống dưới và từ trái sang phải Như vậy vector khử cực nhĩ hay còn gọi là vector biểu diễn dòng điện khử cực ở nhĩ sẽ có hướng từ trên xuống dưới và

từ trái sang phải, hợp với đường ngang một góc 49o và còn gọi là trục điện nhĩ Lúc này cực B sẽ dương tính tương đối và máy sẽ ghi được một làn sóng dương thấp, nhỏ, tù đầu với thời gian khoảng 0,08s gọi là sóng P – biểu diễn sự phân cực của cả hai thất

Hình 12: Nhĩ đồ

Khi nhĩ tái cực, nó có phát ra một dòng điện ghi lên máy bằng một sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T), nhưng ngay lúc này cũng xuất hiện khử cực thất (QRS) với điện thế mạnh hơn nhiều nên trên điện tim đồ thông thường ta không nhìn thấy được

sóng Ta nữa Tóm lại, nhĩ đồ có nghĩa là sự hoạt động của nhĩ chỉ thể hiện lên điện tâm

đồ bằng một làn sóng đơn độc – sóng P Ta xét sóng P ở hai trường hợp :

 Sóng P bình thường : Về mặt thời gian tức bề rộng của sóng P thường hiển

thị tiêu biểu ở chuyển đạo D2 Tối đa không vượt quá 0,11s và tối thiểu phải lớn hơn hoặc bằng 0,05s Nếu vượt quá giới hạn này  sóng P hoàn toàn bệnh lý

 Sóng P bệnh lý : Thường âm, dẹt, hai pha, chẻ đôi, hay có móc sâu, méo

mó, trát đậm hay dày cộp thì lúc này ta phải nghĩ ngay đến tổn thương cục bộ ở nhĩ hay dày gian nhĩ, hoặc một rối loạn nhịp tim có thể là nhịp nút hay rung nhĩ Khi sóng P lớn hơn 0,12s thì phải nghĩ đến dày nhĩ trái Khi sóng P thay đổi hình dạng trên chuyển đạo,

ta phải nghĩ đến một chuỗi nhịp lưu động hay ngoại tâm thu nhĩ Còn trong trường hợp sóng P biến mất ở tất cả các chuyển đạo thì phải áp dụng các biện pháp tìm P nhất là ở các chuyển đạo như D2, V1… để thấy P rõ hơn Bởi vì việc xác định bảng điện tâm đồ

có P hay không sẽ có tầm quan trọng rất lớn, nhất là trong việc chẩn đoán rối loạn nhịp tim

b Thất đồ : Ghi lại dòng điện hoạt động của thất, đi sau

Hình 13: Phức bộ sóng QRST