Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của bệnh động mạch vành lên tín hiệu điện tim

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHƢỚC ANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỆNH ĐỘNG MẠCH VÀNH LÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHƢỚC ANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỆNH ĐỘNG MẠCH VÀNH LÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM Ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành: Kỹ Thuât Điện Tử Mã số ngành: 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS CHỬ ĐỨC TRÌNH HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo Trường Đại Học Khoa Học Huế, Trường Đại học Công nghệ ĐHQGHN, Khoa Điện Tử - Viễn Thông nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quí giá suốt hai năm em học cao học Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chử Đức Trình tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thiết bị suốt trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp Cao Học Điện Tử - Viễn Thông, người đồng hành khóa học có nhiều ý kiến đóng góp Một lần xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc Huế, ngày 12 tháng 07 năm 2015 Sinh viên thực Lê Phước Anh Tú LỜI CAM ĐOAN Luận văn tốt nghiệp đánh dấu cho thành quả, kiến thức em thu nhận trình rèn luyện, học tập trường Em xin cam đoan luận văn hoàn thành trình học tập nghiên cứu em Trong luận văn em sử dụng số tài liệu số trang web đưa phần Tài liệu tham khảo Em xin cam đoan lời thật chịu trách nhiệm trước thầy cô hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp Hà Nội, ngày 12 tháng 07 năm 2015 Sinh viên thực Lê Phước Anh Tú MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TÍN HIỆU ĐIỆN TIM VÀ HỆ THỐNG CÁC CHUYỂN ĐẠO 1.1 Tế bào dòng sinh học 1.2 Khái niệm điện tâm đồ 1.3 Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim 1.3.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động nhĩ) 10 1.3.2 Thất đồ (ghi dòng điện hoạt động thất) 10 1.3.2.1 Khử cực 10 1.3.2.2 Tái cực 13 1.3.2.3 Truyền đạt nhĩ thất 15 1.4 Hệ thống chuyển đạo 16 1.4.1 Chuyển đạo mẫu 16 1.4.2 Chuyển đạo đơn cực chi 17 1.4.3 Chuyển đạo trước tim 19 1.5 Đặc điểm tín hiệu điện tim 20 1.6 Một số ví dụ dạng điện tim không bình thường 22 1.6.1Thấp tim 22 1.6.2 Tăng gánh thất trái : 22 1.6.3 Block nhánh trái : 23 1.7 Kết luận chương 24 CHƢƠNG GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN TIM ĐÃ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU 25 2.1 Những đề chung máy điện tim 25 2.1.1 Định nghĩa 25 2.1.2 Đặc điểm máy điện tim 25 2.1.3 Các thông số kỹ thuật máy 26 2.2 Thiết bị ghi điện tim đại 27 2.3 Kết luận chương 29 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 30 3.1 Giới thiệu phương pháp nhận dạng 30 3.2 Nguyên tắc nhận dạng cú pháp tín hiệu : 30 3.3 Áp dụng phương pháp nhận dạng cú pháp vào tín hiệu điện tim : 31 3.4 Phương pháp xử lý thống kê 31 CHƢƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐIỆN TIM 30 4.1 Thiết kế sơ đồ khối 30 4.2 Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý 30 4.2.1 Khối nguồn 34 4.2.2 Khối bảo đầu vào tiền khuếch đại 25 4.2.3 Khối chọn chuyển đạo 26 4.2.4 Thiết kế mạch khuếch đại vi sai 38 4.2.5 Khối lọc thông cao 0.05MHz 39 4.2.6 Khối lọc thông thấp 100MHz 40 4.2.7 Khối lọc triệt tần 42 4.2.8 Khối khuếch đại tín hiệu 43 4.2.3 Vi điều khiển, truyền thông RS232 giao diện phần mềm hiển thị 44 4.3 Mạch in 52 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 56 5.1 Thiết bị đo điện tim giao diện máy tính 56 5.2 So sánh tín hiệu điện tim tác giả với tín hiệu điện tim chuẩn 59 5.3 Kết điện tim số bệnh nhân 61 5.3 Đánh giá kết 63 5.4 Mục tiêu cần giải 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự di chuyển ion Na+,K+,Ca++ qua màng tế bào, hình thành đường cong điện hoạt động, nguồn gốc dòng điện tim Hinh 1.2 Vị trí nút bó His Hình 1.3 Nhĩ đồ 10 Hình 1.4 Thất đồ 11 Hình 1.5 Sự hình thành sóng Q 12 Hình 1.6 Sự hình thành sóng R, S 12 Hình 1.7 Quá trình tái cực hình thành sóng T 14 Hình 1.8 Phức điện tim 15 Hình 1.9 Sự tiếp diễn sóng, khoảng thời kì tâm thu tâm trương điện tim đồ 15 Hình 1.10 Các đạo trình chi Einthoven Tam giác Einthoven 17 Hình 1.11 Chuyển đạo đơn cực chi 18 Hình 1.12 Vị trí đặt điện cực chuyển đạo trước tim 20 Hình 1.13 Sơ đồ minh họa mặt cắt khảo sát tim chuyển đọa tương ứng 20 Hình 1.14 Điện tâm đồ bình thường số chủ yếu 21 Hình 1.15 PQ dài bệnh thấp tim 22 Hình1.16 Các triệu chứng bệnh tăng gánh thất trái 23 Hình 1.17 Các triệu chứng bệnh Block nhánh trái hoàn toàn 23 Hình 2.1 Sơ đồ khối thiết bị ghi điện tim sử dụng vi xử lý 28 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện tim đồ 33 Hình 4.2 Khối nguồn 34 Hình 4.3 Điện áp san phẳng tụ lọc 35 Hình 4.4 Khối bảo vệ 36 Hình 4.5 Sơ đồ chân nguyên lý hoạt động IC CD4051 37 Hình 4.6 Mạch chọn chuyển đạo 37 Hình 4.7 Mạch khuếch đại vi sai 39 Hình 4.8 Mạch lọc thông cao 39 Hình 4.9 Đặc tính tần số mạch lọc thông cao 40 Hình 4.10 Mạch lọc thông thấp 41 Hình 4.11 Đặc tính tần số mạch lọc thông thấp 41 Hình 4.12 Mạch lọc triệt tần 50Hz 42 Hình 4.13 Đặc tính tần số mạch lọc triệt tần 50Hz 43 Hình 4.14 Mạch khuếch đại tín hiệu 43 Hình 4.15 Cấu trúc chức PIC 16F877A 44 Hình 4.16 Sơ đồ chân PIC 16F877A 45 Hình 4.17 Chọn kênh ADC 47 Hình 4.18.Các cách lưu kết chuyển đổi AD 47 Hình 4.19 Hình ảnh thực tế PIC 16F877A 48 Hình 4.20 IC Max232 cổng COM 49 Hình 4.21 Giao diện hiển thị sóng điện tim máy tính 51 Hình 4.22 Mạch in khối thu tín hiệu 52 Hình 4.23 Mạch in khối thu tín hiệu 53 Hình 4.24 Hình ảnh khối thu tín hiệu thi công 54 Hình 4.25 Hình ảnh khối vi điều khiển truyền thông 55 Hình 5.1 Hình ảnh thực tế Mạch 56 Hình 5.2 Các điện cực chi 57 Hình 5.3 Các điện cực ngực 57 Hình 5.4.Cáp dẫn 58 Hình 5.5 Giao diện máy tính 58 Hình 5.6 Tín hiệu điện tim tác giả 59 Hình 5.7 So sánh với tín hiệu điện tim chuẩn .59 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, có nhiều thiết bị chăm sóc sức khỏe có sẵn thị trường, bệnh nhân theo dõi sức khỏe cách thường xuyên thoải mái nhà họ Các thiết bị có tác động lớn chi phí chăm sóc sức khỏe chúng giảm thời gian nguồn lực bác sĩ y tế sở yêu cầu bệnh nhân Đây lợi cho bệnh nhân bác sĩ Bệnh nhân theo dõi sức khỏe thường xuyên điều chỉnh chế độ ăn uống họ tập thể dục cần thiết để giữ tin quan trọng họ cân Các chuyên gia chăm sóc sức khỏe truy cập thông tin từ máy tính họ thông qua Ethernet kiểm tra tin quan trọng bệnh nhân họ thời họ Nếu họ nhận thấy bất thường, họ luôn xếp hẹn với bệnh nhân họ Các đối tượng dự án phát triển thiết bị theo dõi dễ dàng an toàn để sử dụng, chi phí thấp cho khách hàng Trong trình học chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN, tiếp cận với kiến thức thuộc hai lĩnh vực điện tử viễn thông Từ kiến thức học nhu cầu thực tế trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng bệnh động mạch vành lên tín hiệu điện tim” làm luận văn tốt nghiệp Ý nghĩa khoa học thực tiễn Máy điện tim thiết bị y sinh đặc trưng cho hệ thống điện tử đại Bao hàm nhiều kiến thức tổng hợp hệ thống điều thu thập tín hiệu tương tự, xử lý tín hiệu số tương tự, xử lý cảm biến Nó thiết bị quan trọng việc chăm sóc sức khỏe người Tuy nhiên Việt Nam, tất thiết bị phải nhập ngoại Do đó, việc nghiên cứu chế tạo máy điện tim không củng cố kiến thức học nhà trường mà sở để phát triển thêm, tự sản xuất máy đo điện tim, phục vụ yêu cầu cấp thiết đề cập Đối tượng nghiên cứu: Máy đo điện tim Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm, dựa demo từ số nhà sản xuất làm sở, thiết kế mạch sản phẩm, tiến hành đo đạc, kiểm thử, cải tiến sản phẩm cho phù hợp với yêu cầu Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động tim Nghiên cứu nguyên lý máy thu nhận tín hiệu điện tim Thiết kế mạch phần cứng phần mềm cho mạch với chức đo thông số: dạng sóng tín hiệu điện tim, mạch xử lý tín hiệu hiển thị kết lên máy tính Thiết kế phần mềm giao diện máy tính với ngôn ngữ C#, giao tiếp với máy tính qua cổng USART Giới hạn đề tài: Do thời gian hiểu biết có hạn, đề tài giới hạn việc thiết kế, chế tạo mạch đo, xử lý tín hiệu phần cứng (mạch analog) tiến hành đọc thô tín hiệu điện tim, chưa triển khai thuật toán lọc nâng cao phần mềm TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] GS TS.Trần Đỗ Trinh; ThS Trần Văn Đồng, “Hướng dẫn đọc điện tim,” 2002 [2] Hoàng Mạnh Hà, “Các phương pháp thích nghi lọc nhiễu tín hiệu điện tim,” Luận án Tiến sĩ Toán học, Viện khoa học công nghệ Việt Nam, 2011, tr.17-20 [3] Quách Mỹ Phượng, “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo ECG giao tiếp với máy tính,” Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2006, tr10-41 [4] Vĩnh Sơn, “Xây dựng hệ thống chuẩn đoán điện tâm đồ,” Luận án thạc sĩ khoa học, Chuyên ngành tin học, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2002, tr.531 [5] Trần Văn Tùng, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim 12 chuyển đạo kết nối với máy tính nhúng,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015 [6] Nguyễn Văn Triệu, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim 12 chuyển đạo,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014 [7] Đoàn Mạnh Tuân, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy điện tim đồ,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 [8] Hiệp Xuân Hiệp, “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống theo dõi tín hiệu điện tim,” Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 Tiếng Anh [9] Anwar Vahed, “3-Lead wireless ECG,” Electronic Design Project, 2005, pp 920 [10] Christopher M.Teledero, Mary Anne D.Raya, Luis G.Sison, “Design and implementation of a single channel ECG amplifier ưith DSP pót processing in Matlab,” Instrumentation, Robotics, and Controls Laboratory University of the Philippines, Diliman, Quezon City, pp.1-4 [11] Daniel Paulus, Thomas Meier, “ECG-Amplifier,” MB Jass 2009 [12] Don Gourdine, Henry Tsai, Oluwasanmi, Koyejo, “ECG miniature Holter moniter,” Senior project report, 2004, pp 6-9 [13] Michael Chrapala, “Design of Hardware for an Electrocardiagram Analyzer,” McMaster University, 2010, pp.16-41 [14] Stéphane Henrion, “Biomedical signal processing and analysis”, U-R-Safe, IST-2001-33352 Datasheet [15] AD620 datasheet; OP07 datasheet; TL084 datasheet; CD4051 datasheet (http://www.alldatasheet.com/) 65 [...]... thống chuẩn đoán điện tâm đồ,” Luận án thạc sĩ khoa học, Chuyên ngành tin học, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2002, tr.531 [5] Trần Văn Tùng, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim 12 chuyển đạo kết nối với máy tính nhúng,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015 [6] Nguyễn Văn Triệu, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống đo điện tim 12 chuyển... Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014 [7] Đoàn Mạnh Tuân, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy điện tim đồ,” Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 [8] Hiệp Xuân Hiệp, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống theo dõi tín hiệu điện tim, ” Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 Tiếng Anh [9] Anwar...TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] GS TS.Trần Đỗ Trinh; ThS Trần Văn Đồng, “Hướng dẫn đọc điện tim, ” 2002 [2] Hoàng Mạnh Hà, “Các phương pháp thích nghi trong lọc nhiễu tín hiệu điện tim, ” Luận án Tiến sĩ Toán học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, 2011, tr.17-20 [3] Quách Mỹ Phượng, “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo ECG giao tiếp với máy tính,” Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại