Nghiên cứu thiết kế mạch đo cung lượng tim CO và các thông số huyết động bằng phương pháp trở kháng ngực không can thiệp

Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đang được triển khai tại rất nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tại Việt Nam trong năm 2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã chính thức cấp giấy phép 3G cho 4 doanh nghiệp cung cấp mạng di động là Vinaphone, MobiFone, Viettel và Liên doanh EVNTelecom – HanoiTelecom, đánh dấu bước pháp triển cho công nghệ 3G tại Việt Nam. Phần lớn các doanh nghiệp này đều phát triển lên 3G dựa trên nền tảng GSM. Không những vậy các mạng di động cũng bắt đầu nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm việc nâng cấp mạng từ 3G lên 3.5G để đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Xuất phát từ xu hướng phát triển này, nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu cũng như công tác sau này, em xin chọn đề tài luận văn “Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMAUMTS“ . Luận văn gồm có 4 chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về các hệ thống thông tin di động Chương 2: Mạng thông tin di động 3G với công nghệ WCDMA Chương 3: Thiết kế mạng vô tuyến 3G Chương 4: Tính toán dung lượng mạng 3G Trong quá trình làm luận văn vẫn còn rất nhiều thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy để luận văn hoàn thiện hơn nữa.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM (CO) VÀ CÁC THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ DUY HẢI Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM (CO) VÀ CÁC THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ DUY HẢI LỜI CAM ĐOAN Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi tự làm nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nước nước Những tài liệu tham khảo trích dẫn liệt kê mục tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày tháng……năm 2019 Học viên Nguyễn Thành Trung MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU 11 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 12 1.1 Đặt vấn đề 12 1.2 Cơ sở lý thuyết 13 1.2.1 Giải phẫu học tim 13 1.2.2 Chu trình hoạt động tim 15 1.3 Thông số cung lượng tim 17 1.3.1 Khái niệm cung lượng tim 17 1.3.2 Các thông số ảnh hưởng tới giá trị cung lượng tim 18 1.3.3 Vai trò cung lượng tim y họ 22 1.4 Các phương pháp đo cung lượng tim 22 1.4.1 Phương pháp Fick 23 1.4.2 Phương pháp pha loãng chất thị màu 24 1.4.3 Phương pháp pha loãng nhiệt 25 1.4.4 Phương pháp PiCCO 27 1.4.5 Phương pháp siêu âm Doppler 27 1.4.6 Phương pháp cộng hưởng từ 29 1.4.7 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực (ICG) 29 1.4.8 So sánh phương pháp đo cung lượng tim 31 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐO CO-ICG 36 2.1 Tổng quan phương pháp ICG 36 2.1.1 Giới thiệu 36 2.1.2 Yêu cầu dòng điện cấp cho vùng ngực 38 2.1.3 Các cách đặt điện cực 39 2.2 Phân tích tín hiệu ICG 41 2.2.1 Xác định điểm quan trọng tín hiệu tim đồ trở kháng ngực 41 2.2.2 Các thông số huyết động tính từ ICG 43 2.2.3 Các cơng thức tính thể tích nhát bóp SV 46 2.3 Phương pháp đo 48 2.3.1 Phân tích yêu cầu đo 48 2.3.2 Lựa chọn phương án đo 49 2.3.3 Các tiêu kỹ thuật cần đạt đo 56 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CUNG LƯỢNG TIM KHÁC 57 3.1 Phương pháp đo cung lượng tim PiCCO 57 3.1.1 Chỉ định ưu nhược điểm phương pháp PiCCO 57 3.1.2 Cấu tạo thiết bị PiCCO 58 3.1.3 Nguyên lý hoạt động phương pháp PiCCO 59 3.1.4 Cơ chế đo phương pháp PiCCO 61 3.1.5 Quy trình thực phương pháp PiCCO 62 3.2 Phương pháp đo cung lượng tim Siêu âm Doppler 63 3.2.1 Ứng dụng siêu âm Doppler chẩn đoán tim mạch 63 3.2.2 Thiết bị đo cung lượng tim USCOM 65 3.3 Phương pháp đo cung lượng tim kỹ thuật cộng hưởng từ 69 Chương THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÝ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ TRONG MẠCH ĐO CO-ICG 71 4.1 Khối tiền khuếch đại 71 4.1.1 Thiết kế 71 4.1.2 Đánh giá kỹ thuật 72 4.1.3 Kết đo 72 4.2 Khối lọc thông dải 80 - 120 KHz 73 4.2.1 Thiết kế 73 4.2.2 Đánh giá kỹ thuật 74 4.3 Khối giải điều chế bình phương 74 4.3.1 Thiết kế 74 4.3.2 Đánh giá kỹ thuật 77 4.4 Khối phân tách Z0, ∆Z 78 4.4.1 Thiết kế 78 4.4.2 Đánh giá kỹ thuật 79 4.4.3 Kết đo 80 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa AC/DC Nguồn AC/DC ACI Chỉ số gia tốc bơm máu ADC Bộ chuyển đổi tương tự số BSA Diện tích bề mặt thể CI Chỉ số cung lượng tim CMNR Tỷ số nén mode chung CO Cung lượng tim CSA Diện tích mặt cắt ngang mà búp sóng siêu âm chiếu tới CT-Scanner Chụp cắt lớp điện toán CVP Áp lực tĩnh mạch trung ương ECG Tín hiệu điện tim đồ EDV Thể tích máu tâm trương EPCI Chỉ số co bóp giai đoạn tống máu ESV Thể tích máu tâm thu HI Chỉ số hiệu co bóp tim HPF Bộ lọc thông cao HR Nhịp tim ICG Trở kháng ngực LCW Công trái LCWI Chỉ số công trái LPF Bộ lọc thông thấp LVET Khoảng thời gian thất trái thu MAP Áp lực trung bình động mạch MSER Tốc độ trung bình tâm thu NICO Đo cung lượng tim không xâm lấn PAOP Áp lực mao mạch phổi bít PECI Chỉ số co bóp giai đoạn tống máu PEP Thời gian tiền tống máu QRS Phức QRS tín hiệu điện tim SI Chỉ số nhát bóp SNR Tỷ số tín hiệu nhiễu STI Thời gian tâm thu STR Tỷ số thời gian tâm thu SV Thể tích nhát bóp SVR Sức cản mạch hệ thống SVRI Chỉ số sức cản mạch hệ thống TFC Tổng lượng chất lỏng VCCS Nguồn dòng điều khiển áp VEPT Khối lượng mô tham gia khử cực VET Thời gian tống máu tâm thất VI Chỉ số tốc độ bơm máu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các nguyên nhân dẫn đến tăng giảm cung lượng tim 21 Bảng 1.2 So sánh tiêu chí phương pháp đo cung lượng tim 32 Bảng 1.3 So sánh số tiêu chí phương pháp chẩn đốn bệnh tim 34 Bảng 3.1 Các thơng số đo nhờ phương pháp PiCCO 59 Bảng 3.2 Những rối loạn chức tim thường gặp phát siêu âm 67 Bảng 4.1 Kết đo 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Tên hình vẽ, đồ thị Giải phẫu học tim 13 Hình 1.2 Trình tự dẫn truyền xung động vùng tim 16 Hình 1.3 Quan hệ Cung lượng tim (CO) Nhịp tim (HR) 19 Hình 1.4 Biểu đồ mơ tả khả co bóp tim tương ứng với tình trạng hoạt động 20 Hình 1.5 Sự ảnh hưởng áp suất cuối kì tâm trương tới giá trị CO 21 Hình 1.6 Phương pháp Fick 23 Hình 1.7 Phương pháp pha lỗng chất thị màu 24 Hình 1.8 Phương pháp pha lỗng nhiệt 26 Hình 1.9 Phương pháp PiCCO 27 Hình 1.10 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực (ICG) 30 Hình 1.11 31 Hình 2.1 Đường cong thay đổi trở kháng ngực ∆Z tốc độ thay đổi trở kháng dZ/dt Sơ đồ khối tổng quát hệ thống đo tim đồ trở kháng ngực Hình 2.2 Loại bốn điện cực dải 39 Hình 2.3 Loại bốn điện cực trịn 40 Hình 2.4 Loại tám điện cực trịn 40 Hình 2.5 Tim đồ trở kháng ngực ICG tín hiệu ECG PCG 41 Hình 2.6 Xác định điểm B điểm X để tính LVET ICG 42 Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị đo 49 Hình 2.8 Sơ đồ khối mạch xử lý tín hiệu tương tự nguồn dịng 52 Hình 2.9 Sơ đồ khối mạch xử lý tín hiệu số 54 Hình 3.1 Cấu tạo thiết bị PiCCO 58 Hình 3.2 Các thơng số đo nhờ phương pháp PiCCO 60 Hình 3.3 Đo tốc độ dịng máu dựa nguyên lý siêu âm Doppler 63 Hình 3.4 Đo cung lượng tim phương pháp siêu âm 64 Hình 3.5 Thiết bị đo cung lượng tim siêu âm Doppler Hãng USCOM 66 Hình 3.6 Đồ thị xu hướng thay đổi thông số huyết động theo thời gian 66 Hình 3.7 Đo cung lượng tim phương pháp siêu âm qua đường thực quản 67 Trang 37 Hình 3.8 Đo cung lượng tim cộng hưởng từ 69 Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế mạch tiền khuếch đại 72 Hình 4.2 Kết đo tín hiệu đầu mạch tiền khuếch đại 73 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông dải thiết kế 73 Hình 4.4 Kết đáp ứng tần số mạch lọc thiết kế 74 Hình 4.5 Sơ đồ tổng quát khối điều chế bình phương 74 Hình 4.6 Sơ đồ IC nhân MPY634 75 Hình 4.7 Sơ đồ khối khai dùng MPY634 76 Hình 4.8 Sơ đồ mạch giải điều chế thiết kế 77 Hình 4.9 Sơ đồ mạch phân tách Z0 thiết kế 78 Hình 4.10 Sơ đồ mạch tách ∆Z thiết kế 79 Hình 4.11 Kết đáp ứng tần số mạch phần tách Z0 thiết kế 80 10 Chương Các phương pháp đo cung lượng tim khác 3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO CUNG LƯỢNG TIM BẰNG KỸ THUẬT CỘNG HƯỞNG TỪ [4, 5, 6, 11, 15, 21] Một kỹ thuật đo dòng chảy máu xác mạch máu lớn kỹ thuật VEPC cộng hưởng từ Độ xác kỹ thuật tương đương với phương pháp Fick pha lỗng nhiệt, chí cịn biến động hai phương pháp Hình 3.8 Đo cung lượng tim cộng hưởng từ VEPC họat động dựa việc xác định thay đổi giai đoạn proton tiến động Sự thay đổi tương ứng với tốc độ chuyển động proton qua từ trường với gradient biết Kết thu cặp ảnh cho thời điểm chu kỳ họat động tim Một ảnh ảnh giải phẫu ảnh lại ảnh mà có cường độ tín hiệu điểm ảnh tỷ lệ thuận với vận tốc qua mặt phẳng Vận tốc trung bình máu mạch máu, ví dụ động mạch chủ hay động mạch phổi định lượng cách đo cường độ trung bình tín hiệu điểm ảnh nhân với số cho trước Như vây, lưu lượng máu tính cách nhân vận tốc trung bình dịng máu với diện tích mặt cắt ngang mạch máu Có thể vẽ đồ thị lưu lượng theo thời gian dựa liệu thu Tích phân đường cong dịng chảy chu kỳ tim thể tích nhát bóp (SV) Thời gian chu kỳ tim biết từ xác định nhịp tim 69 Chương Các phương pháp đo cung lượng tim khác Do cung lượng tim tính dựa nhịp tim thể tích nhát bóp tìm Cộng hưởng từ thường tính lưu lượng dịng chảy nhịp đập giá trị trunh bình vài nhịp, tính nhịp Trong cộng hưởng từ công cụ nghiên cứu quan trọng đo đạc cung lượng tim lại khơng dùng cho việc theo dõi thông số huyết động cấp cứu hay chăm sóc tích cực Cung lượng tim đo cộng hưởng từ sử dụng hàng ngày phần chấn đoán chứng bệnh tim mạch 70 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Chương THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÝ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ TRONG MẠCH ĐO CO-ICG Khối xử lý tương tự gồm khối sau: (1) Khối tiền khuếch đại, (2) Khối lọc thông dải 80 ÷ 120 kHz, (3) Khối giải điều chế bình phương, (4) Khối phân tách Z0, ∆Z 4.1 KHỐI TIỀN KHUẾCH ĐẠI [4, 5, 6, 12, 16, 22] 4.1.1 Thiết kế Với dải giá trị đo Z0: 10 ÷ 50 Ω; ∆Z: 0,05 ÷ Ω dịng điện đưa vào thể có biên độ mA giá trị điện áp đầu vào khối thu tín hiệu tương tự UZ0: 40 ÷ 200 mV U∆Z: 0,2÷ mV Tần tín hiệu đầu vào xấp xỉ tần số sóng mang 100 kHz nên yêu cầu đặt với IC đệm khuếch đại vi sai đầu vào là: Tỷ số CMNR cao (≥70 dB); Hoạt động ổn định tần số 100 kHz; Nhiễu điện áp dòng điện thấp Với yêu cầu đặt trên, IC lựa chọn bao gồm: OPA2211 cho khối đệm: CMNR = 120 dB, băng thơng tăng ích 45 MHz G = 1, nhiễu điện áp thấp: 1,1 nV / Hz kHz; INA129-EP cho khối khuếch đại vi sai: CMNR = 70 dB 100 kHz G = 50, nhiễu điện áp thấp: nV / Hz tần số kHz nhiễu dòng nhỏ: 0,3 pA / Hz tần số kHz Ngoài hệ số khuếch đại khối vi sai lựa chọn cho điện áp đầu không vượt ngưỡng đầu vào khối giải điều chế không nhỏ để đảm bảo tỷ số SNR Trong nghiên cứu này, hệ số khuếch đại chọn cho khối khuếch đại vi sai k = 50 Khi giá trị điện áp đầu UZ0: ÷ 10 V, U∆Z: 10 ÷ 200 mV Hệ số khuếch đại chọn cao để biên độ đầu vào khối giải điều chế đủ lớn, đảm bảo tín hiệu sau giải điều chế không biến dạng 71 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Hệ số khuếch đại INA129 tính theo cơng thức: K = + 49, kΩ RG Với RG giá trị điện trở hai chân IC Để có giá trị K=25 sơ đồ khối ta cần giá trị: R G = 49, kΩ  kΩ K −1 Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại thiết kế Hình 4.1: Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế mạch tiền khuếch đại 4.1.2 Đánh giá kỹ thuật Sử dụng máy tạo sóng hãng Lodestar, model FG-2012AD, sử dụng nguồn tín hiệu sóng sin, tần số f = 100 kHz, biên độ đỉnh - đỉnh điều chỉnh từ 50 mA đến 100 mA với độ phân giải 10 mA Tín hiệu sóng sin sau đưa vào khuếch đại vi sai, tín hiệu đầu thu hiển thị Oscilloscope để đo biên độ tín hiệu, từ tính tốn hệ số khuếch đại thực tế khuếch đại vi sai 4.1.3 Kết đo Kết đo thể Hình 4.2 với đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp đầu điện áp đầu vào Trong dải điện áp vào, tín hiệu đầu gần tuyến tính với tín hiệu đầu vào 72 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Hình 4.2 Kết đo tín hiệu đầu mạch tiền khuếch đại 4.2 KHỐI LỌC THƠNG DẢI 80 ÷ 120 KHZ [4, 5, 6, 12, 16, 22] 4.2.1 Thiết kế Tín hiệu sóng mang (nguồn dịng AC có biên độ mA) có tần số 100 kHz, để loại bỏ nhiễu từ mơi trường bên ngồi nhiễu từ thành phần tích cực mạch, lọc thơng dải 80 ÷ 120 kHZ thiết kế sơ đồ đây: Hình 4.3 Sơ đồ ngun lý mạch lọc thơng dải thiết kế Mạch lọc thơng dải 80 ÷ 120 kHZ tạo thành từ mạch lọc thông cao 80 kHz bậc mạch lọc thông thấp 120 kHz bậc Cơng thức tính tần số cắt mạch lọc thông cao bậc 1: 73 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG f CHPF = (Hz) 2π × C11 × R 29 (4.1) Cơng thức tính tần số cắt mạch lọc thông thấp bậc 2: f CHPF cùc = (Hz) π × C13 × R31 (4.2) f CHPF cùc = (Hz) π × C12 × (R30 + R31 ) (4.3) 4.2.2 Đánh giá kỹ thuật Bộ lọc thông dải sau thiết kế lắp ráp hàn bo mạch sử dụng trở xác 1% tụ điện xác 5% Kết đáp ứng tần số lọc thông dải 80 ÷ 120 kHz sau thiết kế lắp ráp thể hình 4.4 Hình 4.4 Kết đáp ứng tần số mạch lọc thiết kế 4.3 KHỐI GIẢI ĐIỀU CHẾ BÌNH PHƯƠNG [4, 5, 6, 12, 16, 22] 4.3.1 Thiết kế Mạch giải điều chế bình phương thiết kế gồm khối là: Khối bình phương, khối lọc thơng thấp khối khai thực theo sơ đồ tổng quát Hình 4.5 Sơ đồ tổng quát khối điều chế bình phương 74 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Tín hiệu đầu sau khối bình phương có dạng: U= I sin ( 2πf + α ) (Z0 − ∆Z) 0(square) 2 I (Z0 − ∆Z) − I cos ( 4πf + α ) (Z0 − ∆Z) 2 = (4.4) Tín hiệu sau qua khối lọc thơng thấp cịn lại: = U 0(LPF) I (Z0 − ∆Z) 2 (4.5) Cuối cùng, sau khối khai căn, tín hiệu trở kháng ngực khơi phục đồng thời khơng cịn bị ảnh hưởng dịch pha sóng mang: U 0(square = root ) I.(Z0 − ∆Z) (4.6) Khối lọc thơng thấp có bậc hai tần số cắt 350Hz để đảm bảo trì dải tần ÷ 50 Hz tín hiệu ICG Hệ số khuếch đại hệ thống giải điều chế nhân thiết kế Trong mạch, IC chuyên dụng cho giải điều chế điều chế từ hãng Texas Instrument sử dụng MPY634 MPY634 có độ phi tuyến thấp ±0,4% lỗi khuếch đại ±0,25% Sơ đồ IC MPY634 thể Hình 4.6 Hình 4.6 Sơ đồ IC nhân MPY634 75 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Với bình phương X2, Y2 nối đất, X1, Y1 tín hiệu điện áp từ ngực, Z2 nối đất Z1 nối với đầu ra, ta có: V X2 − (Output − 0) =out SF A (4.7) Với A hệ số khuếch đại vịng hở (thơng thường khoảng 85 dB) Do giá trị A lớn nên Vout = Thay vào công thức ta được: A X2 Output = SF (4.8) SF tính theo cơng thức: SF = 10 5, 4k 1+ R SF (4.9) Với SF = 5, tín hiệu thu sau lọc thông thấp là: = U I (Z0 − ∆Z) 10 (4.10) Sơ đồ khối khai thể Hình 4.7 sau: Hình 4.7 Sơ đồ khối khai dùng MPY634 Trong khối khai Z1 nối đất, Z2 đầu khối lọc thơng thấp X2 nối đất Khi đầu hệ thống giải điều chế bình phương là: 76 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG I (Z0 − ∆Z) 10V = I.(Z0 − ∆Z) = Vout 10V (4.11) Với giá trị biên độ dòng điện I = 0,004 A biết, ta hồn tồn thu xác giá trị trở kháng ngực (Z0 - ∆Z) Với khối lọc thơng thấp, khuếch đại thuật tốn OPA211 tiếp tục sử dụng ưu điểm trình bày Bậc lọc chọn tần số cắt 350 Hz để đảm bảo tín hiệu khơng bị suy giảm dải tần ÷ 50 Hz Sơ đồ nguyên lý thiết kế Hình 4.8 sau: Hình 4.8 Sơ đồ mạch giải điều chế thiết kế 4.3.2 Đánh giá kỹ thuật Để đánh giá hoạt động khối giải điều chế bình phương, tín hiệu mẫu hình sin có biên độ tần số thay đổi theo tín hiệu trở kháng ngực đầu vào sử dụng Cụ thể, tín hiệu mẫu mơ cho trở kháng tổng thể vùng ngực Z(t) có biên độ độ thay đổi từ 0,8 ÷ mV tương ứng với ∆Z có thành phần chiều thay đổi từ 80 ÷ 160 mV tương ứng với Z0, tần số nằm dải thay đổi trở kháng lồng ngực: 0,2 ÷ 40 Hz ứng với dải nhịp tim ≤ 100 lần/phút Tín hiệu mơ Z(t) điều chế biên độ sóng mang hình sin có tần số 100 kHz lấy từ nguồn dịng hệ thống Sóng sau điều chế đưa vào hệ thống đo lường đánh giá đầu Trong thử nghiệm, thành phần biến đổi dạng sin mô (ứng với ∆Z) chọn thử nghiệm 77 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG với ba giá trị biên độ 0,8 mV, mV, mV ba tần số 40 Hz, 20 Hz, Hz Thành phần chiều (ứng với Z0) chọn với ba giá trị 80 mV, 120 mV, 160 mV Bảng 4.1 Kết đo Biên độ tín Biên độ đầu kênh ∆Z theo Biên độ đầu kênh ∆Z hiệu mơ tính tốn lý thuyết thực tế ∆Z 40 Hz 20 Hz Hz 40 Hz 20 Hz Hz 0,8 mV 0,57 V 0,8 V 0,8 V ~0,6 V ~0,8 V ~0,8 V mV 1,41 V 2V 2V ~1,5 V ~2 V ~2 V mV 2,83 V 4V 4V ~3 V ~4 V ~4 V 4.4 KHỐI PHÂN TÁCH Z0, ∆Z [4, 5, 6, 12, 16, 22] Tín hiệu sau mạch giải điều chế bình phương tổng hợp điện áp trở kháng trở kháng thay đổi (UZ = UZ0 - U∆Z) Mạch phân tách Z0, ∆Z có nhiệm vụ phân tách riêng biệt thành phần tín hiệu để tiến hành lấy mẫu xử lý 4.4.1 Thiết kế Khối phân tách Z0: Thành phần tín hiệu trở kháng xem thành phần DC Do để thu thành phần này, lọc thông thấp 0,2 Hz bậc thiết kế theo cấu hình lọc Butterworth Như phân tích, giá trị đầu UZ0 sau khuếch đại vi sai khoảng ÷ 10 V Do ta cần giảm giá trị biên độ 3.2 lần để đầu khoảng ÷ V Khi đầu U∆Z nằm dải giá trị: 0,5 ÷ V Sơ đồ nguyên lý cụ thể mạch lọc thông thấp 0,2 Hz bậc mạch chia điện áp thiết kế Hình 4.9 sau: Hình 4.9 Sơ đồ mạch phân tách Z0 thiết kế 78 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Khối phân tách ∆Z: Thành phần tín hiệu trở kháng thay đổi từ giải điều chế bình phương phân tách riêng biệt cách sử dụng lọc thông cao bậc với tần số cắt 0,15 Hz Tần số cắt lọc lựa chọn 0,15 Hz để khơng làm phần tín hiệu có tần số thấp Sau tiến hành lọc thơng cao 0,15 Hz, tín hiệu cịn lại U∆Z: 10 ÷ 200 mV Để đưa vào lấy mẫu ADC, ta cần khuếch đại tín hiệu lên để đầu khoảng ÷ V Chính khối khuếch đại với hệ số khuếch đại k = 13 đề xuất Khi đầu khoảng 130 mV ÷ 2,6 V Do thành phần sau lọc thông cao -∆Z nên giá trị biên độ thực chất ta thu U∆z: -2,6 ÷ 130 mV Để chuyển giá trị sang điện áp dương ta đưa vào trừ đảo với điện áp trừ V Giá trị V đưa để đảm bảo thu tín hiệu có dao động tín hiệu việc thở gây Mạch trừ đảo thiết kế theo cấu trúc khuếch đại vi sai với hệ số khuếch đại Sơ đồ nguyên lý chi tiết khối mạch thiết kế Hình 4.10: Hình 4.10 Sơ đồ mạch tách ∆Z thiết kế 4.4.2 Đánh giá kỹ thuật Phương pháp đo hệ số khuếch đại mạch khuếch đại hàm truyền đạt (tần số đáp ứng) lọc thực phần trình bày 79 Chương Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG 4.4.3 Kết đo Khối phân tách Z0: Kết đo dạng đáp ứng tần số mạch thiết kế thu sau: Hình 4.10 Kết đáp ứng tần số mạch phần tách Zo thiết kế Khối phân tách ∆Z: Hệ số khuếch đại: G = 12,98 ± 0,02%; Đáp ứng tần số lọc thông cao 0,15 Hz; Điện áp tham chiếu: Vref = 1,02 V 80 KẾT LUẬN Như vậy, tìm hiểu lý thuyết cung lượng tim, phương pháp đo cung lượng tim Cung lượng tim số quan trọng bác sĩ quan tâm dùng để chẩn đoán bệnh tim mạch Do nhà khoa học giới nghiên cứu để tìm phương pháp đo xác, an tồn hiệu Trong chương 1, tác giả nêu sở lý thuyết chung giải phẫu tim phương pháp đo cung lượng tim Trong chương 2, trình bày nguyên lý cách đo cung lượng tim phương pháp trở kháng ngực Cịn chương 3, tác giả trình bày phương pháp đo cung lượng tim phổ biến bệnh viện cho kết cao Chương tác giả đưa thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự mạch đo CO-ICG Ngày nay, việc đo thông số huyết động nhà nghiên cứu giới tìm hiểu khám phá nhiều cơng nghệ mới, có nhiều ứng dụng thực tiễn đảm bảo an toàn cho người sử dụng Một số vấn đề sau tiếp tục nghiên cứu thời gian tới: - Xử lý kết đo cung lượng tim sóng siêu âm Doppler - Xử lý kết đo cung lượng tim cộng hưởng từ, giảm thiểu thời gian đo phương pháp 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Báo cáo hội nghị theo dõi huyết động cấp cứu tim mạch 11/2015 “Monitoring huyết động không xâm lấn”, GS TS Nguyễn Quốc Kính, trưởng khoa gây mê hồi sức bệnh viện Việt Đức [2] Báo cáo hội thảo chuyên đề theo dõi xử trí huyết động gây mê hồi sức bệnh viện Việt Đức “Bù dịch, trợ tim hay vận mạch, quản lý tuần hoàn cho dễ dàng”, Jules Flatch, chuyên gia huyết động [3] Báo cáo hội thảo chuyên đề theo dõi xử trí huyết động gây mê hồi sức bệnh viện Việt Đức “So sánh số huyết động đo USCOM với PiCCO”, Ths Bs Nguyễn Thị Ngọc, bệnh viện Việt Đức [4] Nguyễn Minh Đức (2013): Nghiên cứu đo cung lượng tim không can thiệp phương pháp trở kháng ngực (ICG) Thiết kế mạch đo thay đổi trở kháng ngực kết nối máy tính, Luận văn thạc sĩ Đại học Bách Khoa Hà Nội, Việt Nam [5] Nguyễn Thị Cẩm Nhung (2016): Đo cung lượng tim kỹ thuật tim đồ trở kháng ngực (ICG) nghiên cứu phương pháp giảm nhiễu thở tín hiệu ICG, Luận văn thạc sĩ Đại học Bách Khoa Hà Nội, Việt Nam [6] Lê Minh Thông (2016): Nghiên cứu thiết bị đo thông số huyết động dùng siêu âm, Luận văn thạc sĩ Đại học Bách Khoa Hà Nội, Việt Nam Tiếng Anh: [7] Gerard Cybulski (2011), Ambulatory Impedance Cardiography – The systems and their applications, Springer, New York [8] Gerard Cybulski, Anna Strasz, Wiktor Niewiadomski, Anna Gasiorowska (2012), Impedance cardiography: recent advancements, Cardiol J, 19(5), pp 550-556 [9] Exar (1993), XR-2206: Monolithic function generator, EXAR Corporation, Fremont [10] Fairchild Semiconductor (2011), Single-channel: 6N137, HCPL2601, HCPL2611, Dual-channel: HCPL2630, HCPL2631, high speed 10MBit/s logic gate optocouplers, Fairchild Semiconductor Corporation, San Jose [11] Bart F Geerts, Leon P Aarts, Jos R Jansen (2011), Methods in pharmacology: measurement of cardiac output, Br J Clin Pharmacol, 71(3), pp 316-330 [12] Webster J.G (2010), Medical Instumentation: Aplication and design: Measurement of flow and Volume of blood, NewYork J.Wiley Publisher, New York [13] Barry E Hurwitz, Liang-Yu Shyu, Chih-Cheng Lu, Sridhar P Reddy, Neil Schneiderman and Joachim H Nagel (1993), Signal fidelity requirements for deriving impedance cardiographic measures of cardiac function over a broad heart rate range, Biological Psychology, 36, pp 3-21 82 [14] Skillstat (2004), The heart and Cardiac output, Nursecom Educational Technologies, New York [15] Jean-Louis Vincent, "Understanding cardiac output" Crit Care, 12(4), pp 174 2008 [16] M C Ipate, A A Dobre, A M Morega (2012), The Stroke volume and the Cardiac output by the Impedance Cardiography, U.P.B Sci Bull., 74(3) [17] Pennell DJ, Sechtem UP, Higgins CB (2004), Clinical indications for cardiovascular magnetic resonance (CMR): Consensus Panel report, Eur Heart J., 25(21), pp 19401965 [18] Jan Axelson (2005), USB complete: Everything you need to develop custom USB peripherals, third edition, Lakeview Research LLC, Madison [19] Bur-brown (2004), ADS8321: 16-bit, high speed, micro power sampling analog-todigital converter, Texas Instruments Incorporated, Dallas [20] M C Ipate, A A Dobre, A M Morega (2012), The Stroke volume and the Cardiac output by the Impedance Cardiography, U.P.B Sci Bull., 74(3) [21] Pennell DJ, Sechtem UP, Higgins CB (2004), Clinical indications for cardiovascular magnetic resonance (CMR): Consensus Panel report, Eur Heart J., 25(21), pp 19401965 [22] Pasi K Kauppinen, Jari A Hyttinen, Jaakko A Malmivuo (1998), Sensitivity Distributions of Impedance Cardiography Using Band and Spot Electrodes Analyzed by a Three-Dimensional Computer Model, Annals of Biomedical Engineering, 26(4), pp 694-702 [23] Lavdaniti M (2008), Invasive and non-invasive methods for cardic output measurement, International journal of caring sciences, 1(3), pp 112-117 83 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM (CO) VÀ CÁC THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP... sâu vào đặc trưng thông số cung lượng tim, cần biết thông số cung lượng tim có vai trị với hoạt động tim mạch Cung lượng tim lưu lượng máu tim bơm đi, đồng nghĩa với thông số đóng vai trị việc cung. .. trình bày, phương pháp tim đồ trở kháng ngực ICG phương pháp đo cung lượng tim không can thiệp, sử dụng điện cực đo giống điện tim đồ Ưu điểm phương pháp dễ dàng thiết lập đo đạc, giá thành đo đạc