Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu nhập tín hiệu âm thanh cơ thể phục vụ chẩn đoán hệ hô hấp

Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu nhập tín hiệu âm thanh cơ thể phục vụ chẩn đoán hệ hô hấp Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu nhập tín hiệu âm thanh cơ thể phục vụ chẩn đoán hệ hô hấp Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu nhập tín hiệu âm thanh cơ thể phục vụ chẩn đoán hệ hô hấp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀ NGỌC THU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬP TÍN HIỆU ÂM THANH CƠ THỂ PHỤC VỤ CHẨN ĐỐN HỆ HƠ HẤP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH Hà Nội – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀ NGỌC THU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬP TÍN HIỆU ÂM THANH CƠ THỂ PHỤC VỤ CHẨN ĐỐN HỆ HƠ HẤP Chun ngành: Kỹ thuật Y sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRỊNH QUANG ĐỨC Hà Nội – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian nghiên cứu, hướng dẫn TS Trịnh Quang Đức, quan tâm tạo điều kiện của Bộ môn Công nghệ điện tử kỹ thuật y sinh, Viện Điện tử- Viễn thơng, Phịng Đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội tơi hồn thành luận văn tiến độ Tơi xin cam đoan tồn nội dung Đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập tín hiệu âm thể phục vụ chẩn đốn hệ hơ hấp” trình bày luận văn kết tìm hiểu nghiên cứu Tất liệu kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực, rõ ràng, chưa cơng bố cơng trình khác, thơng tin trích dẫn tn thủ theo Luật Sở hữu trí tuệ, có liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung trình bày Luận văn này./ Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2019 HỌC VIÊN Hà Ngọc Thu i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1.Mối liên quan quan sinh học với âm .4 1.1.1.Nguồn gốc, tính chất âm thể người 1.1.2.Ống nghe truyền thống y tế công cụ khám chữa bệnh 1.1.3.Ống nghe điện tử y tế lợi 1.2.Thực trạng giải pháp 10 1.3.Mục tiêu đề tài 11 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT &PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 13 2.1.Cơ sở lý thuyết 13 2.1.1.Phương pháp đo .13 2.1.2.Sơ đồ khối tổng quan hệ thống 14 2.2.Phân tích mạch lọc 15 2.2.1.Các lọc liên tục tuyến tính 15 2.2.2.Mạch lọc 17 2.2.3.Bộ lọc thơng thấp tích cực .19 2.2.4.Bộ lọc thông cao .20 2.2.5.Bộ lọc thơng tích cực bậc cao 23 2.2.6.Bộ khuếch đại thuật toán 24 2.3.Các khối mạch tương tự 26 2.3.1.Khối cảm biến 27 2.3.2.Khối lọc thông cao 31 2.3.3.Khối tiền khuếch đại 34 2.3.4.Khối lọc thông thấp 35 ii 2.3.5.Khối khuếch đại 38 2.3.6.Khối điều chỉnh offset 39 2.3.7.Nguồn đối xứng 41 2.4.Chương trình Labview 42 2.4.1.Chuyển đổi tương tự - số 43 2.4.2.Bộ lọc thông dải .44 2.4.3.Nghe trực tiếp 45 2.4.4.Lưu trữ liệu 45 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM 47 3.1.Hệ thống phần cứng 47 3.2.Hệ thống phần mềm 54 CHƢƠNG 4: MẪU ÂM THANH HƠ HẤP VÀ PHÂN TÍCH 56 4.1.Thu thập mẫu thí nghiệm 56 4.2.Biểu diễn phổ động sóng âm thể 59 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các ngưỡng âm theo tai người Bảng 1.2 Mối liên hệ tần số tỷ lệ lượng âm phát từ tim bình thường Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật hệ thống 13 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật cảm biến CM-01B 28 Bảng 2.3 Hệ số Butterworth 32 Bảng 2.4 Giá trị thành phần mạch sau tính tốn .36 Bảng 2.5 Hệ số khuếch đại mạch tính theo lý thuyết 38 Bảng 2.6 Một vài thông số Arduino Uno R3 43 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ống nghe y tế hệ đầu Hình 1.2 Ống nghe y tế loại truyền thống Hình 1.3 Ống nghe điện tử Thinklabs One Hình 1.4 Ống nghe điện tử 3M™ Littmann Model 3200 11 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .14 Hình 2.2 Hàm truyền đạt số lọc 16 Hình 2.3 Mạch lọc thơng cao thụ động RC .17 Hình 2.4 Mạch lọc thơng thấp tích cực .18 Hình 2.5 Bộ lọc thơng thấp cấu trúc Sallen-Key dạng sơ đồ tổng quát 19 Hình 2.6 Bộ lọc thơng thấp cấu trúc đa hồi tiếp MFB 20 Hình 2.7 Sự tương ứng mạch lọc thông thấp mạch lọc thơng cao 21 Hình 2.8 Đường đáp ứng tần số mạch lọc thông cao 21 Hình 2.9 Bộ lọc thơng cao bậc cấu hình Sallen-Key dạng tổng quát 22 Hình 2.10 Mạch lọc thơng cao bậc cấu hình Sallen-Key dạng rút gọn 22 Hình 2.11 Xây dựng lọc bậc cao phương pháp ghép tầng 23 Hình 2.12 Đáp ứng tần số lọc Butterworth thông thấp bậc cao 24 Hình 2.13 Ký hiệu mạch khuếch đại thuật toán 24 Hình 2.14 Mạch khuếch đại khơng đảo 26 Hình 2.15 Hình dạng cảm biến CM-01B thực tế 27 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý bên cảm biến CM-01B 28 Hình 2.17 Đáp ứng tần số đặc trưng cảm biến 29 Hình 2.18 Đáp ứng tần số cảm biến với loa gốm áp điện 30 Hình 2.19 Đáp ứng tần số cảm biến với loa máy tính 30 Hình 2.20 IC khuếch đại âm Opam 2134 31 Hình 2.21 Tổng quan lọc thơng cao tích cực bậc 31 Hình 2.22 Thiết kế lọc thơng cao tích cực bậc 33 Hình 2.23 Đáp ứng tần số lọc thơng cao .34 Hình 2.24 Mạch tiền khuếch đại với G = .35 Hình 2.25 Tổng quan lọc thơng thấp tích cực bậc 35 Hình 2.26 Bảng giá trị hệ số lọc Butterworth .36 Hình 2.27 Thiết kế lọc thơng thấp tích cực bậc 37 v Hình 2.28 Đáp ứng tần số lọc thơng thấp 37 Hình 2.29 Khối khuếch đại ( G = 5-40 ) 38 Hình 2.30 Đáp ứng tần số mạch khuếch đại với G khác 39 Hình 2.31 Mạch cộng điện áp 40 Hình 2.32 Kết thí nghiệm mạch DC offset .41 Hình 2.33 Nguồn đối xứng +-9V 42 Hình 2.34 Sơ đồ khối chương trình Labview 42 Hình 2.35 Chương trình đọc analog phần mềm Labview 44 Hình 2.36 Bộ lọc thông dải Labview .44 Hình 2.37 Đáp ứng tần số lọc thông dải 45 Hình 2.38 Chương trình để nghe trực tiếp 45 Hình 2.39 Chương trình lưu trữ liệu 46 Hình 3.1 Hệ thống hồn chỉnh 47 Hình 3.2 Mạch tương tự hệ thống 48 Hình 3.3 Tín hiệu sau mạch lọc thơng cao 49 Hình 3.4 Phổ tín hiệu sau mạch lọc thơng cao 49 Hình 3.5 Tín hiệu sau mạch tiền khuếch đại .50 Hình 3.6 Phổ tín hiệu sau mạch tiền khuếch đại .50 Hình 3.7 Tín hiệu sau mạch lọc thơng thấp 51 Hình 3.8 Phổ tín hiệu sau mạch lọc thông thấp 51 Hình 3.9 Tín hiệu sau mạch khuếch đại lần 52 Hình 3.10 Phổ tín hiệu sau mạch khuếch đại lần 52 Hình 3.11 Tín hiệu sau mạch khuếch đại lần 53 Hình 3.12 Phổ tín hiệu sau mạch khuếch đại lần 53 Hình 3.13 Tín hiệu đầu mạch tương tự 54 Hình 3.14 Phổ tín hiệu đầu mạch tương tự 54 Hình 3.15 Giao diện phần mềm 55 Hình 4.1 Mẫu sóng âm tiếng thở bình thường 56 Hình 4.2 Mẫu sóng âm bệnh nhân viêm phế quản .57 Hình 4.3 Mẫu âm bệnh nhân hen 58 Hình 4.4 Biểu diễn Fourier ngắn phổ mẫu âm người khỏe mạnh 61 Hình 4.5 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hơ hấp người 62 khỏe mạnh 62 vi Hình 4.6 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp người khỏe mạnh .62 Hình 4.7 Biểu diễn mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ 63 Hình 4.8 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hơ hấp mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ 64 Hình 4.9 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ 64 Hình 4.10 Biểu diễn mẫu âm bệnh nhân hen .65 Hình 4.11 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân hen 66 Hình 4.12 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân hen 66 vii LỜI NĨI ĐẦU Phương pháp thính chẩn hay cịn gọi chẩn đốn dựa âm tự phát thể sử dụng việc khám, chữa bệnh từ lâu trở thành công cụ truyền thống ngành y tế Sự tiến ngành điện tử vật liệu gợi ý cho ứng dụng mà thiết bị y tế truyền thống thay hồn tồn thiết bị kỹ thuật số tương đương Ống nghe điện tử ứng dụng Việc sử dụng ống nghe điện tử giúp bác sĩ lưu trữ tín hiệu lâm sàng bệnh nhân thành bệnh án điện tử, tạo điều kiện dễ dàng theo dõi chẩn đoán bệnh nhân vị mắc bệnh mãn tính Đồng thời tín hiệu dễ dàng khuếch đại khuếch đại điện tử với độ nhạy tỷ lệ tín tạp cao Bên cạnh dựa tín hiệu lâm sàng kỹ thuật số thu thập được, phép phân tích sử dụng biến đổi toán học dể nhận dạng đặc trưng tín hiệu dễ dàng thực dựa thuật tốn cài đặt máy tính Các cơng cụ phát triển công ty sản xuất thiết bị y tế Tuy nhiên, phức tạp, giá cao, đồng thời tính đóng cơng nghệ rào cản phát triển Đây lý cản trở ống nghe kỹ thuật số thâm nhập vào Việt Nam Xuất phát từ ý tưởng thiết lập hệ thống mở ban đầu để tạo nên tảng phát triển cơng cụ chẩn đốn tương lai, luận văn đề xuất nghiên cứu thiết kế hệ thống mở cho thiết bị ống nghe điện tử Dựa tảng phần cứng thiết bị hệ số lọc hiệu chỉnh tối ưu, hỗ trợ thiết kế sản phẩm phần cứng Bên cạnh đó, thuật tốn phân tích tín hiệu dễ dàng phát triển liệu thô lưu trữ dạng số định dạng file mở nhiều mã nguồn mở Để hoàn thành đề tài này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – TS Trịnh Quang Đức hướng dẫn, động viên giúp đỡ tận tình trình thực đề tài Xin cảm ơn tất thầy cô môn Điện tử, môn Kỹ thuật Y Sinh – Viện Điện Tử Truyền Thơng tạo điều kiện q trình làm đề tài - Đặt tốc độ lấy mẫu để tăng giảm chất lượng tín hiệu âm thể, tần số thấp, tốc độ lấy mẫu điều chỉnh thấp, tần số cao, tốc độ lấy mẫu cần nâng cao Tốc độ lấy mẫu cao đạt đến MHz Giao diện phần mềm thể hình: Hình 3.15 Giao diện phần mềm Giao diện phần mềm máy tính phải trực quan, giúp người sử dụng thao tác xử lý thuận tiện Như quan sát Hình 3.15, đồ thị dùng để hiển thị tín hiệu âm đo thể Các tần số cắt cắt lọc thông dải số lựa chọn Âm lượng tín hiệu điều chỉnh tự động lưu vào đường link định sẵn 55 CHƢƠNG 4: MẪU ÂM THANH HƠ HẤP VÀ PHÂN TÍCH 4.1.Thu thập mẫu thí nghiệm Luận văn tập trung hướng ứng dụng nghiên cứu cho bệnh hô hấp, mặt bệnh thường gặp Việt Nam, đặc biệt bệnh nhân nhi khoa Hình 4.1, mơ tả sóng âm người tình nguyện, với tình trạng lâm sàng khỏe mạnh Đồ thị âm thanh, dễ thấy có đặc trưng sau: - Có tính lặp lại, sóng âm lặp lại có chu kỳ rõ Như hình vẽ thể hiện, số chu kỳ lặp lại - Ở chu kỳ có pha rõ rệt, pha với búp sóng có biên độ lớn tiếng thở chu kỳ hơ hấp, chu kỳ hít vào có búp sóng với biên độ nhỏ chút nằm sau chu kỳ thở - Đối với người bình thường khỏe mạnh, chu kỳ thở đặn chu kỳ lặp lại, khơng có thêm âm khác - Chu kỳ thở có tần số khoảng đến 2.5 giây, tương ứng 1/2 lần nhịp tim Hình 4.1 Mẫu sóng âm tiếng thở b nh thường 56 Đối với bác sĩ, việc nhận dạng sóng âm bệnh tiêu chí hàng đầu với ông nghe Để kiểm nghiệm khả ống nghe, luận văn kết hợp đo bác sĩ bệnh nhân Bệnh Viện Việt Đức, sau thực phép đo để thu tín hiệu âm số, bác sĩ nghe lại với ông nghe truyền thống đánh giá chất lượng âm Kết bác sĩ chuyên khoa nhận định có chất lượng tốt âm nghe trực tiếp nhiều đồng thời đặc trưng thể rõ Hình 4.2 biểu diễn mẫu sóng âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ Sự khác biệt dựa đồ thị dao động sóng âm có đặc trưng sau: - Giữa chu kỳ thở, xuất âm chèn vào lộn xộn - Nhịp thở không phân biệt rõ nhịp thở người tình nguyện viên khỏe mạnh - Các búp sóng lớn bé tương ứng với nhịp hít vào thở không rõ ràng, biên độ lúc cao, lúc thấp - Các âm chèn có biên độ khơng đồng Hình 4.2 Mẫu sóng âm bệnh nhân viêm phế quản 57 Những biểu đặc trưng âm bệnh, tình trạng nhẹ, ví dụ chớm bệnh, khó phát thơng qua nghe trực tiếp Chính vậy, bác sĩ thường đặt tình vào vòng nghi ngờ để thẩm định lại nghi ngờ Chụp X-Quang xét nghiệm máu yêu cầu định để kết luận xác Tuy nhiên, có cơng cụ phân tích thơng qua đồ thị số phép biến đổi khác Tín hiệu bệnh thấy rõ ràng Hình 4.3 biểu diễn mẫu âm bệnh nhân bị hen Các bệnh nhân bị hen thường phế quản khí quản bị hẹp trường hợp phế nang to Như vậy, hít vào thở bệnh nhân ln có cản trở cản trở tạo âm đặc biệt, từ việc vận tốc luồng khí bị tăng giảm đột ngột, tạo tiếng rít, chu kỳ nhịp thở không đặn Đặc trưng nhịp không thấy lặp lại Biên độ sóng thay đổi bất thường Hình 4.3 Mẫu âm bệnh nhân hen Ở mẫu âm thẩm định bác sĩ chuyên khoa nhận xét đánh giá Những đặc trưng tương ứng công nhận kiểm chứng với ống nghe truyền thống bác sĩ sử dụng Mặc dù mẫu 58 âm biểu diễn đồ thị tương đương với đặc trưng mà bác sĩ nghe được, khó phát trích tần số mà xuất mẫu âm Song bản, biểu đồ biến thiên theo thời gian có giá trị sơ khởi định kết hợp với phép nghe trực tiếp từ loa máy tính tín hiệu đo 4.2.Biểu diễn phổ động sóng âm thể Những đặc trưng mà bác sĩ nghe bao gồm dấu hiệu sau: - Sự tuần hoàn: dấu hiệu tín hiệ lặp lại, hầu hết dấu hiệu lâm sàng bệnh nhân có dấu hiệu lặp lại Thay thu thập tín hiệu lặp lại khoảng thời gian ngắn, tín hiệu sốt bệnh lý phải lặp lại thời gian dài mà không giống với tín hiệu người bình thường - Tần số quan sát: Đối với hầu hết bệnh lý, khác biệt tần số lạ khoảng thời gian đối tượng để khảo sát Các bác sĩ dùng tai để lắng nghe tần số lạ khoảng thời gian định Tuy nhiên tần số khó nhận biết thông qua khoảng liệu ngắn thu thập khoảng thời gian chừng vài chục giây - Mật độ sóng âm xuất hiện: Sóng âm bao hàm nhiều sóng âm có tần số khác Những tần số khác với biên độ khác mạng lại đặc trưng âm mà phân bố tần số góp phần làm cho đặc trưng tín hiệu rõ nét - Sự phân biệt sĩ: Các bác sĩ chuyên môn, dựa phân bố tần số biên độ tần số đo xuất khoảng thời gian định để xác định đặc trưng âm Những đặc trưng âm nghe xác định khác biệt mà không lưu tâm đến thống số định lượng, khiến bác sĩ tỏ chẩn đoán dựa định tính âm Với cơng cụ phân tích phổ tín hiệu phép biến đồi Fourier, xuất tần số thành phần khuôn khố thời gian định khơng thể nhìn thấy thay đổi phân bố tần số âm theo thời gian Chính phân 59 bố âm tần theo thời gian đặc trưng mà phép phân tích âm cần quan tâm Phép phân tích dựa biến đổi Fourier tồn dải phổ xác định tần số có mặt liệu âm thu Hầu hết liệu thu phân tích theo dạng xuất sóng âm có phổ nghe thấy âm tần xuất Sự xuất sóng âm, hay nói xác âm tần khoảng thời gian có chu kỳ định đặc trưng âm Với phép phân tích phổ Fourier tồn miền tần số, lặp lại này, hay nói xác tần số tạo nên đặc trưng không xuất toàn dải phổ mà khoảng thời gian định Sự biến đổi phân bố theo thời gian đượ gọi đặc tính động tần số theo thời gian Đây đặc trưng tín hiệu âm Bản thân phép biến đổi Fourier tồn miền tần số khơng cho phép quan sát tần số thành phần âm thể đặc trưng Sự biến đổi theo thời gian mật độ phonnon theo thời gian, khiến người ta gán cho tên „Phổ Động“ Tất tín hiệu truyền thống thay đổi theo thời gian đặc tả danh từ „động“ nghĩa mật đọ âm tần âm thay đổi theo thời gian mà khơng cos định theo mơ hình Để quan sát phân bố tần số trạng thái xuất tần số khoảng thời gian định, công cụ điến đổi Fourier theo khoảng thời gian ngắn công cụ để theo dõi biến động tân số theo thời gian mà đặc tưng âm „Phổ Động“ Phương pháp biến đổi Fourier cho phép người quan sát nhìn tần số xuât vào khoảng thời gian Mật độ phân bố khoảng thời gian tạo nên không gian tần số thời gian, đó, 2D để nhận dạng kiểu phân bố tín hiệu theo kiểu hình ảnh trực quan Những khó khăn định lượng nghe tín hiệu biểu diễn định lượng kiểu Fourier ngắn xác định 60 Hình 4.4 biểu diễn phân tích phổ động mẫu âm hơ hấp người khỏe mạnh thông qua mẫu đo người tính nguyện thể đồ thị hình 4.1 Để thể biên độ sóng, nhóm nghiên cứu đề tài ống nghe kỹ thuật số sử dụng phần mềm để biểu diễn tần số, biện đọ tín hiệu thời gian xuất tín hiệu Cơng cụ thường thấy spectrogram tín hiệu Với liệu thu được, thấy, phân bố tín hiệu tập trung khoảng đến kHz búp sóng theo thời gian rõ Mức tín hiệu với tần số cao xuất khoảng 10 Hz đến 200 Hz Hình 4.5 biểu diễn trục biên độ tần số xuất tín hiệu Mặt khác hình chiếu 4.6 biểu diễn phân bố biên độ theo thời gian mẫu tín hiệu âm hơ hấp Hình chiếu cho thấy biên cao nhât -40 dB với quy chiếu tín hiệu 1V theo tín hiệu thực thu (mV), chu kỳ tín hiệu khơng có thay đổi đáng kể ngồi nhịp sau phép đo, kể từ giây thứ 7.5 trở Trước (từ giây thứ đến giây thứ 7.5) tín hiệu có phần phân bố hỗn loạn số nhiễu ban đầu đặt tai nghe vào thể nhiễu siwj dịch chuyển đầu đo gây Hình 4.4 Biểu diễn Fourier ngắn phổ mẫu âm người khỏe mạnh 61 Hình 4.5 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hơ hấp người khỏe mạnh Hình 4.6 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp người khỏe mạnh Hình 4.7 biểu diễn mẫu spectrogram bệnh nhân viêm phế quản nhẹ Ở mẫu âm thấy tần số cao âm xuất nhiều 62 theo chu kỳ hít thở vào giống âm có chu kỳ người tình nguyện khỏe mạnh Các tần số cao kéo dải đến cỡ kHz so với 800 Hz người bình thường Với tai người, phat khó khăn cơng cụ phân tích spectrogram dễ dàng Bên cạnh đó, khía cạnh so sánh búp sóng cao tần xuất nhiều so với búp sóng tần số cao người khỏe mạnh Những dấu hiệu mở hướng nghiên cứu với bệnh nhân dễ dàng nhiều mà bác sĩ không cần phải lắng nghe phân biệt nhận dạng âm cách khó khăn Cơng cụ spectrogram cấp cách nhìn chiều chiều theo trục thời gian, tần số biên độ tín hiệu Tỷ lệ tín hiệu theo thời gian tần số xuất đặc trưng cần nghiên cứu số lớn bệnh nhân Hình 4.7 Biểu diễn mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ 63 Hình 4.8 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ Hình 4.9 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân viêm phế quản nhẹ 64 Tương tự mẫu âm người tình nguyện khỏe mạnh người bệnh viêm phế quản cấp độ nhẹ Hình 4.10 biểu diễn spectrogram người bị hen Thấy rõ chênh lệch phân bố tần số biên độ tín hiệu spectrogram Bệnh nhân có nhịp thở với tiếng rít lên tới 1.5 kHz có biên độ lớn -30 dB Trong chu kỳ khác, nhứng nhịp thở có biên độ thấp hơn, kHz biên độ cỡ -40 dB Phân bố theo thời gian thấy nhịp chu kỳ không xuất đặn, tương ứng với đồ thị mẫu âm gôm búi lớn búi nhỏ âm Những bệnh nhân hen bệnh nhân có độ hẹp khí quản dị thường thường viêm phổi phế quản mãn tính, niêm mạc họ hồi phục được, đó, lượng qua hệ thống hơ hấp thể thể không đồng đều, phục thuộc vào phản ứng thể Đối với bệnh nhân hen, vùng thắt hệ thống khí quản sưng phồng, luồng khí vào khó khăn, thở gặp trở ngại Do tần số cao xuất thở hít vào có độ chênh cề biên độ rõ rệt Đối với bác sĩ, đặc tính âm rõ rệt phân biệt tai khơng khó khăn Nhưng spectrogram cho thấy Hình 4.10 Biểu diễn mẫu âm bệnh nhân hen 65 Hình 4.11 Hình chiếu Biên Độ- Tín Hiệu mẫu âm hơ hấp mẫu âm bệnh nhân hen Hình 4.12 Hình chiếu Tần số - Thời gian mẫu âm hô hấp mẫu âm bệnh nhân hen 66 Có thể nói số liệu thu thơng quan thí nghiệm kiểm nghiệm với minh họa spectrogram bên cạnh tai nghe nhận dạng đặc trưng âm bác sĩ xác nhận Tai nghe thiết kế dựa cảm biến âm- quang CM-01B thể đầy đủ khác biệt mẫu âm Những khác biệt phân tích teo nhiều chiều để thể phân tích mẫu 67 KẾT LUẬN Luận văn trình bày việc thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu âm từ thể phục vụ chẩn đốn hệ hơ hấp sử dụng cảm biến CM-01B Các mạch lọc mạch khuếch đại tương tự thiết kế để loại bỏ nhiễu đạt tín hiệu có biên độ phù hợp Kit Arduino Uno dùng để thực chuyển đổi tín hiệu tương tự - số Sau tín hiệu lọc lọc thơng dải chương trình Labview, hiển thị dạng sóng đồ thị, nghe trực thời gian lưu trữ dạng file âm thông dụng Kết đạt cho thấy nghe nhịp đập tim áp sát thiết bị vào ngực, tín hiệu hiển thị đồ thị theo thời gian lưu trữ đuôi âm wav Tuy nhiên, âm nghe bao gồm thành phần tạp âm Khi giảm tần số cắt mạch lọc thông dải phần mềm, tạp âm loại bỏ nhiều Để ứng dụng thử nghiệm cho chẩn đốn hệ hơ hấp, luận văn thu thập âm người bình thường người bệnh viêm phế quản dạng nhẹ bệnh hen suyễn Kết phân tích cho thấy ảnh spectrogram cho thấy tín hiệu bệnh lý rõ nhịp thở không có xuất tần số cao Đối với dạng bệnh nhân có chớm bệnh, dấu hiệu nhỏ sớm phát nhờ phân bố phổ đặc trưng âm 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Thiện, Nguyễn Quang Đông, “Giáo trình vật lý – lý sinh y học”, Nhà xuất Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 2011 [2] Damian Sofsian, "An Introduction to Stethoscopes", Ezine Articles, August 2005 [3] http://www.electronics-tutorials.ws/category/filter/, truy nhập cuối ngày 2/5/2017 [4] James Karki, “Analysis of the Sallen-Key Architecture”, Texas Instruments, September 2002 [5] Jim Karki, “Active Low-Pass Filter Design”, Texas Instruments, October 2000 [6] Thomas Kugelstadt, “Active Filter Design Techniques”, Op Amp for Everyone (Ron Mancini.) Texas Instruments Incorporated, 2002, pp 285-348 [7] Robert Boylestad, Louis Nashelsky, “Operational Amplifiers”, Electronic Devices And Circuit Theory Seventh Edition, Prentice Hall, 1972, pp 609-647 [8]http://masteringelectronicsdesign.com/measure-a-bipolar-signal-with-an-arduinoboard/, truy nhập cuối ngày 5/4/2017 69 ... - HÀ NGỌC THU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬP TÍN HIỆU ÂM THANH CƠ THỂ PHỤC VỤ CHẨN ĐỐN HỆ HƠ HẤP Chun ngành: Kỹ thu? ??t Y sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU? ??T KỸ THU? ??T Y SINH NGƢỜI HƢỚNG... ? ?Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập tín hiệu âm thể phục vụ chẩn đốn hệ hơ hấp? ?? trình bày luận văn kết tìm hiểu nghiên cứu tơi Tất liệu kết nêu luận văn hồn tồn trung thực, rõ ràng, chưa cơng... tài Đề tài thực kết nghiên cứu độc lập khơng chép đâu TĨM TẮT ĐỀ TÀI Luận văn trình bày thiết kế hệ thống thu nhập tín hiệu âm thể phục vụ chẩn đốn hệ hơ hấp Với mục đích tạo thiết bị đơn giản,