Nghiên cứu máy đo lưu huyết tuần hoàn dựa trên cơ sở phương pháp rheography

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐOÀN KHÁNH TRỌNG NGHIÊN CỨU MÁY ĐO LƯU HUYẾT TUẦN HOÀN DỰA TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐOÀN KHÁNH TRỌNG NGHIÊN CỨU MÁY ĐO LƯU HUYẾT TUẦN HOÀN DỰA TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY Chuyên ngành: KỸ THUẬT Y SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN ĐỨC THUẬN Hà Nội - 2017 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADC : Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số EEG : Điện não đồ ECG : Điện tâm đồ PCG : Tâm âm ký PIC : Bộ vi điều khiển PIC WHO : Tổ chức Y tế giới DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng thông số huyết động ……………………………………….……35 Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật máy VasoScreen 5000…………………….……62 Bảng 4.2: Thông tin bệnh nhân đo chế độ Monitoring Mode ………………………68 Bảng 4.3: Tổng hợp số liệu đo số bệnh nhân …………………………………88 Bảng 4.4: Thông tin bệnh nhân đo chế độ Diagnostic Mode ……………………….….89 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình đặt điên cực WG Kubicek ………………………………………….5 Hình 1.2: Đồ thị thu WG Kubicek ……………………………………………… Hình 1.3: Mơ hình đặt điện cực B Bo Sramek …………………………………………7 Hình 1.4: Mơ hình đặt điện cực MI Tischenko …………………………………………7 Hình 1.5: Máy đo lưu huyết kênh ………………………………………………………….11 Hình1.6 : Thiết bị đo lưu huyết tuần hồn hai kênh đại ……………………………11 Hình 1.7: Mơ hình đơn giản thiết bị đo lưu huyết tuần hồn ……………………… 13 Hình 2.1: Mơ hình trở kháng ngực W.Kubicek ……………………………………… 15 Hình 2.2 : Mơ hình hình trụ đơn giản ngực trung bình bao gồm ngăn máu mô để xác định trở kháng thân thực ……………………………………………………… 17 Hình 2.3: Xác định thay đổi trở kháng tương ứng với thể tích tâm thu ……………19 Hình 2.4 : Mơ hình mơ tế bào Maxwell-Wagner …………………………………… 23 Hình 2.5 : Sơ đồ cầu Wheatstone ……………………………………………………………25 Hình 2.6 : Đo trở kháng hai điện cực với nguồn dịng ……………………………27 Hình 2.7 : Phương pháp đo trở kháng sử dụng nguồn dòng với điện cực ……….…29 Hình 2.8: Đồ thị trở kháng điển hình …………………………………………………….…30 Hình 2.9 : Rheograph bình thường ……………………………………………………….…31 Hình 2.10 : Sóng Rheograph ECG tương ứng …………………………………………31 GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 2.11: Các chu kỳ đồ thị trở kháng bệnh lý ……………………………34 Hình 3.1: Mơ hình tổng qt thiết bị đo lưu huyết tuần hồn……………………………40 Hình 3.2 : Sơ đồ tổng quan phương pháp đo trở kháng sử dụng nguồn dịng cố định 42 Hình 3.3 : Sơ đồ khối mạch thu tín hiệu trở kháng ……………………………………… 43 Hình 3.4 : Sơ đồ mạch bảo vệ đầu vào kết hợp mạch lọc thông thấp cực…………43 Hình 3.5 : Mạch lọc thơng cao cực ……………………………………………………… 44 Hình 3.6 : Dạng khối lý tưởng đáp tuyến biên độ lọc thơng cao…………… …….44 Hình 3.7 : Dạng khối thực tế đáp tuyến biên độ lọc thơng cao………………………… 45 Hình 3.8 : Sơ đồ mạch ứng dụng AD620 ………………………………………………… 45 Hình 3.9 : Mạch vi sai chỉnh Offset……………………………………………… 46 Hình 3.10 : Mạch chỉnh Offset ………………………………………………………………46 Hình 3.11 : Mạch lọc thơng thấp cực…………………………………………………… 47 Hình 3.12 : Dạng lý tưởng đáp tuyến biên độ lọc thơng thấp …………………… 47 Hình 3.13 : Đáp tuyến biên độ lọc thông thấp thực tế ……………………………….48 Hình 3.14 : Mạch khuếch đại đảo……………………………………………………………48 Hình 3.15 : Đáp tuyến biên độ lý tưởng mạch lọc triệt dải …………………………49 Hình 3.16 : Đáp tuyến biên độ mạch lọc triệt dải thực tế …………… 49 Hình 3.17: Sơ đồ cầu T-kép ………………………………………………………………….50 Hình 3.18 : Mạch lọc triệt dải dùng cầu T-kép ……………………………………………50 Hình 3.21: Khoảng cách tối thiểu điện cực cấp điện áp………………………………59 Hình 4.1: Đo lưu huyết não cho bệnh nhân……………………………………………… 63 GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………… CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ……………………………………………4 1.1 Tổng quan phương pháp Rheography 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu phương pháp Rheography 1.1.2 Ứng dụng phương pháp Rheography 1.2 Tổng quan thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn 10 1.2.1 Giới thiệu tổng quát thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn 10 1.2.2 Ứng dụng thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn 13 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY… …15 2.1 Cơ sở sinh lý phương pháp RHEOGRAPHY 15 2.2 Mơ hình đo trở kháng thể 15 2.2.1 Mơ hình đo trở kháng Kubicek 15 2.2.2 Mơ hình đo trở kháng Swanson 20 2.3 Những nguyên lý phương pháp ghi Rheography 21 2.3.1 Đo trở kháng hai điện cực 25 2.3.2 Đo trở kháng bốn điện cực 28 2.4 Đặc điểm sóng Rheograph 29 2.5 Các phương pháp phân tích đường cong Rheography 33 2.5.1 Đánh giá trực quan hình dạng sóng 33 2.5.2 Tính tốn thơng số dựa biên độ thời gian sóng 35 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MÁY ĐO LƯU HUYẾT TUẦN HOÀN DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY…………………………………… 40 3.1 Giới thiệu thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn đại 40 Khối phát xung 41 Nguồn dòng 42 Mạch thu tín hiệu trở kháng 43 3.2 Một số thiết kế thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn đại 51 3.2.1 Thiết kế Khoa sinh lý học ứng dụng, Trung tâm nghiên cứu y tế, Viện Khoa học Ba Lan : thiết bị đo lưu huyết Rheomonitor 51 3.2.2 Thiết kế nhà khoa học thuộc trường đại học kỹ thuật Warsaw, Ba Lan: thiết kế cải tiến thiết bị Rheomonitor 55 3.2.3 Thiết kế viện khoa học công nghệ quân sự: thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn hai kênh 56 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật chung 58 GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3.2.1 Yêu cầu thời gian phản ứng thiết bị 58 3.2.2 Độ nhạy yêu cầu thiết bị 58 3.2.3 Yêu cầu an toàn y tế 58 3.2.4 Yêu cầu điện cực 58 3.2.5 Yêu cầu bệnh nhân 60 CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT MÁY ĐO LƯU HUYẾT NÃO MODEL VASOSCREEN 5000 TẠI BỆNH VIỆN TWQĐ 108……………………………………………… 61 4.1 Chức thông số máy 61 4.2 Các bước tiến hành đo bệnh nhân 64 4.3 Kết khảo sát bệnh nhân 69 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………… … 90 GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Hà nội, ngày tháng 03 năm 2017 Học viên thực Đoàn Khánh Trọng GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần ngành Thiết bị y tế ngành phát triển có bước tiến mạnh mẽ Nó đóng vai trị quan trọng công tác hỗ trợ khám điều trị bệnh nhân bệnh viện, đặc biệt cơng tác chẩn đốn Cận lâm sàng Hiện có mặt thiết bị y tế ngành y tế cần thiết thiếu để giúp cung cấp thơng tin số liệu, hình ảnh cho việc chẩn đoán điều trị bác sỹ cách nhanh đơn giản mà không cần đến biện pháp can thiệp xâm lấn Đặc biệt tình hình nay, đời sống vật chất người nâng cao, tình hình chất lượng an tồn thực phầm khơng kiểm sốt kèm theo gia tăng nguy gây đột qụy, bệnh tim mạch cho người gây tử vong lúc Vì việc khám chuẩn đoán kịp thời giúp ngăn chặn hậu đáng buồn Theo thống kê tổ chức y tế giới WHO vào năm 2005 có khoảng 17,5 triệu trường hợp chết bệnh tim mạch, theo tổ chức THA giây lại có người chết tim mạch Con số ngày tăng cao người ta ước tính trung bình năm có 30% số người tử vong bệnh lý tim mạch Ở Mỹ có khảng 950.000 người tử vong năm cịn Việt Nam có khoảng triệu người đến bệnh viện với triệu chứng đau vùng ngực khó thở biểu lâm sàng bệnh tim mạch Như vậy, thực tế địi hỏi phải có phương pháp giúp chẩn đốn xác, hiệu quả, nhanh chóng để xác định nguyên nhân bệnh, từ có phương án can thiệp kịp thời để giảm nguy gây tử vong Việc chẩn đoán điều trị bệnh liên quan tới hệ tuần hồn khơng thể thiếu đánh giá xác thơng số huyết động bệnh nhân Để thăm dò đánh giá chức huyết động người bệnh, người ta sử dụng hai phương pháp trực tiếp (Invasive) gián tiếp (Noninvasive) Phương pháp thứ sử dụng ống xông đưa thẳng vào tim mạch máu để thăm dò, phương pháp phức tạp nguy hiểm cho bệnh nhân GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phương pháp thứ hai cịn gọi phương pháp khơng xâm lấn, có siêu âm Doppler Rheography Qua ứng dụng thực nghiệm nhiều năm, người ta đưa số độ xác mà Rheography đạt so với phương pháp trực tiếp 85% đến 98% Đó số cao, phương pháp lại không gây nguy hiểm cho bệnh nhân Nhận thấy vai trò quan trọng cấp thiết tình hình việc chẩn đốn điều trị bệnh tim mạch, với nhiều lợi ích vơ to lớn phương pháp Rheography mang lại (mà ngày có chụp cắt lớp trở kháng) nên chọn đề tài: Nghiên cứu máy đo lưu huyết tuần hoàn dựa sở phương pháp Rheogaphy với tiêu chí tìm hiểu nguồn gốc lịch sử phát triển, nghiên cứu chất, nguyên lý hoạt động khảo sát thực tế thiết bị bệnh nhân cụ thể để từ có nhìn tổng quát hiểu rõ thiết bị Nội dung đề tài gồm bốn chương cụ thể sau:  Chƣơng I: Giới thiệu tổng quan  Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp Rheography  Chƣơng III: Nghiên cứu số máy đo lƣu huyết tuần hoàn dựa phƣơng pháp Rheography  Chƣơng IV: Khảo sát máy đo lƣu huyết não VASOSCREEN 5000 Bệnh viện TWQĐ 108 Do thời gian xây dựng luận văn có hạn với hạn chế mặt kiến thức, điều kiện nghiên cứu thiết bị nên khó tránh khỏi thiếu sót hạn chế nội dung Do em mong ủng hộ giúp đỡ quý thầy cô việc định hướng hoàn thiện luận văn đầy đủ xác Tơi xin gửi lời cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Đức Thuận hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phƣơng pháp Rheography 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu phương pháp Rheography Rheography phép đo ghi lại biến đổi trở kháng mô sống, quan tổ chức phận thể cho dòng điện xoay chiều tần số cao,cường độ yếu chạy qua, từ tính tốn thơng số huyết động để đánh giá chức tim mạch bệnh nhân Phép ghi trở kháng thực cách cấp dòng điện xoay chiều tần số 20-150kHz, cường độ 0,5-5mA vào hai điện cực gắn thể người ghi lại tín hiệu trở kháng hai điện cực lại (bao gồm hai thành phần: thành phần thực (15–30 Ω) thành phần ảo (không đáng kể)) Dao động trở kháng vùng nghiên cứu xảy đồng thời với chu chuyển tim, mà nguồn gốc thay đổi thể tích máu tổ chức nghiên cứu (impedance plethysmogram) Đối với tổ chức thể, thời điểm ghi điện trở thay đổi phụ thuộc vào thay đổi lượng máu tuần hồn qua (vì yếu tố khác định) Vì vậy, theo dõi thay đổi điện trở quan tổ chức giúp ta đánh giá trạng thái tuần hoàn quan tổ chức Khởi đầu việc ứng dụng phương pháp đo trở kháng vào việc quan sát tượng sinh lý vào nửa sau năm 1930 Đức Sau ý tưởng lan sang Áo, Nga, Mỹ…Các mơ hình nguồn gốc trở kháng đề xuất Jan Nyboer (Nyboer et al 1950) Ông thu cơng thức để tính thể tích máu tăng từ lượng giảm tương ứng trở kháng cho trường hợp vùng hình trụ thể sau: SV= Trong :  L2 Z2 Z (1.1 ) SV : Thể tích tâm thu (ml) ΔZ : thay đổi trở kháng [Ω/m³] ρ : điện trở suất hay trở kháng riêng máu GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 98 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 99 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 100 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 101 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 102 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 103 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 104 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 105 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 106 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 107 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 108 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 109 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nhận xét: Do điều kiện tình trạng bệnh nhân đông, kết cần chuyển gấp phịng khám ban đầu để phục vụ cơng tác khám chữa bệnh Bệnh viện kịp thời Nên có số kết bệnh nhân chưa kịp lấy kết luận bác sỹ đọc Nhưng qua số liệu ghi kết so với giới hạn bình thường ta thấy phần điều bất thường giúp cho cơng tác chẩn đốn cận lâm sàng xác: Q trình đo bệnh nhân thực đo lần, lần đo gọi đạo trình Đạo trình đo vị trí Trán – chũm, điện cực gắn vị trí nhân viên theo dõi hình Bệnh nhân yêu cầu nhắm mắt giữ nguyên tư khơng đảo Tại đạo trình cho ta thơng số để chẩn đốn chức hệ động mạch cảnh Đạo trình đo vị trí Chũm – Chẩm sau nhân viên gắn lại vị trí điện cực tiến hành đo đạo trình 1.theo dõi thu tín ổn định hình lưu lại in kết Đạo trình cho ta thơng số để chẩn đoán chức hệ đốt sống Qua kết đo lưu huyết não bệnh nhân ta thấy thiết bị đo lưu huyết não nói riêng đo lưu huyết tuần hồn nói chung cho ta kết có tính xác cao, nhanh chóng, dễ dàng thực Nó có mang vai trị quan trọng cơng tác khám chuẩn đốn cận lâm sàng cách xác bệnh tim mạch, triệu chứng thiểu tuần hoàn não, tăng trương lực, giảm lưu lượng máu… để giúp bác sỹ đưa phương pháp điều trị kịp thời phù hợp GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 110 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN CHUNG Như yêu cầu mục đích đề tài, nội dung luận văn đưa nhìn tổng quan thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn, nguyên lý đo dựa phương pháp Rheography từ sâu vào nghiên cứu phân tích sở vật lý sinh lý, công thức tính tốn số huyết động phương pháp Rheography tảng máy đo lưu huyết tuần hồn Đồng thời trình bày phương pháp đo trở kháng thể hình dạng sóng từ phép đo để phân tích chi tiết bất thường q trình tuần hồn máu Trên sở đó, tơi đưa ngun lý, sơ đồ khối tổng quát thiết bị giúp phần hiểu rõ thiết bị để thuận tiện việc sử dụng, sửa chữa, bảo trì, đưa giải pháp cải tiến kỹ thuật xây dựng khái quát máy đo lưu huyết tuần hoàn dựa nguyên lý chung để củng cố chức năng, độ xác thiết bị cần thiết Bên cạnh tơi đưa thông tin khảo sát thực tế thiết bị sử dụng bệnh viện 108 phần nói lên cần thiết thiết bị cơng tác chuẩn đốn bác sỹ Đây phương pháp đo cho ta độ xác cao an toàn, đơn giản so với cách đo xâm lấn khác, thiết bị đo sử dụng phương pháp cần thiết cho công việc khám chữa bệnh sở kỹ thuật cần nghiên cứu phát triển thời gian tới để giúp giải yêu cầu độ xác, nhanh, kịp thời cơng tác điều trị chẩn đốn bệnh tim mạch GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đoàn Khánh Trọng – CB140274 111 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Đăng Nguyên, Lưu huyết não, Bộ mơn chẩn đốn chức năng, Học viện Qn Y, Hà Nội 2008 Nguyễn Duy Thái, Nguyễn Thế Kháng, Bùi Thị Thanh Tâm, Huỳnh Lương Nghĩa, Bài báo : Cơ sở giải pháp kỹ thuật nghiên cứu thiết kế thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn sử dụng phương pháp Rheograph Tài liệu lâm sàng máy lưu huyết Rheoscreen, Bệnh viện TW Quân đội 108 Kuo-Sheng Cheng, Senior Member, IEEE, Cheng-Yu Chen, Min-Wei Huang, and Chien-Hung Chen, A Multi-Frequency Current Source For Bioimpedance Application Abdullah Azher Al-Obaidi and Mahmoud Meribout, A new enhanced howland voltage controlled current source circuit for EIT applications Các Website mạng :  http//:www.cdic.com  http//:www.impedancecardiography.com  http//:www.cardiobeat.com  http//:www zen22142.zen.co.uk / Circuit Exchange International / Function Generator … Diagnostic Support Manual Rheoscreen Đồ án tốt nghiệp khóa GVHD: GS.TS Nguyễn Đức Thuận HV:Đồn Khánh Trọng – CB140274 112 ... thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn 10 1.2.2 Ứng dụng thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn 13 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY? ?? …15 2.1 Cơ sở sinh lý phương pháp RHEOGRAPHY. .. thơng số dựa biên độ thời gian sóng 35 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MÁY ĐO LƯU HUYẾT TUẦN HOÀN DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP RHEOGRAPHY? ??………………………………… 40 3.1 Giới thiệu thiết bị đo lưu huyết tuần hoàn. .. quan  Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp Rheography  Chƣơng III: Nghiên cứu số máy đo lƣu huyết tuần hoàn dựa phƣơng pháp Rheography  Chƣơng IV: Khảo sát máy đo lƣu huyết não VASOSCREEN