NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG DÙNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Y SINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o - LÊ MINH ĐÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG DÙNG SIÊU ÂM Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GS TS NGUYỄN ĐỨC THUẬN Hà Nội – 2/2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Lê Minh Đông Đề tài luận văn: Nghiên cứu thiết bị đo thông số huyết động dùng siêu âm Chuyên ngành: Kỹ thuật Y sinh Mã số SV: CB140284 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 3/3/2016 với nội dung sau: Hội đồng không yêu cầu tác giả chỉnh sửa Ngày 07 tháng 03 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn GS TS Nguyễn Đức Thuận Tác giả luận văn Lê Minh Đông CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Thái Hà LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu của riêng Tất cả dữ liệu, kết quả luận văn trung thực chưa từng được công bố bất kì công trình khác Tác giả Lê Minh Đông LỜI CẢM ƠN Hồn thành ḷn văn này, tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới GS.TS Nguyễn Đức Thuận, người đã tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực hiện luận văn Tôi cũng xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới các Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Điện tử Kỹ thuật Y sinh, Trung tâm Điện tử y sinh các Thầy Cô Viện Điện tử - Viễn thông đã giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu, thực hiện luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Anh Phan Thành Đô, quản lý công ty TNHH thiết bị y tế Điện Dương đã tạo điều kiện thuận lợi để thực hiện luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu tốt Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Lê Minh Đông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN .3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .9 PHẦN MỞ ĐẦU .12 CHƯƠNG TIM VÀ THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG 14 1.1 Tim hệ tuần hoàn 14 1.2 Huyết động 20 1.2.1 Huyết áp (BP) 21 1.2.2 Cung lượng tim (CO) sức cản mạch hệ thống (SVR) 21 1.2.3 Tiền gánh thể tích nhát bóp 22 1.2.4 Tiền gánh - Sức bóp tim - Hậu gánh 23 1.2.5 Tổng lượng ô-xy cung cấp - DO2 24 1.2.6 Sơ đồ quan hệ các thông số huyết động 25 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG 26 2.1 Các phương pháp đo can thiệp 26 2.1.1 Phương pháp Fick .26 2.1.2 Phương pháp pha loãng chất chỉ thị 28 2.1.3 Phương pháp pha loãng nhiệt 30 2.1.4 Phương pháp PiCCO 31 2.2 Các phương pháp đo không can thiệp 33 2.2.1 Phương pháp cộng hưởng từ 33 2.2.2 Phương pháp Tim đồ trở kháng ngực (ICG) 34 2.2.3 Phương pháp siêu âm Doppler 36 CHƯƠNG ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG SIÊU ÂM DOPPLER 39 3.1 Cơ sở lý thuyết siêu âm 39 3.1.1 Nguyên lý siêu âm tổng quan 39 3.1.1.1 Một sớ tính chất vật lý của siêu âm 39 3.1.1.2 Q trình lan truyền sóng âm thể 41 3.1.2.1 Đầu dò siêu âm 44 3.1.2.2 Bộ phận xử lý tín hiệu thông tin .46 3.1.2.3 Các kiểu siêu âm 47 3.2 Theo dõi huyết động siêu âm Doppler 49 3.2.1 Nguyên lý theo dõi huyết động siêu âm Doppler .49 3.2.2 Sơ đồ khối tổng quan thiết bị 54 3.2.3 Kỹ thuật đo .55 CHƯƠNG THIẾT BỊ ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG KHÔNG XẤM LẤN DỰA TRÊN NGUYỀN LÝ SIÊU ÂM DOPPLER (USCOM) 59 4.1 Thiết bị USCOM .59 4.2 Ứng dụng thiết bị USCOM .65 4.2.1 Các trường hợp lâm sàng điển hình ứng dụng USCOM ÚC .65 4.2.2 Ứng dụng thiết bị USCOM bệnh viện Việt Đức 68 4.2.3 Ứng dụng thiết bị USCOM bệnh viện Nhi Trung Ương .70 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 5.1 Kết Luận 77 5.2 Hướng phát triển .78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ 81 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ AV Aortic Valve PV Pulmonary Valve TV Tricuspid Valve MV Mitral Valve BP Blood Pressure CO Cardiac Output Monitoring SVR Systemic Vascular Resistance SV Stroke Volume HR Heart Rate 10 LVEDV Left Ventricle End Diasole Volume 11 Vpk Peak Velocity of Ventricular Ejection 12 DO2 Oxygen Delivery 13 Sao2 Oxygen Saturation of Arterial Blood 14 Spo2 Peripheral Capillary Oxygen Saturation 15 Dpo2 Peripheral Capillary Oxygen Delivery 16 Dpo2I Peripheral Capillary Oxygen Delivery Index 17 PiCCO Pulse Contour Cardiac Output 18 VEPC Velocity Encoded Phase Contrast 19 ICG Impedance Cardiography 20 RCSA Right Cross Sectional Area 21 LCSA Left Cross Sectional Area 22 FT Flow Time 23 vti Velocity Time Integral 24 CI Cardiac Index 25 BSA Body Surface Area 26 SVI Stroke Volume Index 27 USCOM Utrasonic Cardiac Output Monitoring 28 SVV Stroke Volume Variation 29 SVRI Systemic Vascular Resistance Index 30 ET % Ejection Time 31 FTc Flow Time Correct 32 INO Inotropic Index 33 MD Minute Distance 34 CPO Cardiac Power 35 PKN Potential & Kinetic Energy Ratio 36 SW Stroke Work 38 SVS Stroke Volume Saturation 39 Pmn Mean Pressure Gradient Across The Valve 40 GEDI Global End Diastolic Index 41 MAP Mean Arterial Pressure 42 APsys Arterial Pressure Systolic 43 APdia Arterial Pressure Diastolic 44 MPAP Mean Pulmonary Arterial Pressure 45 GEF Global Ejection Fraction 46 CPI Cardiac Power Index 47 PVPI Pulmonary Vascular Permeability Index 48 ELWL Extra Vascular Lung Water Index 49 Scv02 Central Venous Oxygen Saturation 50 V02 Volume of Oxygen DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Vị trí tim lồng ngực 14 Hình 1.2 Vị trí van tim 15 Hình 1.3 Hệ t̀n hồn 16 Hình 1.4 Kỳ tâm trương, kỳ tâm thu 17 Hình 1.5 Chu kỳ tim .17 Hình 1.6 Dòng chảy phân lớp 18 Hình 1.7 Dịng chảy qua van .18 Hình 1.8 Dịng chảy phân lớp qua đoạn mạch cong 19 Hình 1.9 Dịng rới qua van hẹp 19 Hình 1.10 Định ḷt ơm với hệ t̀n hồn 20 Hình 1.11 Đặc tuyến Frank - Starling .22 Hình 1.12 Sơ đồ quan hệ thông số huyết động 25 Hình 2.1 Các phương pháp theo dõi huyết động .26 Hình 2.2 Phương pháp Fick 27 Hình 2.3 Phương pháp pha loãng chất chỉ thị 29 Hình 2.4 Phương pháp pha loãng nhiệt .31 Hình 2.5 Phương pháp PiCCO 32 Hình 2.6 Đồ thị huyết áp động mạch theo dõi 32 Hình 2.7 Các thông số huyết động PiCCO 33 Hình 2.8 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực ICG 35 Hình 2.9 Đường cong thay đổi trở kháng tốc độ thay đổi trở kháng ngực .35 Hình 2.10: Đo tớc độ dịng máu dựa ngun lý siêu âm Doppler .37 Hình 2.11 Van động mạch chủ van độn .37 Hình 3.1 Sơ đồ minh họa thông số chu kỳ( cycle) bước song (wave length), tần số siêu âm 41 Hình 3.2 Chùm tia siêu âm qua môi trường trở kháng khác 44 Hình 3.3 Đo tốc độ dòng máu dựa nguyên lý siêu âm Doppler .50 Hình 3.4 Van động mạch chủ, van động phổi 51 Hình 3.5 Đường kính van tỷ lệ với chiều cao 51 Hình 3.6 Dữ liệu Doppler thu được 52 Hình 3.7 Tính cung lượng tim thể tích thể tích nhát bóp 53 Hình 3.8 Sơ đồ khối thiết bị đo huyết động siêu âm Doppler 54 Hình 3.9 Hương chùm siêu âm qua van động mạch chủ (trái), van động mạch phổi (phải) 55 Hình 3.10 Xoay dị vị trí van động mạch chủ (trái), van động mạch phổi (phải) .55 Hình 3.11 Chùm siêu âm bị phản xạ qua mơi trường khí 56 Hình 3.12 Các hướng khác của đầu dò, giá trị vận tớc thu được khác 57 Hình 3.13 Dữ liệu thu được ở các hướng khác 57 Hình 3.14 Dạng tín hiệu cần thu .58 Hình 4.1 Theo dõi huyết động không xâm 1ấn USCOM 59 Hình 4.2 Thiết bị USCOM 60 Hình 4.3 Đồ thị xu hướng thay đổi thông số huyết động theo thời gian 63 Hình 4.4 So sánh USCOM Flow probe 63 Hình 4.5 Thơng sớ kỹ tḥt USCOM 64 Hình 4.6 Kết quả USCOM trước điều trị bệnh nhân 1a 65 Hình 4.7 Dải thơng sớ huyết động bình thường Úc .66 Hình 4.8 Xu hướng thay đổi huyết động bệnh nhân 1a 66 Hình 4.9 Chiều hướng tác động của thuốc với thông sớ hút động 67 Hình 4.10 Kết quả theo dõi huyết động bệnh nhân 1b 68 Hình 4.11 Kết quả so sánh giá trị thông sô huyết động USCOM PiCCO 69 Hình 4.12 Kết quả đới chiếu USCOM giữa hai người đo 70 Hình 4.13 Kết quả đo bệnh nhân A sau dùng noradrenaline 71 Hình 4.14 Kết quả đo bệnh nhân A sau truyền dịch 72 Hình 4.15 Kết quả đo bệnh nhân HA chưa dùng dopamine, noradrenaline 73 Hình 4.16 Kết quả đo bệnh nhân HA sau dùng dopamine,noradrenaline 74 Hình 4.17 Kết quả đo Bác sỹ T 75 10 Hình 4.18 Kết quả đo Bác sỹ D .75 Hình 4.19 Kết quả đo Bác sỹ H .76 11 PHẦN MỞ ĐẦU Theo dõi các thông số huyết động rất cần thiết đối với các Bác Sỹ để chẩn đoán điều trị các bệnh lý dẫn đến mất cân tưới máu cung cấp oxy cho các tế bào Những thông số phản ánh lượng máu lưu thông hệ tuần hoàn, sức cản của hệ mạch với quá trình máu vận chuyển hay khả co bóp của tim, nguồn tư liệu hữu ích để các Bác Sỹ đánh giá tình trạng tim mạch tình trạng hệ thớng t̀n hồn Trên thế giới hiện có nhiều phương pháp đo thông số huyết động được thực hiện Trong nhóm các phương pháp can thiệp gồm phương pháp: Fick, pha loãng chất chỉ thị màu, pha loãng nhiệt, PiCCO; nhóm các phương pháp khơng can thiệp được sử dụng hiện phương pháp cộng hưởng từ, tim đồ trở kháng ngực siêu âm Doppler.Trong đó, chẩn đoán điều trị tim Việt Nam còn gặp nhiều hạn chế giá cả đắt đỏ, thiếu trang thiết bị, bệnh nhân quá tải Xét thấy phương pháp đo thông số huyết động dùng siêu âm Doppler phương pháp mới, an toàn, hoàn toàn không xâm lấn, dễ thực hiện, chi phí cho lần thực hiện thấp Hơn 10 năm đưa thị trường đã có 200 cơng bớ khoa học dựa thực tiễn lâm sàng chứng minh tính hiệu quả của phương pháp việc cung cấp thông tin huyết động tới các Bác Sỹ Điều cho thấy, việc nghiên cứu thiết bị đo thông số huyết động siêu âm thiết thực với tình hình ở Việt Nam cũng xu hướng phát triển của thế giới Trong nội dung của luận văn, tác giả đã nghiên cứu các thông số huyết động chính, quan hệ giữa các thông số huyết động; các phương pháp đo thông số huyết động; nguyên lý, kỹ thuật đo, vận hành ứng dụng thiết bị theo dõi huyết động siêu âm Doppler thế giới Việt Nam Luận văn gồm các nội dung chính sau:  CHƯƠNG 1: TIM VÀ THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG Trình bày tổng quan tim, hệ t̀n hồn các thơng số huyết động cũng quan hệ giữa các thông số huyết động  CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG 12 Trình bày tổng quan ưu nhược các phương pháp theo dõi huyết động theo hai nhóm phương pháp can thiệp phương pháp khơng can thiệp  CHƯƠNG 3: ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG SIÊU ÂM DOPPLER Trình bày lý thuyết siêu âm, nguyên lý, kỹ thuật đo thông huyết động siêu âm Doppler  CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ ĐO THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG KHÔNG XÂM LẤN DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM DOPPLER (USCOM) Trình bày tính ứng dụng của thiết bị USCOM theo dõi điều trị  CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận các kết quả đạt được đề tài đưa hướng nghiên cứu tiếp theo Kết quả chính mà luận văn đạt được: - Một những nghiên cứu đầu tiên Việt Nam đo lường thông số huyết động siêu âm Doppler được trình bày cách toàn diện luận văn kỹ thuật - Đã tìm hiểu được nguyên lý, kỹ thuật đo tính của thiết bị mới theo dõi huyết động thế giới - Tìm hiểu ứng dụng của thiết bị những trường hợp lâm sàng điển hình Thực hành lấy tín hiệu tìm hiểu nhận định tính chính xác của thiết bị những bệnh viên đầu tiên thử nghiệm thiết bị mới đo lường thông số huyết động 13 CHƯƠNG TIM VÀ THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG 1.1 Tim và hệ tuần hoàn Tim phận quan trọng hệ tuần hoàn với chức bơm đặn để đẩy máu theo động mạch đem dưỡng khí các chất dinh dưỡng đến toàn thể, đồng thời loại bỏ các chất thải quá trình trao đổi chất Tim hút máu từ tĩnh mạch sau đẩy máu đến phổi để trao đổi khí CO2 lấy khí O2 [9] Trái tim nằm ở khoang giữa trung thất ngực, nghiêng góc, đỉnh tim hướng phía bên trái thể Khoảng 2/3 quả tim nằm phía bên trái, 1/3 còn lại nằm phía bên phải Quả tim bình thường có kích thước nắm tay siết chặt (hình 1.1) Hình 1.1 Vị trí tim lồng ngực Trong thể người tim được chia thành bốn phần: tâm nhĩ trái tâm nhĩ phải ở nửa trên; tâm thất trái tâm thất phải ở nửa dưới Thường tâm nhĩ phải tâm thất phải được gộp vào gọi nửa bên phải phần được gọi nửa bên trái của tim Tim được bao bọc túi bảo vệ, gọi màng ngồi tim có chứa lượng nhỏ chất bơi trơn Tim được cấu tạo thành ba lớp: thượng tâm vị; tim; màng của tim Trái tim người trung bình đập 72 lần phút, đập khoảng 2,5 tỷ lần thời gian trung bình 66 năm tuổi thọ Nó nặng khoảng 250300 gram ở nữ giới 300 đến 350 gram ở nam giới [10] 14 Máu chảy qua tim theo chiều van tim ngăn máu chảy ngược Có hai van nhĩ thất - van nối tâm nhĩ tâm thất van lá (TV) van lá (AV) Có hai van nối tâm thất với động mạch: van động mạch chủ (AV) van động mạch phổi (PV) Hai van nằm đới diện lệch góc 60 độ (hình 1.2) Hình 1.2 Vị trí van tim Hệ thống tim mạch hệ kín gồm hai vòng t̀n hồn Tim phải tớng máu đến phổi còn tim trái tống máu nuôi thể Lưu lượng máu điểm vòng tuần hoàn ( trừ trường hợp có dòng chảy ngược shunt) Máu có nồng độ oxy thấp vào tâm nhĩ phải từ tĩnh mạch chủ dưới đến nhĩ phải.Van ba mở máu nghèo oxy được đổ tâm thất phải.Van ba lá đóng tạo áp lực lên tâm thất phải, áp lực khiến van động mạch phổi mở đẩy máu động mạch phổi Từ máu được bơm vào hệ tuần hồn phổi, máu nhận được oxy thải carbon dioxide Máu được tăng cường oxy trở tâm nhĩ trái, van hai lá mở máu được đổ vào tâm thất trái Khi van hai lá đóng tạo áp lực lên tâm thất trái làm mở van động mạch chủ Máu được đẩy lên động mạch chủ nuôi thể nơi oxy được sử dụng chuyển hóa thành carbon dioxide Ngồi 15 máu mang dưỡng chất từ gan hệ tiêu hóa đến các quan khác của thể, đồng thời vận chuyển chất thải đến gan thận Tĩnh mạch vận chuyển máu đến tim, động mạch đẩy máu khỏi tim Tĩnh mạch thường có áp lực thấp so với động mạch (hình 1.3) Hình 1.3 Hệ tuần hoàn Kỳ tâm thu, tâm thất co đẩy máu van động mạch chủ van động mạch phổi với vận tốc cao Kỳ tâm trương sau van động mạch chủ động mạch phổi đóng,van hai lá ba lá mở để máu đổ tâm thất Ba pha của tâm trương gồm máu đổ tâm thất, tim dãn tâm nhĩ co (hình 1.4 -1.5) [1] 16 Hình 1.4 Kỳ tâm trương, kỳ tâm thu Hình 1.5 Chu kỳ tim Tiếng tim ‘Lub – dub’ loại âm nghe được từ ống nghe ‘Lub’ âm cuối tâm trương van lá van lá đóng ‘Dub’ âm ći tâm thu van động mạch chủ van động mạch phổi đóng Các âm có sự khác biệt nhỏ đới với âm khác mà Doppler thu được Bản ghi Doppler chuyển động của dòng máu thường có tiếng nhẹ ‘whooshing’ ‘Clicky’ âm van đóng mở 17 Máu chảy qua tim, van động mạch dòng phân lớp dòng rới Bình thường máu chảy theo dòng phân lớp Các tế bào hồng cầu di chuyển với vận tốc tương đương Khi trái tim khỏe mạnh máu từ tâm thất trái qua van hệ mạch thường dòng phân lớp Xem hình dưới ta thấy chuyển động của các tế bào máu có dạng đồ thị parabol Khi máu lưu thơng qua động mạch hay tĩnh mạch: thành mạch gây ma sát cản trở chuyển động của các tế bào gần thành mạch khiến tốc độ của các tế bào nhỏ các tế bào ở giữa (hình 1.6) Vận tốc lớn ở vị trí máu từ tâm thất đổ van động mạch chủ, van động mạch phổi Tưởng tượng nước chảy vòi nước dòng phân lớp Khi chảy qua tiết diện nhỏ thì vận tốc lớn ngược lại (hình 1.7) [1] Hình 1.6 Dịng chảy phân lớp Hình 1.7 Dịng chảy qua van 18 Khi máu chảy qua sườn lên, đoạn vòng cung sườn x́ng của động mạch, ta thấy được sự thay đổi của dòng phân lớp Khi máu lưu thông trong đoạn lên của động mạch thì vận tốc của các phân tử trở nên bất đối xứng, gần thành mạch phía vận tốc lớn, xa vận tốc nhỏ Đối với đoạn xuống của động mạch thì ngược lại gần thành mạch phía ngồi có phân tử có vận tớc lớn (hình 1.8) Hình 1.8 Dịng chảy phân lớp qua đoạn mạch cong Dòng rối thường xảy hẹp van, dòng chảy ngược cũng loại dòng rối Trong giai đoạn tâm thu máu được đẩy qua van bị hẹp dẫn đến vận tốc lớn gây xoáy dòng.Trường hợp hẹp van vận tốc đỉnh tăng vọt âm lớn (hình 1.9) Hình 1.9 Dịng rối qua van hẹp 19