2. 2 Phép đo nhịp tim(HR)
3.3.Tín hiệu nhịp thở và nhịp thở RESP
Tín hiệu nhịp thở được lấy từ việc xác định CO2, tín hiệu được lấy từ bất kỳ đầu từ một đầu dò được đem khuếch đại và trong khoảng thời gian này thực hiện đo giữa hai xung kế tiếp nhau. Dải đo thường từ 0 đến 50 nhịp/ phút.
Tín hiệu nhịp thở theo phương pháp trở kháng
Trong phương pháp trở kháng, nhịp thở được đo và theo dõi bằng cách gắn các điện cực ECG vào bệnh nhân và kết nối chúng với đầu nối ECG/ RESP trên thiết bị theo dõi. Phương pháp này đo sự thay đổi trở kháng giữa R và F ( RA và LL) hoặc R và L (RA và LA) của các điện cực ECG. Biên độ của dạng sóng nhịp thở đo theo phương pháp này khác nhau theo vị trí các điện cực.
Hình 3.5: Vị trí đặt điện cực và biên độ dạng sóng của chúng
(1) Đo tín hiệu nhịp thở bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển ngực và bụng. Biên độ của dạng sóng thay đổi theo sự thay đổi không đáng kể của vị trí điện cực F(LL). Vì vậy có sự khác nhau đáng kể giữa các bệnh nhân khác nhau.
(2) Đo tín hiệu nhịp thở bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển của ngực. Phát hiện nhịp thở ở ngực. Có sự khác nhau rất lớn về biên độ giữa các bệnh nhân khác nhau.
(3) Biên độ tín hiệu nhịp thở rất lớn, do đó phát hiện tốc độ dễ. Ví trí điện cực tương tự như đạo trình II của điện tim.
Tín hiệu nhịp thở theo phương pháp điện trở nhiệt
Trong phương pháp điện trở nhiệt, nhịp thở được đo và theo dõi bằng cách gắn điện trở gần ổng quản của bệnh nhân và kết nối với mạch thở đồng thời kết nối với đầu đa kết nối trên thiết bị theo dõi. Phương pháp này đo và so sánh nhiệt độ thay đổi do sự hít vào và thở ra sử dụng điện trở nhiệt.
Tăng nhiệt độ của không khí hít vào trong khi theo dõi trong phương pháp dùng điện trở nhiệt là nguyên nhân làm giảm nhiệt độ, gây ra sự khác nhau giữa quá trình hít vào và thở ra, và biên độ của dạng sóng nhịp thở nhỏ. Khi nhiệt độ hít vào tăng cao hơn nhiệt độ thở ra, thì pha của quá trình thở ra và hít vào có thể được duy trì.
Hình 3.4 mô tả dạng sóng và các khoảng thời gian thay đổi nồng độ CO2.
Hình 3.6: Dạng sóng nhịp thở
Dạng sóng nhịp thở cho ta biết các giá trị: - Cung cấp giá trị tại điểm bão hòa oxi EtCO2
- Xác minh về sự sắp đặt ống ET thích hợp
- Đánh giá về máy thông khí/ tình trạng của mạch thở
Thuật toán
Dạng sóng nhịp thở được lấy theo dạng gần đúng của hàm sin(x). Nên đồ thị dạng sóng nhịp thở được tính theo công thức:
Y= sin(x) +1
Với tần số nhịp thở là 20, 30, 40
3.4. Thông số NIBP
Các thông số huyết áp không can thiệp bao gồm: huyết áp tâm trương, huyết áp tâm thu và huyết áp trung bình được tính tương đối theo công thức:
3 *
2 HATThu HATT
TB= +
Với một người bình thường: - Huyết áp tâm thu : 75 – 77mHg - Huyết áp tâm trương: 115-117mHg - Trung bình: 89-91mHg
Và các tùy chọn về bệnh nhân, chu kì đo và áp suất của bơm
3.5. Kết quả thực hiện
3.5.1. Mục đích của sự mô phỏng
Ở đây sẽ tạo ra một chương trình mô phỏng tín hiệu điện tim mà thực hiện mô phỏng các tín hiệu ECG trên bề mặt cơ thể từ các nguồn rối loạn tim, tín hiệu về độ bão hòa oxi trong máu SpO2, tín hiệu nhịp thở, và các thông số đo của huyết áp không can thiệp. Với tín hiệu điện tim có thể thay đổi các nguồn bằng cách thay đổi các đặc tính của điện thế hoạt động khu vực gần tim và ngay sau đó tạo ra một thiết lập mới nhịp tim và dữ liệu bề mặt cơ thể.
Muc đích của việc sử dụng chương trình mô phỏng ECG là để hiểu mối quan hệ giữa các thông số và các đặc trưng của mô tim và kết quả đo được các đặc trưng của biểu đồ dòng điện và biểu đồ điện tim.
Chương trình này mô tả đầy đủ mô phỏng phát triển về sự kích hoạt thông qua nhịp tim con người và kết quả điện thế bề mặt (trong và ngoài) tim và cơ thể, đồng thời mô phỏng tín hiệu về nồng độ bão hòa oxi trong máu SpO2 kết hợp với tín hiệu điện tim có thể cho ta phát hiện ra một số loại bệnh nguy hiểm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.5.2. Cấu trúc chương trình
Chương trình mô phỏng tín hiệu được thực hiện bằng phần mềm Visual Basic 6.0, với dạng sóng dựa trên mô phỏng Matlab. Chương trình mô phỏng tín hiệu có chức năng mô phỏng các tín hiệu điện tim ECG, tín hiệu nhịp thở, tín hiệu về nồng độ oxi bão hòa trong máu SpO2, và các thông số đo nhịp tim, nhịp thở, nhịp mạch, % SpO2, huyết áp không can thiệp NIBP ( tâm trương, tâm thu, trung bình).
Hình 3.7: Cấu trúc của chương trình
• Chạy file MP.exe xuất hiện giao diện chính của chương trình như hình 3.9.
File Imitate about
Exit ECG
SpO2 NIBP
Hình 3.8. Giao diện chính của chương trình mô phỏng
• Kích Menu File xuất hiện Menu con Exit để kết thúc chương trình như trong hình 3.10.
Hình 3.9. Menu con Exit kết thúc chương trình
• Kích Menu Iitimate xuất hiện menu con ECG, SpO2, NIBP, là các form con mô phỏng các tín hiệu ECG, SpO2 và NIBP như trong hình 3.11.
Hình 3.10. các menu con mô phỏng tín hiệu
• Kích menu con Iimitate/ECG xuất hiện chương trình mô phỏng tín hiệu ECG như trong hình 3.12.
Hình 3.11. Giao diện chương trình mô phỏng ECG
Trong form ECG này gồm có:
- Tín hiệu điện tim ECG mô phỏng 2 đạo trình của điện tim là đạo trình II và đạo trình V2 như trong hình 3.13.
Hình 3.12. Tín hiệu mô phỏng đạo trình II (a) và V (b)
- Với tốc độ có thể thay đổi từ 10 đến 50mm/s, biên độ tăng theo từng mức từ 1 đến 5.
- Ô Pulse/min hiển thị ngẫu nhiên nhịp tim với các giá trị được gán trước nằm trong khoảng từ 80 đến 83 nhịp/phút.
- Nút Channel là để tùy chọn kênh đo ở đây có 12 kênh là: I, II, III, V1 đến V6 và aVL, aVR, aVF.
- Tín hiệu nhịp thở được mô phỏng gần đúng theo dạng sóng sin như trong hình 3.14.
Hình 3.13. Dạng sóng mô phỏng tín hiệu nhịp thở
- Ô Resp/min là tần số nhịp thở hay là số lần thở trong một phút ở đây có tùy chọn tăng hoặc giảm trong khoảng từ 20 đến 40 lần/phút.
- Nút Close đóng cửa sổ ECG lại, trở về với giao diện chính của chương trình. • Kích menu con Iimitate/SpO2 xuất hiện form SpO2 mô phỏng tín hiệu SpO2
như trong hình 3.15.
Hình 3.14. Form SpO2
- Ô Pulse/min là giá trị về thông số nhịp mạch xuất hiện ngẫu nhiên với các giá trị được định sẵn trong khoảng từ 79 đến 81 nhịp/phút
- Ô SpO2 % là nồng độ oxi bão hòa trong máu được tính theo % xuất hiện ngẫu nhiên với các giá trị được định sẵn nằm trong khoảng từ 97 đến 99.
- Cuối cùng là dạng sóng của SpO2 như được thấy trong hình 3.14.
• Kích menu con Iimitate/NIBP xuất hiện form NIBP với các thông số đo tương ứng như trong hình 3.16. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.15. Form NIBP
Trong form NIBP này gồm có:
- Ô Sys [mHg] là giá trị áp suất tâm thu. - Ô Dia [mHg] là giá trị áp suất tâm trương.
- Ô Map[mHg] là giá trị áp suất trung bình, giá trị được tính theo công thức
3 2Dia Sys Map= +
- Ô Pulse[bpm] là giá trị nhịp tim trong một phút.
- Kích nút Read Stat là nút reset lại có 2 tùy chọn là Measure và Idle
- Kích nút START là nút bắt đầu đo thì ở nút Read Stat ở trạng thái đo là Measure còn nếu không thì nút này ở trạng thái Idle. Khi kích nút này thì ở áp suất bơm nút Pump to sẽ có giá trị tăng từ 0 đến 140mHg đối với trẻ em
(Neonate) hoặc tăng từ 0 đến 170mHg đối với người lớn ( Adult), sau đó lại giảm liên tục về 20mHg với Neonate hoặc giảm về 30mHg với Adult thì các giá trị ở các ô Sys, Dia, Map, Pulse sẽ hiển thị các giá trị đo được gán sẵn. - Kích nút Set Cycle là nút thay đổi các chu kì đo trong khoảng thời gian cho
phép, ở đây có các tùy chọn là : Manual, 1min, 2min, 3min, 4min, 5min, 10min, 15min, 30min. Các tùy chọn này chỉ thực hiện thay đổi được khi nút Read Stat ở trạng thái Idle không phải trạng thái đo.
- Kích nút Neo/adult là lựa chọn loại bệnh nhân là người lớn (Adult) hay trẻ em (Neonate). Tùy chọn này cũng chỉ thực hiện thay đổi khi nút Read Stat ở trạng thái Idle.
- Kích nút Pump to là nút áp suất của ống bơm tính theo mHg, có các tùy chọn nằm trong khoảng từ 100 đến 180mHg, có thể thay đổi khi mức ngưỡng đối với trẻ em là 140mHg, Adult là 170mHg. Các tùy chọn này cũng chỉ thay đổi được khi nút Read Stat ở trạng thái Idle.
- Kích nút Close là nút đóng form NIBP lại và trở về với giao diện chính của chương trình.
• Kích menu Help xuất hiện menu con About là thông tin người thực hiện và giảng viên hướng dẫn. Như trong hình 3.17
3.6. Kết luận chương 3
Trong chương này mục đích đã giới thiệu về thông tin các tín hiệu đã được mô phỏng và ứng dụng trong thực tế nhằm phát hiện các loại bệnh nguy hiểm thường gặp. Chương trình mô phỏng tín hiệu điện tim, nhịp thở, SpO2, NIBP bằng phần mềm lập trình VB 6.0. Chương trình mô phỏng có chức năng hiển thị dạng sóng các đạo trình của điện tim và số liệu về nhịp tim, dạng sóng nhịp thở và tần số nhịp thở. Số liệu và dạng sóng SpO2, các số liệu về huyết áp không can thiệp. Qua đó có thể cho thấy một cách tổng quan về một số thông số quan trọng trong thiết bị theo dõi bệnh nhân.
Ví dụ việc kết hợp theo dõi đồng thời tín hiệu điện tim và tín hiệu SpO2 để phát hiện sự thay đổi đột ngột trong huyết áp (PWTT – Pulse Wave Transit Time, khoảng thời gian truyền xung)
Hình 3.17: Mối quan hệ PWTT với tín hiệu ECG và SpO2
PWTT ( Pulse Wave Transit Time) là một thông số mà xác định sự thay đổi đột ngột trong huyết áp. PWTT là khoảng giữa sóng R của tín hiệu ECG và lúc bắt đầu của sóng xung SpO2. Trong nhiều trường hợp, PWTT thay đổi theo sự thay đổi trong tuần hoàn máu. Sự thay đổi PWTT này có thể được dùng để đo NIBP.
KẾT LUẬN CHUNG
1. Kết quả đạt được của đồ án
Với nội dung đồ án “Xây dựng chương trình mô phỏng quá trình điều khiển và hiển thị các thông số sinh học” cùng với việc tìm hiểu tại bệnh viện Hữu Nghị, công ty Nipon tôi đã tìm hiểu và nghiên cứu và đạt được một số vấn đề cơ bản sau:
Tìm hiểu và đánh giá tầm quan trọng của các thiết bị theo dõi bệnh nhân hiện nay.
Nghiên cứu các phương pháp đo các thông số sinh học của thiết bị theo dõi.
Xây dựng chương trình mô phỏng tín hiệu và hiển thị các thông số sinh học dùng trong thiết bị theo dõi. Chương trình cho phép phân tích và nghiên cứu các dạng sóng ECG bình thường và dị thường, và có thể mô phỏng bất kì một dạng sóng ECG nào đưa ra sử dụng trong chương trình mô phỏng.
2. Hướng phát triển
Chương trình mô phỏng tín hiệu sinh học ở đây mới chỉ thực hiện mô phỏng được một số tín hiệu điển hình như tín hiệu điện tim ECG, nhịp thở, SpO2 và một vài số liệu liên quan. Từ chương trình này có thể mô phỏng thêm đầy đủ các thông số đo và các dạng tín hiệu tương ứng của chúng như: các dạng sóng loạn nhịp nhằm biết được các triệu chứng loạn tim, tín hiệu CO2, các thông số về nhiệt độ, cung lương tim CO, huyết áp can thiệp IBP…
Với tín hiệu mô phỏng gần giống với tín hiệu chuẩn sinh học, nên chương trình có thể được ứng dụng trong giảng dạy các môn chuyên ngành, hay sử dụng để so sánh với các tín hiệu của thiết bị theo dõi nhằm phát hiện sự bất thường trong quá trình theo dõi bệnh nhân.
3. Kết luận
Sau một thời gian nhận và thực hiện đồ án, qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và tham khảo tài liệu trong sách và trên mạng cùng với sự chỉ bảo, định hướng của các thầy cô hướng dẫn trong bộ môn điện tử Y sinh đặc biệt là thầy Vũ Duy Hải, với sự giúp đỡ của Thầy Hiền trưởng phòng kĩ thuật bệnh viên Hữu Nghị, chú Phạm Quốc Trọng giám (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đốc kĩ thuật công ty Nipon, tôi đã hoàn thành đồ án theo đúng tiến độ đặt ra. Do đồ án là một trong những vấn đề lớn và chương trình mô phỏng còn mang tính thực tế không cao do tính chất ứng dụng của nó còn ít. Bản thân là một cá nhân trong quá trình làm không tránh khỏi các kiến chủ quan của mình mà các vấn đề đưa ra còn có thể gặp nhiều sai sót. Vì vậy tôi rất mong được ý kiến phản hồi của các thầy cô trong bộ môn Điện tử Y sinh và các bạn trong lớp điện tử y sinh K47. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên Nguyễn Thị Huyền
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đức Thuận, Nguyễn Thái Hà, Vũ Duy Hải, Đinh Thị Nhung, Phạm Đức Hiền, Bùi Xuân Vinh, Bài giảng thiết bị điện từ y tế - tập 1: thiết bị chẩn đoán chức năng và thiết bị chăm sóc đặc biệt, Hà Nội 2004
[2] Võ Hiếu Nghĩa, Các chương trình mẫu Visual Basic 6.0, Nhà xuất bản Thống kê [3] Nguyễn Đức Thuận, Nguyễn Việt Dũng, Bài giảng cảm biến và đo lường Y sinh, Hà Nội 2001
[4] Nihon Kohden, Life Scope P BEDSIDE MONITOR BSM – 4100 J/K Operation Manual, .pdf
[5] Nihon Kohden, Life Scope P BEDSIDE MONITOR BSM – 4100 J/K Service Manual , .pdf
[6] Nihon Kohden, CENTRAL MONITOR CNS – 9701 J/K – Operation Manual, .pdf [7] Nihon Kohden, CENTRAL MONITOR CNS – 9701 J/K – Service Manual, .pdf [8] Tài liệu trên các trang Web: truy nhập từ ngày 1/3 đến 5/5/2007
- http://www.nihonkohden.com/distributors/me
- http://www.swri.edu/3pubs/IRD2000
- http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=754531 - http://www.ecgsim.org/
- http://www.mathworks.com/matlabcentral
[9] Ross Flewelling, “Biomedical Engineering HandBook”, chapter 86 Noninvasive Optical Monitoring, Nellcor Incorporation, 1977.
[10] Leslie A. Geddes, “Biomedical Engineering HandBook”, chapter 72, cardiac output Measurement, Purdue University.
[11] Christopher M. Tenedero, Mary Anne D. Rây, and Luis G. Sison, Ph.D, Design and implementation of a single – channel ECG amplifier with DSP post-processing in Matlab, Instrumentation, Robotics, and Controls laboratory University of the Philippines, Diliman, Quezon City.
[12] Spencer Kee, “Biomedical Technology and devices Handbook, section 5, Interventional Disease Treatment”, chapter 22, Anesthisia/ Monitoring Devices, M.D Anderson Cancer Center.
[13] MATLAB The Language of Technical Computing, The Mathworks.
[14] GS. Trần Đỗ Thịnh, BS. Trần Văn Đồng, Hướng dẫn đọc điện tim, Nhà xuất bản y học, Hà Nội, 1998.
PHỤ LỤC Mã nguồn chương trình mô phỏng tín hiệu
‘ Form MO_PHONG
Form1.Show End Sub
Private Sub mnuFile_Exit_Click() End
End Sub
Private Sub mnuIimitate_ECG_Click() frmECG.Show
frmECG.Width = 8055 frmECG.Height = 5745 End Sub
Private Sub mnuIimitate_NIBD_Click() frmNIBP.Show
frmNIBP.Width = 7830 frmNIBP.Height = 5025 End Sub
Private Sub mnuIimitate_SpO2_Click() frmSpO2.Show frmSpO2.Width = 7170 frmSpO2.Height = 5130 End Sub ‘ Form ECG Const pi = 3.14159265 Const l = 1
Const f = 0.03 'Dieu tan so cua song EKG Const f_v = 0.01 'Dieu tan so cua song EKG_V Const ds = 1800 'Dieu chinh vi tri cua song EKG Const ds_v = 800 'Dieu chinh vi tri cua song EKG_V Const ds_nt = 1000 'Dieu chinh vi tri cua song nhip tho Const dr_nt = 600 'Dieu chinh bien do cua song nhip tho
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});