Cung lượng tim là lượng máu tim bơm vào động mạch trong một phút. Cung lượng tim phụ thuộc vào thể tích tâm thu và nhịp tim. Giá trị bình thường của cung lượng tim 4.5 – 6lit/phút, còn khi vận động nhiều thì có thể lên đến 20 lit/phút. Theo dõi cung lượng tim để biết được lượng máu qua tim tăng hay giảm. Có 3 phương pháp xác định cung lượng tim phưong pháp Fick, phương pháp pha loãng chất mầu, phương pháp pha loãng nhiệt. Trong đó phương pháp pha loãng nhiệt là phổ biến nhất
• Phương pháp Fick:
Đây là phương pháp đo độ chênh lệch hàm lượng oxi giữa động mạch và tĩnh mạch. Phương pháp này dùng Oxi như chất chỉ thị và tăng hàm lượng oxi trong máu tĩnh mạch do nó đi qua phổi dọc theo ống thông ôxi thở, do đó hàm lượng cần để xác định cung lượng tim là CO = nồng độ O2 trong ống thông/A – VO2
khác. Ống thông oxi ( mL/phút) được đo bằng một thiết bị đo dung tích phổi được điền đầy oxi chứa một thiết bị hút CO2. A – VO2 khác được xác định từ hàm lượng oxi(mL/100mL máu) từ bất kì một mẫu máu động mạch nào và hàm lượng oxi (ml/100ml) của máu động mạch phổi. Hàm lượng oxi trong máu thường rất khó để đo. Tuy nhiên, các máy phân tích khí trong máu mà đo nồng độ pH, nồng độ O2, nồng độ CO2, tỉ lệ thể tích huyết cầu và hemoglobin cung cấp giá trị cho hàm lượng O2 bằng cách tính toán sử dụng đường cong phân tích oxi. Có một kĩ thuật chuyên môn nhỏ bao gồm cách xác định ống thông oxi bởi vì oxi bị hấp thụở nhiệt độ cơ thể nhưng đo được ở nhiệt độ phòng trong thiết bị đo dung tích phổi. Vì vậy, thể tích của oxi bị hấp thụ trong một phút được nhân với hệ số F.
Hình 1. 34 Sựđo Oxi trong ống với một dung kế (phải) và phương pháp sử dụng tính toán đo thể tích
Hình trên là phế dung đồ biểu diễn sự liên quan thể tích trên một đường dốc cơ bản thể hiện mức độ ngừng thở(REL). Độ dốc nhận biết ống thông oxi ở nhiệt độ phòng. Trong vấn đề này, sự hấp thụ oxi không chính xác là 400mL/phút ở 260C trong thiết bịđo dung tích phổi. Với một khí áp với áp suất 750mHg, hệ số chuyển đổi để đúng với thể tích , nhiệt độ cơ thể 370C và làm bão hòa hơi nước là : 47 273 37 273 2 − − + + = b b s P O PH P x T F
Trong đó Ti là nhiệt độ dung kế, Pb là áp suất khí áp, và PH2O ở Ts được lấy từ bảng hơi nước (bảng…).
Bảng 1. 7 Áp suất khí áp của nước
Một ví dụ tính toán đơn giản cho hệ số chính xác F được đưa ra trong hình mà tính ra giá trị của F là 1.069. Tuy nhiên, dễ dàng để sử dụng bảng 3.1 chứa hệ số chính xác. Ví dụ, cho một dung kế nhiệt độ 260C và áp suất khí áp 750mHg, F = 1.0691.
Chú ý rằng hệ số dúng F trong trường hợp này chỉ đúng 6.9%. Lỗi đụng độ có thể ít hơn lỗi sử dụng trong tất cả các lần đo khác. Một ví dụ được lựa chọn trong đó A – VO2 khác là 20 – 15 mL/100mL, máu và nồng độ O2 trong ống thống là 400 x 1.069; do đó cung lượng tim là: CO x 8552mL/phút
100 / ) 15 20 ( 069 . 1 400 = − =
Phương pháp này chỉ có tính chất nghiên cứu trong lý thuyết rất khó áp dụng trong thực tế.
• Phương pháp pha loãng chất mầu
Phương pháp pha loãng chất màu( thuốc nhuộm) là một dạng của phương pháp pha loãng chất chỉ thị. Dùng dung dịch xanh Methylene hoặc xanh Indocianine sau khi trộn hoàn toàn trong tuần hoàn phổi sẽ vào máu động mạch. Mẫu máu động mạch được đo liên tục nồng độ chất mầu bằng việc phân tích quang phổ khi máu qua nguồn sáng hồng ngoại. Chất màu dùng cho phép đo lưu lượng phải hòa tan trong nước, không độc, vô trùng và cho phép xác dịnh nồng độ trong màu hay huyết tương ( cung lượng tim).
Để ghi lại đường cong pha loãng có thể dùng quang mật độ kế loại ống thủy tinh hay loại earpiece hoặc ống sợi quang. Quang mật độ kếống thủy tinh là một dụng cụ đo nồng độ thuốc nhuộm trong mạch máu một cách liên tục thông qua một ống trong mạch. Khi nồng độ thuốc nhuộm đủ nhỏ và phân tán đều trong máu, thì theo luật Lamber – Beer ta có quan hệ giữa mật độ quang I và nồng độ chất màu (thuốc nhuộm) : I I
I I
cd log 0⎟=log 0 −log
⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ε Trong đó: ε: hệ số hấp thụ d: độ dày của lớp máu c: khối lượng chất chỉ thị I0: mật độ quang khi c = 0
Tuy mật độ quang là hàm phi tuyến đối với nồng độ thuốc nhuộm nhưng vẫn đạt được đầu ra tuyến tính theo đặc tính loga của ống nhân quang khi dòng anot
không đổi. Độ nhạy của quang mật độ kế có thể hiệu chuẩn bằng cách đưa máu chứa thuốc nhuộm với nồng độ xác định vào ống thủy tinh. Mức độ hiệu chuẩn có thể bị thay đổi bởi các giá trị hematocrit. Tuy vậy, nếu dùng quang mật độ kế lưỡng sắc sử dụng 2 bước sóng trong đó một bước sóng thì nhạy với thuốc nhuộm còn bước sóng còn lại thì không nhưng cả hai đều nhạy với hematocrit thì có thể bù được sự thay đổi đó.
Ống sợi quang cũng có thể sử dụng để ghi đường cong pha loãng chất màu trong cơ thể. Tại đầu ống, máu được chiếu sáng bởi một chùm tia sáng truyền qua bó sợi quang và phần ánh sáng tán xạ ngược được dẫ tới bộ tách sóng quang nhờ một bó sợi quang khác. Tuy khác với quang mật độ kế loại ống thủy tinh và loại cài tai mà ánh sáng đi qua một lớp có chiều dày xác định nhưng nó vẫn đạt được đường cong hiệu chuẩn tương tự giữa nồng độ thuốc nhuộm trong máu và sự thay đổi cường độ ánh sáng tán xạ. So sánh với quang mật độ kế trong phép đo về tim thì kết quả thu được có hệ số tương quan vào khoảng 0.9.
Một ưu điểm của ống sợi quang là nó có phép ghi lại đường cong pha loãng trong các mạch máu lớn mà không bị méo giống nhưở quang mật độ kế lọai ống thủy tinh ( do phân bố vận tốc trong ống thủy tính) . Có thể chế tạo ống sợi quang đủ nhỏđẻ sử dụng ở trẻ sơ sinh.
Tuy nhiên phương pháp này cũng ít khi sử dụng. • Phương pháp pha loãng nhiệt
Phương pháp này sử dụng một chất chỉ thị khộng độc chuyển hóa là NaCl 0.9% hoặc Dextrose 5% được làm lạnh trong nước (D5W) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của máu và được tiêm vào nhĩ phải. Trong phương pháp này thường dùng chất lỏng lạnh làm chất chỉ thị do chất lỏng lạnh ít gây tổn hại cho máu và mô hơn so với chất lỏng nóng. Hình 3.43 minh họa phương pháp và đường cong pha loãng nhiệt đặc trưng. Phương pháp pha loãng nhiệt dựa trên nhiệt độ thay đổi đo được trong Cl và phương trình sau bao gồm điều kiện xác định rõ nhiệt độ (C) và khối lượng (S) của chất chỉ thị (i) và máu (b). Ở đầu Cathete tiêm dung dịch này có gắn một cảm biến nhiệt độ để xác định được nhiệt độ của dung dịch
tiêm. Sự thay đổi nhiệt độ của máu do tiêm dịch lạnh này được đo ở động mạch phổi nhở một bộ cảm biến nhiệt thứ 2. Hai tín hiệu này được chuyển đổi thành tín hiệu điện và được tích phân theo thời gian để cho một giá trị cung lượng tim tương đương với cung lượng tim hệ thống. Có biểu thức :
F C S C S A T T V CO b b i i i b ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − = ( )60 Trong đó: V: thể tích chất chỉ thịđược tiêm (mL)
Tb: nhiệt độ trung bình của máu động mạch phổi (0C) 60: hệ số nhân khi chuyển đổi mL/s sang mL/phút A: vùng dưới đường cong pha loãng ( s.0C), =∫∞Δ
0
dt T
A b , ∆Tb: độ thay đổi nhiệt độ máu của cơ thể
C: nhiệt độ chính xác của chất chỉ thị (i) và máu (b)
( SiCi/SbCb = 1.08 cho Dextrose 5% và máu thể tích hồng cầu đặc 40%)
F: hệ số đúng cho nhiệt độ truyền qua ống tiêm ( cho ống có đường kính 7F, F = 0.825)
Hệ số cung lượng tim là:
A T T V CO ( b − i)53.46 = Trong đó
CO: cung lượng tim (mL/ phut) 53.46 = 60*1.08*0.825
Để minh họa một đường cong pha loãng nhiệt, cung lượng tim được tính toán bằng cách sử dụng đường cong pha loãng như trong hình 3.43(B).
V = 5mL của Dextrose 5% trong nước Tb = 370C, Ti = 00C, A = 1.590Cs phút mL CO 6220 / 59 . 1 46 . 53 ) 0 37 ( 5 − = =
Hình 1. 35 Phương pháp pha loãng nhiệt (a), và đường cong đặc trưng (b)
Mặc dù phương pháp pha loãng nhiệt là một phương pháp chuẩn trong y học lâm sàng, nó có một vài khuyết điểm bởi vì nhiệt độ giảm nhanh qua thành ống, khi tiêm 5mL chất chỉ thị cần phài có giá trị phù hợp với cung lượng tim. Nếu cung lượng tim thấp, tức là, đường cong pha loãng rất rộng, nó khó có một giá trị chính xác với cung lượng tim. Có một sự thay đổi do cảm ứng thở gây ra trong nhiệt độ máu PA mà làm xáo trộn đường cong pha loãng khi nó có biên độ thấp. Mặc dù ở nhiệt độ phòng D5W có thể được sử dụng, D5W được làm lạnh cung cấp một đường cong pha loãng tốt hơn và giá trị cung lượng tim đáng tin cậy hơn. Hơn nữa, rõ ràng nếu nhiệt độ của chất chỉ thị bằng nhiệt độ của máu thì sẽ không có đường pha loãng.
Tuy nhiên phương pháp này vẫn có một vài ưu điểm: chất chỉ thị không có hại nên có thể thực hiện lặp lại các phép đo, đường cong pha loãng được ghi lại dễ dàng như một điện trở nhiệt đặt trong mạch máu và thành phần quay vòng là đủ nhỏ để tích phân của đường cong pha loãng là chính xác. Giả thiết cơ bản của phương pháp pha loãng chất chỉ thị là chất chỉ thị không được thoát khỏi hệ thống mạch máu giữa vị trí truyền vào và vị trí đo bởi vì nhiệt có thể truyền qua thành mạch máu. Ảnh hưởng này không đáng kể trong các mạch máu lớn vì tỉ số
giữa diện tích bề mặt trên thể tích trong một đơn vị chiều dài là nhỏ. Vì thế phương pháp pha loãng nhiệt vẫn thích hợp cho các phép đo ở các mạch máu lớn.
Sự quay vòng chất chỉ thị
Một đường cong pha loãng lý tưởng như trong hình 3.44 bao gồm đường dốc đứng và một đường suy giảm theo luật hàm số mũ trong chất chỉ thị. Các thuật toán mà đo diện tích đường cong pha loãng là không khó với một đường cong. Tuy nhiên, khi cung lượng tim thấp, đặc trưng của đường cong pha loãng là biên độ thấp và rất rộng. Thường thì bờ dốc của đường cong bị che khuất bởi sự quay vòng của chất chỉ thị hoặc bởi các nhiễu biên độ thấp. Hình dưới là một đường cong pha loãng mà bờ dốc bị che khuất bởi sự quay vòng của chất chỉ thị. Rõ ràng là rất khó để xác định điểm cuối thực tế của đường cong, mà thường được chỉ thị theo thời gian khi nồng độ chất chỉ thị rơi vào tỉ lệ phần trăm lớn ( ví dụ 1%) của biên độ lớn nhất (Cmax). Bởi vì bờ dốc mô tả gần đúng đường cong suy giảm theo luật hàm số mũ ( e-kt), sự điều chỉnh bờ dốc để luật hàm mũ cho phép khôi phục đường cong mà không có lỗi của sự quay vòng bằng cách cung cấp chủ yếu để nhận biết điểm cuối cho cái được gọi là first pass của chất chỉ thị.
Trong hình 3.44 (b) là biên độ của bờ dốc đường cong, trong hình (a) mô tả đồ thị bán loga và phần tuân theo hàm số mũ mô tả là một đường thẳng. Khi sự quay vòng xuất hiện, các điểm dữ liệu trệch so với đường thẳng và do đó có thể không cần để ý đến và phần đường thẳng có thể bị ngoại suy theo tỉ lệ phần trăm của nồng độ lớn nhất bằng 1% Cmax. Sự mô tả các điểm dữ liệu trên phần bị ngoại suy được biểu diễn lại bằng đồ thị như trong hình (a) để chỉ rõ đường cong pha loãng không bị nhiễu bởi sự quay vòng.
Hình 1. 36Đường cong pha loãng bị che khuất bởi sự quay vòng (a), và đồ thị bán thuật toán loga của bờ dốc (b).
Chương II: Khảo sát card thu thập và xử lý tín hiệu CSN 608
II.1 Giới thiệu về card CSN 608
• Modul CSN608 có những tham số và các chỉ tiêu như những thiết bị theo dõi có cùng chức năng.
• Các các tín hiệu theo dõi được thu nhận bởi những modul con riêng biệt. Các modul này sử dụng các phương pháp thu nhận phổ biến của các tín hiệu đó.
• Việc giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng nối tiếp theo chuẩn RS232 và chuyền dữ liệu theo một khung thông tin có cấu trúc cho phép modul có khả năng linh hoạt khi kết nối. Có thể kết nối với máy tính hay một main điều khiển màn hình LCD.
• Công nghệ sử dụng trong việc thiết kế modul CSN608 là các công nghệ phổ biến hiện nay. Nó đảm bảo độ tin cậy, ổn định, mẫu mã, kích thước, công suất, giá thành…
Các tính năng chính của board CSN 608
• Có thể dùng để đo các tham số theo dõi, dùng cho cả người lớn, trẻ em và trẻ sơ sinh.
• Truyền thông nối tiếp hai chiều.
• Đo ECG, nhịp tim, nhịp hô hấp, nhiệt độ cơ thể. • Chống nhiễu cao áp – 50KV.
• Cấu hình các đạo trình chuẩn.
• Cách ly DC – DC 4KV (cách ly quang) • Hai kênh đo nhiệt độ cơ thể T1, T2.
• Hoạt động với một nguồn đơn 5 – 6V, công suất thấp. • Kết nối với máy tính theo chuẩn giao tiếp RS232.
Tiêu chuẩn an toàn
ECG: Theo tiêu chuẩn CF
SPO2, NIBP Theo tiêu chuẩn BF Bảo vệ sốc điện áp 5KV Nguồn Điện áp cung cấp 5V < 400mA (chưa đo NIBP) Dòng tiêu thụ < 900mA (đo NIBP) Điều kiện hoạt động Nhiệt độ hoạt động 5 – 40 độ C Nhiệt độ bảo quản -20 ± 70 độ C Độẩm 0 – 85% Kích thước 96 x 90 x 18mm Kênh đo ECG
Các đạo trình I, II, III, AVR, AVL, AVF, Vx Điểm đặt điện cực thả nổi Chân phải
Trở kháng đầu vào >5MOhm (tại 10Hz) Tỉ số nén mode chung > 80 dB
Điện áp lệch của điện cực Lớn nhất ±0,3V
Giới hạn khôi phục < 5 giây sau sốc điện áp 5KV
Tần số đáp ứng Chếđộ phẫu thuật: 0.5 – 25Hz Chếđộ theo dõi: 0.5 – 75Hz Chếđộ chẩn đoán: 0.05 – 100Hz Nhịp tim Rải đo 15 – 300bpm Độ chính xác <100bpm ± 1%; > 100bmp ±2% Độ phân giải 1bpm NIBP Kỹ thuật Đo dao động
Dải đo Người lớn: • Tâm thu: 30 ~ 255 mmHg • Trung bình: 20 ~ 235 mmHg • Tâm trương: 15 ~ 220 mmHg Trẻ sơ sinh: • Tâm thu: 30 ~ 135 mmHg • Trung bình: 20 ~ 125 mmHg • Tâm trương: 15 ~ 110 mmHg Độ phân giải 1 mmHg Độ chính xác phép đo Giá trị lỗi trung bình lớn nhất ±5 mmHg Độ chính xác áp xuất vòng bít ±3mmHg
Giới hạn quá áp phần mềm Người lớn: trong khoảng 290 mmHg Trẻ sơ sinh: trong khoảng 145 mmHg Quá áp suất phần cứng Người lớn: 300 ±10 mmHg
Trẻ sơ sinh: 150 ±4 mmHg Thời gian đo Người lớn: không quá 120 giây
Trẻ sơ sinh: không quá 90 giây
SpO2 Dải đo: %bão hòa Nhịp xung: 0 – 99% 30 – 235BPM Độ chính xác ±2 @ 70 – 100% SpO2 nhỏ hơn 70% không xác định được Hô hấp
Kỹ thuật Đo thay đổi trở kháng (RA – LL)
Rải đo 0 – 100 rpm
Độ phân giải 1 rpm
Độ chính xác ± 2 rpm (0 – 60 rpm)
Số kênh 2
Dải đo 20.0 đến 45.0 độ C
Độ phân giải ± 0.1 độ C
Đầu đo Loại YSI 400
II.2 Các module của card CSN 608
II.2.1Module tín hiệu và dạng sóng điện tim
Hình 2. 1 Cấu trúc phần cứng ECG
Chuẩn kết nối
Môdul này truyền thông với các môdul khác thông qua chuẩn truyền thông RS232. Với tốc độ truyền là 9600 baud, 8 bit, 1 stop bit, no parity. Mỗi một giây