Nghiên cứu xử lý tín hiệu trong thiết bị theo dõi bệnh nhân

ận. Mọi thơng tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn đầy đủ nguồn và sử dụng đúng luật bản quyền quy định. Tơi xin chịu trách nhiệm về nội dung của cuốn luận văn. Học viên DƯƠNG TRỌNG LƯỢNG MỤC LỤC Trang LỜI NĨI ĐẦU……………………………………………………………….1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN………………………………………………………………………..3 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN……….3 1.2. PHÂN LOẠI…………………………………………………………………...5 1.3. CÁC CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN……………6 1.4. NHỮNG TÁC DỤNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN.7 1.5. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN…..8 1.6. CÁC THƠNG SỐ SINH HỌC CƠ BẢN CỦA BỆNH NHÂN MÀ THIẾT BỊ THEO DÕI THU NHẬN, XỬ LÝ VÀ HIỂN THỊ…………………………………9 1.6.1. Tín hiệu điện tim…………………………………………………9 1.6.1.1. Quá trình hình thành tín hiệu điện tim.……………………9 1.6.1.2. Ghi (thu nhận) tín hiệu điện tim……………………………12 1.6.1.3. Đặc điểm của tín hiệu điện tim…………………………….15 1.6.1.4. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu điện tim trong thiết bị theo dõi bệnh nhân……………………………………………………..15 1.6.2. Nhịp tim……………………………………………………… ..17 1.6.3. Nhiệt độ……………………………………………………...…17 1.6.3.1. Giới thiệu chung………………………………………….17 1.6.3.2. Đo nhiệt độ……………………………………………….17 1.6.3.3. Thực hiện phép đo hợp lý…………………………………19 1.6.3.4. Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị tín hiệu nhiệt độ của thiết bị theo dõi bệnh nhân…………………………………………....20 1.6.4. Nhịp thở……………………………………………………….20 1.6.4.1. Giới thiệu chung về hệ hơ hấp của người………………..20 1.6.4.2. Phương pháp đo nhịp thở………………………………..21 1.6.4.3. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo dõi bệnh nhân……………………….…………………………23 1.6.5. Huyết áp (Blood Pressure)…………………………………….24 1.6.5.1. Giới thiệu chung. ……………………………………...24 1.6.5.2. Sự hình thành huyết áp. ….……………………………25 1.6.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến huyết áp. ………………..26 1.6.5.4. Phương pháp đo huyết áp. ………………………….…27 1.6.5.5. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP( huyết áp khơng xâm nhập) của thiết bị theo dõi bệnh nhân. ………………..…29 1.6.6. Độ bão hịa oxy trong máu. ………………..………………….30 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BÃO HỊA OXY TRONG MÁU.31 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………………..31 2.1.1. Quá trình oxy hĩa và khử oxy khĩa trong cơ thể người. ………31 2.1.2. Hemoglobin. ………………………………………………………33 2.1.3. Hypoxia và hypoxaemia. …………………………………………35 2.1.4. Áp suất thành phần. ……………………………………………….35 2.2. SPO2 VÀ SaO2……………………………………………………………….35 2.3. ĐỘ BÃO HỊA OXY TRONG MÁU. ..……………………………………...37 2.4. ĐƯỜNG ĐẶC TUYẾN PHÂN TÁCH OXYHEMOGLOBIN. ………….…38 2.5. TÁC DỤNG CỦA PHÉP ĐO NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU SPO2……..42 CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BÃO HỊA OXY DẠNG XUNG………………………………………………………………………46 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG. .…………………………………………………46 3.2. NGUYÊN LÝ CỦA PHÉP ĐO ĐỘ BÃO HỊA OXY KHƠNG CAN THIỆP PULSE OXYMETER. .………………………………………………………47 3.2.1. Định luật Lambert-Beer về sự hấp thụ ánh sáng. …………..…47 3.2.2. Quan hệ giữa hệ số hấp thụ của HbO2 và Hb với bước sĩng áng sáng. ………………………………………………………………...48 3.2.3. Nguyên lý của phép đo độ bão hịa oxy. ……………………...48 3.2.4. Đường cong hiệu chỉnh của các thiết bị đo độ bão hịa oxy dạng xung.………………………………………………………………....52 3.3. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA THIẾT BỊ ĐO ĐỘ BÃO HỊA OXY KHƠNG CAN THIỆP PULSE OXMETER. ………………………………………..……….54 3.3.1. Khối đầu đo. ………………………………………..…………54 3.3.2. Khối định thời gian. ………………………………..…………56 3.3.3. Khối tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại. ………..………….57 3.3.4. Lọc thơng thấp. ……………………………………..…………57 3.3.5. Khối chuyển đổi dịng thành áp. …………………..…………58 3.3.6. Khối giữ và lấy mẫu. …………………..……………………..58 3.3.7. Lọc thơng dải…………………..………………………………59 3.4. KHẢO SÁT MƠ HÌNH HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU CẢI TIẾN Ở TRONG THIẾT BỊ ĐO ĐỘ BÃO HỊA OXY DẠNG XUNG………….59 3.4.1. Giới thiệu mơ hình hệ cải tiến...………………………………59 3.4.2.Chức năng của các khối trong mơ hình. ………………………62 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HIỂN THỊ TÍN HIỆU SPO2 TRÊN MÁY TÍNH…………………………………………………...67 4.1. KHẢO SÁT DỮ LIỆU TỪ ĐẦU RA CỦA BỘ VI XỬ LÝ TỚI MÀN HÌNH HIỂN THỊ CỦA THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU SPO2….…………...………………..67 4.1.1. Giao thức truyền và tổ chức dữ liệu (Phiên bản giao thức 1)…67 4.1.2. Giao thức truyền và cách tổ chức dữ liệu (Phiên bản giao thức 2)……………………………………………………………………68 4.1.3. Dạng dữ liệu thu được thơng qua cổng COM từ Card thu nhận và xử lý dữ liệu đầu vào. ……………………………………………69 4.2. CHƯƠNG TRÌNH HIỂN THỊ TÍN HIỆU SPO2 TRÊN MÁY TÍNH……….71 4.2.1. Lưu đồ thuật tốn……………………………………………….71 4.2.2. Ví dụ một đoạn chương trình nguồn hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. ……………………………………………………………..72 4.2.3. Giao diện của chương trình trên máy tính. …………………….78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………82 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….84 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng anh Nghĩa A/D Analog to Digital Chuyển đổi tương tự - số AV AtrioVentricular Nhĩ thất của tim Bp Blood Pressure Huyết áp máu Cb Coban Nguyến tử Coban CRT Cathode ray tube Đèn chân khơng COSfHb Carboxysulfhemoglobin Là dạng protein mang khí CO và Sulfua CoHb CarboxyHemoglobin Là dạng protein mang khí CO ECG Electrocardiogram Điện tim đồ FET Field Effective Transistor Transistor trường Hb Hemoglobin Một dạng protein trong máu HbO2 Oxyhemoglobin Protein kết hợp với oxy trong máu HR HeartRate Nhịp tim IBP Invasive Blood Pressure Phép đo huyết áp xâm nhập IR Infrared Hồng ngoại LA Left Arm Tay trái LL Left Leg Chân trái LCD Liquid Crystal Display Hiển thị tinh thể lỏng Mb Myoglobin Dạng protein mang oxy của cơ Methb Methemoglobin Hemoglobin khơng kết hợp với oxy trong máu NiBP Non Invasive Blood Pressure Phép đo huyết áp khơng xâm nhập PO2 Partial Pressure of oxygen Áp suất riêng phần của oxy SaO2 Saturation of oxy Độ bão hịa oxy SpO2 Saturation of peripheral oxy Độ bão hịa oxy trong máu đo ở vùng ngoại biên RA Right arm Tay phải RL Right Leg Chân phải RESP Respiration Hơ hấp TEMP Temperature Nhiệt độ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị theo dõi bệnh nhân. Hình 1.2. Dạng tín hiệu điện tim chuẩn. Hình 1.3. Quá trình thu tín hiệu điện tim thơng qua các đạo trình Eithoven. Hình 1.4. vị trí các điện cực đặt ở vai và phía trên đùi. Hình 1.5. Quá trình thu tín hiệu điện tim thơng qua các đạo trình trước tim Hình 1.6. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu điện tim trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. Hình 1.7. Mạch tuyến tính hĩa cho điện trở nhiệt. Hình 1.8. Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị tín hiệu nhiệt độ Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống hơ hấp của người. Hình 1.10. Nguyên lý đo trở kháng phổi. Hình 1.11. Nguyên lý của phương pháp đo trở kháng phổi (hai điện cực) Hình 1.12. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. Hình 1.13. Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Korotkoff. Hình 1.14. Mơ hình đo huyết áp sử dụng phương pháp dao động kế. Hình 1.15. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP của thiết bị theo dõi bệnh nhân. Hình 2.1. Cấu trúc hĩa học của Hemoglobin. Hình 2.2. Đồ thị đường cong bão hịa oxy của myoglobin và hemoglobin. Hình 2.3. Đường đặc tuyến phân tách HbO2 chuẩn Hình 2.4. Hiện tượng dịch chuyển sang trái của đường đạc tuyến Hình 2.5. Hiện tượng dịch chuyển sang phải của đường đặc tuyến . Hình 3.1. Minh họa việc tính độ hấp thụ ánh sáng bằng định luật Lambert Beer Hình 3.2: Phổ hấp thụ của Hb và HbO2 (ở điểm giao nhau thì bước sĩng hấp thụ bởi hai dạng phân tử là như nhau). Hình 3.3. Tín hiệu nhận được khi truyền ánh sáng qua đầu ngĩn tay. Hình 3.4. Thành phần tín hiệu xung nhịp a.c thu được khi ánh sáng truyền qua máu động mạch ở đầu ngĩn tay. Hình 3.5. Đường cong hiệu chỉnh thể hiện mối quan hệ giữa tỉ số R và độ bão hịa oxy trong máu của bệnh nhân. Hình 3.6. Sơ đồ khối của thiết bị đo độ bão hịa oxy khơng can thiệp. Hình 3.7. Sơ đồ khối của đầu đo độ bão hịa oxy trong máu.. Hình 3.8. Sơ đồ mạch định thời gian tạo ra tần số phát sáng cho 2 diode. Hình 3.9. Đồ thị thời gian của các xung được tạo ra từ mạch định thời gian. Hình 3.10. Sơ đồ mạch chuyển đổi dịng - áp. Hình 3.11. Mạch giữ và lấy mẫu. Hình 3.12. Mơ hình hệ thống thu nhận và xử lý dữ liệu ở trong thiết bị đo độ bão hịa oxy dạng xung cải tiến. Hình 2.13. Sơ đồ các khối nhỏ của khối tính tốn hồi quy tuyến tính. Hình 3.14. Đồ thị minh họa tập các dữ liệu điểm được sử dụng để tìm hệ số gĩc phù hợp ứng với đường thẳng phù hợp nhất. Hình 4.1. Mơ hình định nghĩa các byte trong phiên phản giao thức 2. Hình 4.2. Lưu đồ thuật tốn của chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. Hình 4.3. Giao diện chung của chương trình. Hình 4.4. Giao diện của Menu “chương trình”. Hình 4.5. Giao diện của Menu “chọn bệnh nhân”. Hình 4.6. Giao diện của Menu “chỉnh tốc độ”. Hình 4.7. Giao diện của Menu “trợ giúp”. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các dạng giảm oxy ở mơ. Bảng 4.1. Cấu trúc của các byte dữ liệu. Bảng 4.2. Minh họa một đoạn dữ liệu dưới dạng mã Hecxa của tín hiệu SpO2 thu được từ cổng RS-232 của card thu nhận và xử lý dữ liệu đầu vào. 1 LỜI NĨI ĐẦU Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị theo dõi bệnh nhân cũng phát triển khơng ngừng và đĩng một vai trị quan trọng trong việc trợ giúp các Bác sỹ và y tá theo dõi hoạt động sống của người bệnh. Mục đích của quá trình theo dõi bệnh nhân là để cĩ được một sự đánh giá định lượng về các tham số sinh học quan trọng của bệnh nhân trong các giai đoạn nguy kịch các chức năng sinh học. Những bệnh nhân ốm rất nặng, những bệnh nhân đang hồi phục sau mổ hoặc bị các bệnh về tim mạch,… được các thiết bị theo dõi giám sát liên tục các biểu hiện sống. Là một thiết bị cĩ chức năng theo dõi sức khoẻ bệnh nhân thơng qua việc thu nhận và xử lý liên tục các thơng số sống quan trọng của bệnh nhân như: Tín hiệu điện tim (ECG), nhịp tim (HR), nhịp thở (RESP), độ bão hịa oxy (SpO2), huyết áp khơng can thiệp (NIBP), nhiệt độ cơ thể (TEMP) và phát ra các báo động khi xảy các điều kiện khơng an tồn. Thiết bị theo dõi bệnh nhân thường được sử dụng để theo dõi sức khoẻ bệnh nhân trong phịng mổ, hồi sức cấp cứu, điều trị,... Thiết bị theo dõi bệnh nhân cĩ thể được sử dụng cho từng giường bệnh nhân riêng biệt hoặc cĩ thể được kết nối với một trạm theo dõi ở trung tâm điều khiển. Các dữ liệu bệnh nhân được hiển thị liên tục trên màn hình đặt ở đầu giường bệnh nhân hoặc màn hình ở trạm trung tâm. Thiết bị theo dõi bệnh nhân được thiết kế và chế tạo dựa trên những tiến bộ khoa học kỹ thuật và cơng nghệ cao của một số nước trên thế giới. Ở nước ta, lĩnh vực này vẫn cịn khá mới mẻ. Các bệnh viện và cơ sở y tế trong nước phải nhập các thiết bị này từ nước ngồi với giá thành rất đắt. Với mục tiêu nghiên cứu và học hỏi những khoa học kỹ thuật và cơng nghệ mới về lĩnh vực này, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý tín hiệu 2 trong thiết bị theo dõi bệnh nhân”. Như đã đề cập, thiết bị theo dõi bệnh nhân thu nhận và xử lý nhiều thơng số sinh học từ cơ thể bệnh nhân. Để nghiên cứu, tìm hiểu về các thơng số này cũng như quá trình thu nhận, xử lý và hiển thị của tất cả các tín hiệu trên địi hỏi một khối lượng cơng việc rất lớn và nhiều thời gian. Do vậy, nội dung chính của cuốn luận văn này, em xin được trình bày về quá trình hình thành tín hiệu SpO2, phương pháp thu nhận, xử lý và hiển thị tín hiệu trên máy tính, gĩp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu, phát triển thiết bị theo dõi các thơng số sinh học của Bệnh nhân ở nước ta hiện nay và cĩ thể dùng làm tài liệu cũng như thực hành của Sinh viên chuyên ngành Điện tử Y sinh đang được đào tạo tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Đề tài bao gồm các nội dung sau: Chương I: Giới thiệu chung về thiết bị theo dõi bệnh nhân Chương II: Tổng quan về độ bão hịa oxy trong máu Chương III: Phương pháp đo độ bão hịa oxy dạng xung Chương IV: Xây dựng chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. Cuối cùng em xin trân trọng cám ơn Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đức Thuận đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện bản luận văn này và em cũng xin chân thành cám ơn các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, đĩng gĩp những ý kiến để em hồn thành luận văn này. Hà nội, ngày tháng năm 2006 Học viên: Dương Trọng Lượng 3 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN. Quá trình phát triển của các thiết bị theo dõi bệnh nhân gắn liền với sự phát triển khoa học kỹ thuật cũng như yêu cầu ngày càng cao trong cơng tác chăm sĩc sức khỏe bệnh nhân, đặc biệt là trong mấy thập niên vừa qua. Cơ sở của các thiết bị theo dõi bệnh nhân chính là sự phát triển của quá trình thu nhận các dữ liệu sinh học của bệnh nhân bắt đầu từ thế kỷ 17. - Năm 1625, Santonio đã cơng bố phương pháp đo nhiệt độ cơ thể với một nhiệt kế và phương pháp xác định nhịp tim bằng một con lắc đơn với sự trợ giúp bởi một người bạn thân của ơng là Galileo. Tuy nhiên, các phương pháp này đã bị bác bỏ. - Năm 1707, Tohn Floyer đã cơng bố đồng hồ đo xung nhịp tim. - Đến năm 1852, phương pháp đo nhiệt độ cơ thể bệnh nhân đầu tiên đã được đưa ra bởi Ludwig Taube. Cũng trong thời gian nay, cùng với sự phát triển liên tục của đồng hồ và nhiệt kế, thì nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nhịp thở đã trở thành các thơng số sống tiêu chuẩn. - Năm 1896, Scipione Riva-Rocci đã cơng bố máy đo huyết áp đầu tiên, máy này cho phép huyết áp động mạch - thơng số sống thứ tư được đo. Sau đĩ, một bác sĩ người Nga Nikolai Korotkoff đã ứng dụng băng cuốn đo huyết áp của Scipione Riva-Rocci với một ống nghe được phát minh bởi một bác sĩ người Pháp, Rene Laennce để đo huyết áp tâm thu và tâm trương bằng phương pháp thính chẩn. - Đầu thập kỷ 1900, Harvey Cushing, một nhà phẫu thuật hàng đầu của Mỹ đã nhấn mạnh sự quan trọng của việc theo dõi liên tục và chính xác các 4 thơng số sống của bệnh nhân, đặc biệt là huyết áp trong phịng mổ là rất quan trọng. - Do đĩ, từ năm 1920, 4 thơng số sống tiêu chuẩn gồm nhiệt độ, tần số thở, tần số nhịp tim và huyết áp động mạch được ghi trong tất cả các bệnh án của bệnh nhân. - Năm 1903, Willem Einthoven đã phát minh ra dụng cụ đo điện tim ECG, với phát minh này ơng đã nhận được giải Nobel năm 1924. Đây chính là một thiết bị theo dõi sức khoẻ bệnh nhân đầu tiên và là tiền thân của các thiết bị theo dõi bệnh nhân sau này. Tín hiệu điện tim ECG trở thành một thơng số quan trọng trong việc đánh giá sức khoẻ của các bệnh nhân trong tình trạng nguy hiểm. Ban đầu, các thiết bị theo dõi bệnh nhân chỉ theo dõi được một vài thơng số sống như tín hiệu điện tim (ECG), nhịp tim (HR), huyết áp hoặc nhiệt độ và việc xử lí tín hiệu cịn đơn giản. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và cơng nghệ, thiết bị theo dõi bệnh nhân cũng ngày càng được đổi mới để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của cơng việc chăm sĩc sức khoẻ bệnh nhân. Từ hai thơng số, thiết bị theo dõi bệnh nhân tăng dần lên : • Thiết bị theo dõi bệnh nhân 4 thơng số : Tín hiệu điện tim (ECG), nhịp tim (HR), đo huyết áp bằng phương pháp khơng xâm nhập (NIBP) và nhiệt độ cơ thể (TEMP). • Thiết bị theo dõi bệnh nhân 6 thơng số là : Tín hiệu điện tim (ECG), nhịp tim (HR), nhiệt độ cơ thể (TEMP), độ bão hồ ơ xy trong máu (SpO2), đo huyết áp bằng phương pháp khơng xâm nhập (NIBP) và tín hiệu thở (RESP). 5 • Thiết bị theo dõi bệnh nhân 8 thơng số là: Tín hiệu ECG, nhịp tim, nhiệt độ, độ bão hồ ơ xy trong máu, nhịp mạch, NIBP, đo huyết áp bằng phương pháp xâm nhập (IBP) và tín hiệu thở. • Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện thiết bị theo dõi bệnh nhân hiện đại, nĩ cĩ thể đo được nhiều thơng số: ECG, nhịp tim, nhiệt độ, độ bão hồ ơ xy trong máu, nhịp mạch, NIBP, IBP, nhịp thở, nồng độ khí CO2 trong đường khí thở vào/ra và khí mê…. với 8 đường hiện sĩng. Các thơng số cĩ thể được hiển thị dưới các dạng sĩng và số liệu, với các màu sắc khác nhau, cho phép đánh giá được tồn diện và khách quan. Màn hình hiển thị CRT truyền thống trước kia được thay thế bởi màn hình TFT LCD phẳng, mỏng, độ phân giải cao. Việc xử lí dữ liệu áp dụng các thuật tốn tối ưu hơn, hệ thống phát hiện cảnh báo được trang bị hồn hảo. Giao diện với thiết bị cĩ thể nhấn trực tiếp trên màn hình (touch screen). Thơng tin theo dõi bệnh nhân khơng chỉ được hiển thị trực tiếp trên màn hình mà cịn được hiển thị trên màn hình trạm trung tâm thơng qua hệ thống hữu tuyến hay vơ tuyến. Ngồi ra, sự cĩ mặt của thiết bị theo dõi bệnh nhân xách tay (portable) theo dõi từ xa (Telemetry) trên thị trường là một bước đột phá trong cơng nghệ truyền thơng của thiết bị theo dõi bệnh nhân đĩng gĩp cho sự phát triển một nền y học hiện đại. Dữ liệu của thiết bị theo dõi bệnh nhân này được truyền bằng bằng sĩng vơ tuyến, đã đem lại những thuận lợi lớn trong việc sử dụng. 1.2. PHÂN LOẠI. Các thiết bị theo dõi bệnh nhân cĩ thể được chia thành các loại cơ bản sau: • Các thiết bị theo dõi bệnh nhân riêng lẻ : Các thiết bị này thường được sử dụng để theo dõi bệnh nhân ở từng giường đơn lẻ. Các thiết bị này cịn cĩ thể lại chia làm hai loại : thiết bị cố định để tại giường (Bedside 6 Monitor) và thiết bị xách tay (Telemetry Monitor). Thiết bị cố định thường cĩ trọng lượng và kích thước cồng kềnh khĩ di chuyển nên thường được đặt hoặc gắn cố định ở đầu giường. Loại thiết bị xách tay là những thiết bị theo dõi cĩ kết cấu nhỏ gọn cĩ thể xách tay hoặc đeo bên người bệnh nhân. • Các thiết bị theo dõi bệnh nhân được kết nối với hệ thống theo dõi bệnh nhân thơng qua hệ thống dây cáp hoặc sĩng vơ tuyến và vẫn cĩ khả năng hoạt động riêng lẻ. 1.3. CÁC CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN. • Theo dõi các thơng số sống (các thơng số sinh học cơ bản) của bệnh nhân: Các thiết bị theo dõi bệnh nhân cĩ chức năng thu nhận, xử lý, hiển thị và lưu trữ các thơng số sống của bệnh nhân một cách thường xuyên. • Hiển thị các dạng sĩng và dạng số: Hầu như các tín hiệu sinh học của bệnh nhân đều được hiển thị trên màn hình của thiết bị theo dõi dưới dạng sĩng và dạng số như: Tín hiệu điện tim, tín hiệu huyết áp, tín hiệu thở, spO2. • Tạm dừng và kích hoạt quá trình theo dõi bệnh nhân Chức năng tạm dừng sẽ tạm thời dừng việc thu nhận, hiển thị dữ liệu và các báo động. Khi kích hoạt lại quá trình theo dõi thì quá trình theo dõi bệnh nhân được tiến hành bình thường • Báo động: Thơng thường, thiết bị theo dõi bệnh nhân sẽ báo động bằng âm thanh, ánh sáng hay các thơng báo hiển thị trên màn hình khi xảy ra các trường hợp sau: - Các thơng số sống đo được ngồi giới hạn an tồn, cao quá hoặc thấp quá. - Loạn nhịp. - Tuột điện cực. - Nhiễu. 7 - Các dạng sĩng khơng đúng. - Nguồn điện áp cung cấp yếu. - Mơi trường làm việc khơng đảm bảo: nhiệt độ, độ ẩm. Như vậy, các báo động cĩ thể được chia làm hai loại : - Báo động trạng thái bệnh nhân. - Báo động trạng thái hệ thống. • Giới hạn an tồn: Tất cả các thơng số sống đều cĩ các giới hạn an tồn và chúng cĩ thể được hiển thị cùng với đơn vị đo và mức báo động hiện tại của chúng và chúng cĩ được theo dõi hay khơng. Người sử dụng cĩ thể thay đổi các giới hạn an tồn này cho phù hợp với từng bệnh nhân và mức giới hạn an tồn sẽ được thiết lập lại. Tất cả các giới hạn mặc định sẽ được thiết lập sau khi tháo bệnh nhân ra. 1.4. NHỮNG TÁC DỤNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN. Ta thấy rằng thiết bị theo dõi bệnh nhân cĩ vai trị rất quan trọng và khơng thể thiếu đối với các bệnh viện, cơ sở y tế do nĩ cĩ những chức năng và tác dụng hiệu quả trong việc theo dõi bệnh nhân. Những tác dụng cơ bản mà thiết bị theo dõi bệnh nhân mang lại : - Cải thiện việc theo dõi bệnh nhân nhờ tổ chức và hiển thị thơng tin ở dạng cĩ ý nghĩa. - Liên kết các thơng số phức tạp để minh chứng rõ ràng các vấn đề lâm sàng. - Báo động kịp thời các tình trạng khơng bình thường của bệnh nhân nhờ việc xử lý dữ liệu nhanh chĩng (những chỉ thị hay báo động mà bệnh nhân khơng thể tự đưa ra được sẽ do các thiết bị theo dõi bệnh nhân đưa ra). 8 - Đảm bảo sự chăm sĩc bệnh nhân tốt hơn với số lượng nhân viên y tế ít hơn. 1.5. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA THIẾT BỊ THEO DÕI BỆNH NHÂN. Thiết bị theo dõi bệnh nhân nĩi chung thường bao gồm các khối cơ bản được thể hiện ở hình vẽ 1.1, bao gồm: - Khối đầu đo (cảm biến hay điện cực): Dùng để thu nhận tín hiệu sinh học từ cơ thể bệnh nhân và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp cĩ biên độ nhỏ. -Khối đầu vào (bao gồm module ECG/RESP, module SpO2/BP/TEMP, module NIBP): Cĩ nhiệm vụ kết nối với các cảm biến hay điện cực từ khối đầu đo, khuếch đại và lọc tín hiệu nhiễu. - Khối Vi xử lý: Thực hiện việc xử lý tín hiệu dạng số, lọc, tính tốn và đưa tín hiệu lên màn hình hiển thị. - Màn hình hiển thị: Hiển thị các dạng tín hiệu cũng như số liệu của các thơng số sinh học đo từ cơ thể bệnh nhân. - Khối bộ nhớ: Nhớ các trạng thái và lưu các dữ liệu đã xử lý. - Máy in: Dùng để in số liệu và dạng tín hiệu ra giấy để các Bác sỹ lưu vào hồ sơ bệnh án của bệnh nhân. - Cổng kết nối vơ tuyến/ hữu tuyến: Thiết bị theo dõi bệnh nhân cĩ thể được kết nối với trạm điều khiển trung tâm thơng qua cáp hữu tuyến hay vơ tuyến. 9 1.6. CÁC THƠNG SỐ SINH HỌC CƠ BẢN CỦA BỆNH NHÂN MÀ THIẾT BỊ THEO DÕI THU NHẬN, XỬ LÝ VÀ HIỂN THỊ. 1.6.1. Tín hiệu điện tim. 1.6.1.1. Quá trình hình thành tín hiệu điện tim. Điện tim ECG (Electrocadiography) là các hoạt động điện của tim được tạo ra bởi quá trình co bĩp của cơ tim. Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự kích của tim. Đầu tiên xung động đi từ nút xoang tỏa ra cơ nhĩ làm cho tâm nhĩ khử cực, tâm nhĩ co làm đẩy máu xuống tâm thất, tiếp đĩ nút nhĩ thất AV tiếp nhận xung động rồi truyền qua bĩ His xuống tâm thất làm tâm thất khử cực, lúc này tâm thất đầy máu co mạnh sẽ đẩy máu ra ngoại biên. Hiện tượng tâm nhĩ và thất khử cực lần lượt trước sau như vậy chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thống tuần hồn. Vì thế điện tim đồ gồm hai phần, phần nhĩ đồ đi trước ghi lại hoạt động điện của tâm nhĩ và thất đồ đi sau ghi lại hoạt động điện của tâm thất. Module ECG/RESP Module SpO2/BP/TEMP Module NIBP Bộ vi xử lý Bộ nhớ Máy in Màn hình hiển thị Khối kết nối vơ tuyến/hữu tuyến Khối đầu đo Khối đầu vào Hình 1.1. Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị theo dõi bệnh nhân. 10 Với qui ước đặt điện cực dương bên trái quả tim và điện cực âm bên phải quả tim ta thu được các dạng sĩng điện tim. Dạng sĩng điện tim bao gồm một chuỗi các sĩng lặp lại theo mỗi chu kỳ tim. Những sĩng thành phần này được ký hiệu bằng các ký tự P, Q, R, S, T theo quy ước thường dùng trong lâm sàng. Các sĩng thành phần này tương ứng với các hoạt động của một chu kỳ tim. Tổng thời gian cho một chu kì tín hiệu điện tim là khoảng 800ms, tương ứng với khoảng 75 nhịp/phút. - Dạng sĩng P: Là quá trình khử cực tâm nhĩ, xung động đi từ nút xoang tại nhĩ phải sẽ tỏa ra làm khử cực cơ tâm nhĩ, hình thành một điện thế dương hướng từ trên xuống, từ phải sang trái của tim. Thời gian khử cực này khoảng 80 ms. Khi tâm nhĩ tái cực, nĩ cũng tạo ra một điện thế cực tính âm nhỏ hơn nhiều so với điện thế khử cực tâm thất cùng lúc đĩ, nên ta khơng Hình 1.2. Dạng tín hiệu điện tim chuẩn. 5mm 0.2 sec 0.04 sec 5mm 1mm 1mm 0.1mV 0.5mV 25mm/sec 10mm/mV P-R S-T segment S-T Seg- ment P-R Interval Interval Interval QRS IntervalQ-T R P T U Q S 11 nhìn thấy trên điện tim đồ. Như vậy, hoạt động của tâm nhĩ trên điện tim đồ chỉ tồn tại một sĩng đơn - sĩng P. - Sĩng phức hợp QRS: Là quá trình khử cực tâm thất, bắt đầu từ lúc tâm nhĩ vẫn cịn đang khử cực. Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa mặt trái vách liên thất đi xuyên sang mặt phải vách này tạo nên một vectơ điện thế khử cực đầu tiên hướng từ trái sang phải tạo nên một sĩng âm nhỏ nhọn trên điện tim đồ gọi là sĩng Q. Tiếp đĩ, xung động được truyền hướng xuống và bắt đầu khử cực cả hai tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim. Lúc này, quá trình khử cực hướng nhiều về phía bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nằm nghiêng hướng trục giải phẫu sang bên trái. Vì thế vectơ điện thế khử cực lúc này hướng từ phải sang trái hình thành một sĩng dương rất cao và nhọn gọi là sĩng R. Sau cùng là vùng đáy thất được khử cực tạo nên một vectơ điện thế hướng từ trái sang phải tạo nên một sĩng âm nhỏ nhọn gọi là sĩng S. Như vậy, trong quá trình khử cực tâm thất đã sinh ra một sĩng phức hợp QRS cĩ biên độ tương đối lớn, biến thiên nhanh chỉ trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 70ms. - Sĩng T và U: Khi tâm thất khử cực xong sẽ qua một thời gian tái cực chậm khơng thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sĩng nào hết mà chỉ là một đường thẳng, đoạn S-T sau đĩ là đến một thời kỳ tái cực nhanh và xuất hiện sĩng T. Tái cực tiến hành từ vùng điện dương đến vùng điện âm và cĩ vectơ tái cực hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái làm phát sinh một làn sĩng dương thấp. Sĩng T thường cĩ dạng khơng đối xứng, sườn lên thoai thoải và sườn xuống dốc đứng hơn. Người ta khơng đo khoảng thời gian của sĩng T vì nĩ thay đổi theo từng người và điểm bắt đầu của sườn lên là khơng rõ ràng. Ngay sau khi sĩng T kết thúc, ta cịn cĩ thể thấy một sĩng chậm nhỏ gọi là sĩng U. Sĩng U là giai đoạn muộn của quá trình tái cực. Sĩng T thường cĩ độ rộng khoảng 0,2s và sĩng U cĩ độ rộng khoảng 0,08s. 12 1.6.1.2. Ghi (thu nhận) tín hiệu điện tim. Tín hiệu điện tim được lấy trên da bệnh nhân thơng qua hệ thống điện cực và cáp nối. Số điện cực cĩ thể là 3, 5, hay 12 điện cực tuỳ theo từng loại thiết bị. Càng nhiều điện cực thì thơng tin đo được càng chính xác. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị theo dõi bệnh nhân thường sử dụng cáp điện tim tiêu chuẩn 3 hoặc 5 điện cực. Vị trí đặt điện cực trên người bệnh nhân tuỳ thuộc vào số điện cực của cáp điện tim. Ví dụ với hệ thống 3 điện cực ( hình thành 3 đạo trình), các điện cực này sẽ được gắn ở tay phải (R/RA - Right arm), tay trái (L/LA- Left arm) và chân trái (F/LL - Left Leg) của bệnh nhân. Đối với cáp điện tim 5 điện cực thì thêm các vị trí ngực (C/V - Chest) và chân phải (N/RL - Right Leg). Quá trình ghi tín hiệu điện tim từ cơ thể người bệnh dựa trên hệ thống các đạo trình như sau: - Ba đạo trình chi chuẩn (lưỡng cực) (hay các đạo trình Eithoven): I, II, III . Để thu tín hiệu điện tim, Eithoven dùng ba điện cực gắn lên các chi (hình 1.3), quá trình này hình thành ba đạo trình chi lưỡng cực cĩ dạng một tam giác đều ( tim đặt tại tâm của tam giác) và được gọi là tam giác Einthoven . Cho dù các đạo trình chi cĩ tiếp xúc với phía đầu của các chi (cổ tay và cổ chân) hay tại phía cuối của chi (vai hay phía trên của đùi) (hình 1.4) thì cũng khơng cĩ sự khác nhau trong việc ghi tín hiệu là do các chi cĩ thể được xem như một dây dẫn dài xuất phát từ một điểm trên cơ thể người. 13 Tam giác Einthoven là một sự mơ tả tương đối các vectơ đạo trình tương ứng với các đạo trình chi. Đạo trình I được kí hiệu là CI, đạo trình II được kí hiệu là CII, đạo trình III được kí hiệu là CIII (trong hình 1.3). Các đạo trình chi Einthoven (các đạo trình chuẩn) được tính như sau: o Đạo trình I: VI = φL- φR o Đạo trình II: VII = φF- φR o Đạo trình III: VIII = φF- φL Trong đĩ: VI, VII, VIII lần lượt là hiệu điện thế của các đạo trình I, II, III. φL, φR, φF là điện thế lần lượt tại tay trái, tay phải, chân trái. (Tay trái, tay phải, và chân trái cũng được biểu thị bởi các kí hiệu LA, RA, và LL tương ứng). Hình 1.3. Quá trình thu tín hiệu điện tim thơng qua các đạo trình Eithoven. VI = φL - φR VIII = φF - φLVII = φF - φR Lead II Lead III Lead I φLφR φF CII CIII CI Z Y 14 - Sáu đạo trình trước tim (đơn cực): V1, V2, V3, V4, V5, V6 Sáu điện cực dương được đặt trên ngực, trước tim để ghi lại hoạt động điện của tim trong một mặt phẳng vuơng gĩc với mặt phẳng phía trước (hình 1.3). Sáu điện cực này được đặt tên từ V1 - V6. Các qui luật biểu diễn cũng tương tự như đối với các đạo trình chi. Ví dụ, một sĩng khử cực truyền về phía một điện cực nào đĩ trên ngực sẽ gây ra một độ lệch dương. Các đạo trình từ V1 đến V6 được phân bố chủ yếu trên ngực trái. V1, V2 được phân bố tại xương sườn thứ tư, V4 tại xương sườn thứ 5, tại vùng giữa xương địn. V3 nằm giữa V2 và V4, V5 nằm cùng hàng ngang như V4 nhưng trên đường lá nách trước, V6 nằm ngang hàng với V4 nhưng tại đường lá nách giữa. Hình 1.4. vị trí các điện cực đặt ở vai và phía trên đùi. 15 1.6.1.3. Đặc điểm của tín hiệu điện tim Tín hiệu điện tim là tín hiệu sinh học lấy từ cơ thể người thơng qua các điện cực, do vậy nĩ cĩ một số đặc điểm sau: - Biên độ của tín hiệu điện tim tương đối nhỏ, khoảng 1mV. - Tần số nằm trong khoảng từ: 0.1Hz đến 250Hz. - Dễ bị can nhiễu, nguồn nhiễu này sinh ra do một số nguyên nhân cơ bản như: Nhiễu 50Hz (nhiễu của nguồn điện áp xoay chiều cung cấp cho thiết bị), nhiễu do tiếp xúc của các điện cực, do sự chuyển động của bệnh nhân, do sự co cơ,…. 1.6.1.4. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu điện tim trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. Tín hiệu điện tim được lấy từ cơ thể người thơng qua các điện cực LL, LA , RA và tín hiệu đất thả nổi đưa ra là RL (hình 1.6). Các tín hiệu này được đưa qua mạch bảo vệ đầu vào (mạch bảo vệ chống sốc điện và mạch lọc nhiễu Hình 1.5. Quá trình thu tín hiệu điện tim thơng qua các đạo trình trước tim Xương địn Đường giữa xương địn Đường trục giữa 16 50Hz,…). Các tín hiệu này tiếp tục được đưa vào các bộ khuếch đại thuật tốn. Đầu ra của các bộ khuếch đại thuật tốn được đưa vào các mạch lựa chọn đạo trình (sử dụng các bộ chuyển mạch tương tự). Tín hiệu ra của ._.mạch lựa chọn đạo trình được đưa vào bộ khuếch đại hiệu, tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại hiệu là tín hiệu của đạo trình được lựa chọn. Tín hiệu này được đưa qua bộ lọc thơng cao và thơng thấp để lọc lấy tín hiệu cĩ dải tần của tín hiệu điện tim. Trong suốt quá trình xử lý này, tín hiệu phát hiện tuột đầu đo LEAD OFF (lấy từ đầu ra của bộ khuếch đại đầu vào) được ghép kênh với các tín hiệu khác thơng qua sự điều khiển của vi xử lý, mục đích để kiểm tra sự tiếp xúc của đầu đo với bệnh nhân. Tín hiệu ra của bộ ghép kênh được khuếch đại một lần nữa trước khi đưa vào bộ chuyển đổi tương tự - số và cuối cùng đưa đến bộ vi xử lý để xử lý dữ liệu rồi hiển thị. Ngồi ra, đối với mục đích hiệu chỉnh 1mV tín hiệu hiệu chuẩn sẽ được tạo ra ở mỗi kênh, phía trước mạch lọc thơng cao và thơng thấp. Ta cĩ thể đưa tín hiệu test từ một thiết bị tạo tín hiệu điện tim chuẩn vào để kiểm tra thiết bị theo dõi bệnh nhân. Lúc này chuyển mạch đạo trình của bệnh nhân tắt, lựa chọn các đạo trình khác ứng với tín hiệu test đưa vào. Hình 1.6. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu điện tim trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. Đ ầu n ối c ác đ iệ n cự c Mạch bảo vệ đầu vào & mạch lọc common RA LA LL RL Mạch khuếch đại đầu vào Chuyển mạch lựa chọn đạo trình Mạch khuếch đại hiệu Bộ lọc thơng thấp & thơng cao Ghép kênh Khuếch đại Bộ chuyển đổi A/D Bộ vi xử lý Hiển thị Mạch tạo điện áp RL Hai kênh xác định nhịp tim Các tín hiệu test Tín hiệu lựa chọn đạo trình Tín hiệu tuột điện cực LEAD 17 1.6.2. Nhịp tim. Nhịp tim (Heart Rate) được xác định là số lần tim đập trong một phút. Việc theo dõi nhịp tim là để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm. Nhịp tim được lấy từ quá trình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng thời gian tức thời giữa hai đỉnh R liền nhau. Nhịp tim cĩ khoảng giá trị từ 0-250 nhịp/phút. Do nhịp tim được lấy từ quá trình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim ECG nên sơ đồ khối của quá trình xử lý nhịp tim cũng là sơ đồ khối hình 1.6. Bộ vi xử lý sẽ thực hiện việc tính tốn và hiển thị giá trị nhịp tim khi tín hiệu điện tim đã được xử lý. 1.6.3. Nhiệt độ. 1.6.3.1. Giới thiệu chung. Nhiệt độ (temperature) được đo tại một số vị trí khác nhau trên cơ thể để chẩn đốn và theo dõi bệnh nhân. Ở người, nhiệt độ phần giữa cơ thể là ổn định nhờ chức năng điều hịa nhiệt độ (thermoregulatory) sinh lý. Nhiệt độ của các mơ nằm sâu trong phần giữa cơ thể được gọi là nhiệt độ lõi hay nhiệt độ cơ thể sâu (deep body). Thuật ngữ “nhiệt độ cơ thể” thường dùng cho nhiệt độ lõi mặc dù nhiệt độ của cơ thể là khơng đồng đều mà thay đổi từ điểm này tới điểm khác. Nhiệt độ lõi luơn nằm trong khoảng 35 ÷ 40 0C. Hầu hết các thay đổi nhiệt độ sinh lý hay bệnh lý đều nằm trong dải này, từ thấp nhất vào sáng sớm hay trong thời tiết lạnh tới cao nhất do sốt hay do vận động mạnh. 1.6.3.2. Đo nhiệt độ. Để đo nhiệt độ từ cơ thể người, hiện nay người ta dùng một số loại sensor nhiệt như: Điện trở nhiệt, cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở dây dẫn và màng mỏng. Trong luận văn này, em xin giới thiệu phương pháp đo nhiệt độ từ cơ thể người bằng điện trở nhiệt. 18 Điện trở nhiệt là một sensor nhiệt độ điện trở bán dẫn chế tạo bởi ơxít kim loại nung kết (sintered) như măng gan (Mg), coban (Cb), Niken (Ni), sắt (Fe) hay đồng (Cu). Điện trở của điện trở nhiệt cĩ hệ số nhiệt độ âm thường vào khoảng -0,04/K, gấp 10 lần so với hệ số nhiệt độ của điện trở dây dẫn bạch kim (0,0039/K). Do đĩ, điện trở nhiệt là thích hợp cho phép đo nhiệt độ sinh lý cần độ chính xác cao trong dải nhiệt độ hẹp. Điện trở suất của vật liệu làm điện trở nhiệt ρ cĩ quan hệ với nhiệt độ tuyệt đối T như sau: )2/exp( kTEg∝ρ trong đĩ, Eg là năng lượng vùng trống cịn k là hằng số Boltzmann. Vì vậy, nếu giá trị của điện trở nhiệt tại nhiệt độ T0 là R0 thì điện trở R tại nhiệt độ T là: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= B TT expR)T(R 0 0 11 (1.1) B = Eg/2k là hằng số phụ thuộc vào vật liệu, cĩ đơn vị là nhiệt độ và nằm trong khoảng 1500 ÷ 6000 K. Từ phương trình (1.1), ta cĩ hệ số nhiệt độ α: 2 1 T B T B dT d dT dR R −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛==α Điều này cĩ nghĩa là hệ số nhiệt độ là một số âm và phụ thuộc vào nhiệt độ. Do đặc tuyến của điện trở nhiệt là phi tuyến nên cĩ nhiều cách để cĩ đặc tuyến ra là tuyến tính. Trong dải nhiệt độ hẹp, việc tuyến tính hĩa cĩ thể thực hiện chỉ cần dùng thêm một điện trở (hình 1.7). Nếu sử dụng nguồn điện áp cố định thì điện trở được mắc nối tiếp cịn nếu dùng nguồn dịng cố định thì điện trở được mắc song song. Để giảm thiểu sai số phép đo, giá trị điện trở R1 được tính theo cơng thức (1.2): 19 )TB/()TB(RR 221 +−= (1.2) với T là giá trị trung bình của dải nhiệt độ cần đo và R là điện trở của điện trở nhiệt tại nhiệt độ đĩ. Như vậy, điện trở của điện trở nhiệt đo được bằng cách cho dịng điện hay điện áp chảy qua nĩ thì ta thu được điện áp hay dịng điện ở đầu ra. 1.6.3.3. Thực hiện phép đo hợp lý. Phép đo nhiệt độ phải được thực hiện nhanh, chính xác và đáng tin cậy. Các nhân tố ảnh hưởng tới phép đo nhiệt độ bao gồm: - Tần số và độ chính xác hiệu chỉnh. - Lựa chọn vị trí giải phẫu để đo. - Điều kiện mơi trường. - Vận động, chuyển động của bệnh nhân. Điện trở nhiệt Điện trở nhiệt Điện trở nối tiếp Điện trở song song Dịng ra Áp ra R1 R R R1 Nguồn áp khơng đổi Nguồn dịng khơng đổi (a) (b) Hình 1.7. Mạch tuyến tính hĩa cho điện trở nhiệt. (a) Điện trở mắc nối tiếp với nguồn áp khơng đổi; (b) Điện trở mắc song song với nguồn dịng khơng đổi. 20 1.6.3.4. Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị tín hiệu nhiệt độ của thiết bị theo dõi bệnh nhân. Điện trở nhiệt trong đầu đo nhiệt độ được kết nối với bộ so sánh. Bộ so sánh này sẽ liên tục so sánh đầu vào với các điện trở chuẩn để liên tục hiệu chuẩn phép đo. Điện áp được tạo ra sau đĩ sẽ được khuếch đại, lọc và được số hĩa rồi đưa đến bộ vi xử lý. Việc hiệu chỉnh liên tục, tuyến tính hĩa, điều khiển, biến đổi sang 0C và hiển trên màn hình đều được thực hiện bởi bộ vi xử lý. 1.6.4. Nhịp thở. 1.6.4.1. Giới thiệu chung về hệ hơ hấp của người. Phổi thực hiện chức năng thơng khí vào trao đổi O2, CO2 với máu. Về mặt trao đổi khí, máu sẽ nhận O2 từ khơng khí hít vào và thải CO2 ra ngồi theo đường thở ra. Về mặt thơng khí, khi phổi co lại sẽ tạo nên một áp lực âm so với áp lực khí quyển và khơng khí sẽ đi vào qua đường dẫn khí (mồm, mũi- khí quản, phế quản-phổi). Đây là quá trình hít vào của con người. Khi phổi dãn ra, lượng khí trong phổi bị đẩy ra ngồi do áp lực phổi cao hơn áp lực khí Nguồn dịng Mạch so sánh Khuếch đại vi sai Lọc thơng thấp Chuyển đổi tương tự - số Vi xử lý Hiển thị Sensor nhiệt Tín hiệu điều khiển so sánh Hình 1.8. Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị tín hiệu nhiệt độ 21 quyển. Đây là quá trình thở ra của con người. Hoạt động của hệ hơ hấp được theo dõi qua các thơng số khí cĩ trong khí thở của con người như CO2, lượng O2 tiêu thụ cũng như sự co bĩp của phổi và số lần hít vào, thở ra (nhịp thở). 1.6.4.2. Phương pháp đo nhịp thở. Để đo tín hiệu thở (nhịp thở) người ta thường dùng một số phương pháp như: Điện trở nhiệt được đặt ở trước mũi, phương pháp trở kháng phổi. Tín hiệu nhịp thở được lấy từ bất kỳ một đầu đo sau đĩ được khuyếch đại và trong khoảng thời gian này sẽ thực hiện đo giữa hai xung kế tiếp nhau. Dải đo thường là từ 0 cho tới 100 nhịp/phút. - Phương pháp điện trở nhiệt. Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống hơ hấp của người. Khoang mũi Khoang miệng Nắp thanh quản Khí quản Phổi Phế quản trái Thùy trên bên trái Động mạch phổi Cuống phổi nhỏ Màng phổi túi phổi Thùy dưới bên trái Lá phổi phải Lá phổi trái Họng Thanh quản Thùy trên bên phải Phế quản phải Thùy giữa phải Thùy dưới bên phải Máu giàu oxy Máu ít oxy 22 Một phương pháp phổ biến thường được sử dụng để đo nhịp thở là sử dụng các điện trở nhiệt như là các đầu đo. Trong phương pháp này, người ta sử dụng một điện trở nhiệt đặt gần ống quản để đo sự thay đổi của nhiệt độ khí thở trong khi hít vào hoặc thở ra. Điện trở nhiệt được đặt trên cánh tay của bệnh nhân là một mạch cầu Wheastone để đưa ra sự thay đổi của nhiệt độ nêu trên. Một bộ khuyếch đại được sử dụng để nhận tín hiệu từ mạch cầu, rồi tiếp tục được đưa đến bộ vi xử lý để thực hiện đếm số nhịp thở. Các tần số thấp sẽ được lọc bỏ trước khi tín hiệu này đi vào bộ vi xử lý. - Phương pháp trở kháng phổi. Đây là một kỹ thuật dùng để xác định nhịp thở một cách gián tiếp. Trong phương pháp này, người ta sử dụng các điện cực đặt lên ngực bệnh nhân, dựa vào trở kháng phổi để xác định quan hệ giữa độ sâu nhịp thở và sự thay đổi trở kháng của ngực. Thơng thường dịng cung cấp cho hai điện cực là dịng xoay chiều cĩ tần số từ 20KHz đến 100KHz, cường độ từ 25µA đến 500µA. Các điện cực sử dụng ở đây là các điện cực dán (giống như điện cực đo tín hiệu điện tim ECG). Hình 1.11 mơ tả sơ đồ khối đo nhịp thở theo phương pháp trở kháng với hai điện cực được sử dụng. Các điện cực được gắn lên ngực bệnh nhân để lấy tín hiệu. Khi trở kháng điện ngang ngực tăng cùng với thể tích phổi thì quan hệ giữa sự thay đổi trở kháng ∆Z và sự thay đổi thể tích phổi ∆V phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí điện cực, kích thước và hình dạng của cơ thể. Mối quan hệ ∆Z/∆V tính bằng Ω/l. Các điện cực khi tiếp xúc với da sẽ tạo ra một trở kháng cỡ 150 đến 200Ω. Trong mỗi chu kỳ thở thì trở kháng sẽ thay đổi trong khoảng 1% . 23 1.6.4.3. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. Các điện cực được đặt ở trước ngực bệnh nhân (tùy theo vị trí của điện cực thì ta cĩ ∆Z) để đo tín hiệu thở, bộ tạo dao động sẽ tạo ra tín hiệu dịng điện xoay chiều cĩ tần số từ 20KHz đến 100KHz, cường độ từ 25µA đến 500µA tác động vào điện cực mục đích để thu được giá trị điện áp để đưa vào bộ khuếch đại. Tín hiệu ra của bộ khuếch đại sẽ được lọc, xử lý và tính tốn bởi bộ vi xử Dạng sĩng hơ hấp Khi thở ra Khi hít vào Hình 1.10. Nguyên lý đo trở kháng phổi. Bộ tạo dao động Bộ khuyếch đại Giải điều chế và lọc Dải điện áp DC Tín hiệu ra R RZ A B ∆Z Hình 1.11. Nguyên lý của phương pháp đo trở kháng phổi (hai điện cực) 24 lý. Trên màn hình sẽ hiển thị dạng tín hiệu thở và nhịp thở/phút, tất cả quá trình này được thể hiện ở hình 1.12. 1.6.5. Huyết áp (Blood Pressure). 1.6.5.1. Giới thiệu chung. Hệ thống tuần hồn khép kín của cơ thể người bao gồm tim và mạch máu là đường vận chuyển quan trọng trong cơ thể con người. Nhờ cĩ máu tuần hồn nhịp nhàng ở hệ thống này, con người mới cĩ thể khơng ngừng trao đổi chất với bên trong và bên ngồi cơ thể, mới cĩ thể sử dụng nguồn dinh dưỡng và dưỡng khí một cách hữu hiệu, thải ra khí CO2 và chất thải, nhằm duy trì hoạt động sống một cách bình thường và giữ cho cơ thể ở trạng thái cân bằng đối với mơi trường trong và ngồi cơ thể. Huyết áp cĩ hai trị số. Khi tim co lại, dựa vào tác dụng bơm của tim, tâm thất trái sẽ đẩy máu vào động mạch chủ, máu trong động mạch chủ sẽ tăng cao đột ngột, làm tăng sức ép lên mạch máu. Lúc này, huyết áp trong động mạch sẽ tăng đến mức cao nhất, giá trị huyết áp đo được được gọi là cao Điện cực đo Khuếch đại Bộ tạo dao động Bộ vi xử lý Hiển thị Hình 1.12. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị theo dõi bệnh nhân. 25 áp (huyết áp cao). Do áp lực sản sinh khi tim co lại nên y học gọi là huyết áp tâm thu. Khi tim giãn ra, máu tạm thời ngưng lại, khơng đi vào động mạch chủ. Lúc này, lượng máu của lần trước vẫn đi vào động mạch, dựa vào tác dụng của lực giãn và lực đàn hồi của động mạch, máu vẫn tiếp tục được đẩy về phía trước, áp lực trong động mạch dần giảm xuống. Giá trị huyết áp đo được khi áp lực trong động mạch giảm xuống đến mức thấp nhất được gọi là hạ áp. Trong y học, quá trình này là huyết áp tâm trương, huyết áp thường được biểu thị dưới dạng con số cụ thể như 120/80 mmHg nghĩa là áp suất tâm thu/áp suất tâm. Giá trị danh định trong các hệ thống tuần hồn cơ sở là: - Hệ thống động mạch: 30÷300mmHg. - Hệ thống tĩnh mạch : 5÷15mmHg. - Hệ thống phổi: 6÷25 mmHg. 1.6.5.2. Sự hình thành huyết áp. Huyết áp là áp lực gây ra cho thành mạch máu khi máu lưu thơng trong mạch máu. Sự hình thành của huyết áp động mạch là kết quả của tác dụng tương quan giữa tim bơm máu và lực cản bên ngồi. Khi tim co lại, tâm thất sẽ đẩy máu vào mạch máu. Cơ tâm thất phĩng thích ra năng lượng, một phần dùng để đẩy máu di chuyển, một phần sẽ chuyển hĩa thành áp lực lên thành mạch máu. Trị số huyết áp và lượng máu do tim đẩy ra cĩ liên quan mật thiết với nhau. Lượng máu đẩy ra là tích số của lượng máu được đẩy ra sau mỗi lần tim đập và nhịp tim. Vì vậy, nhịp tim nhanh hay chậm đều ảnh hưởng đến trị số huyết áp. Sức cản ngoại vi được hình thành chủ yếu do lực cản huyết quản, là một nhân tố quan trọng hình thành nên huyết áp. Nếu khơng cĩ sức cản ngoại vi thì lượng máu từ tim bơm ra sẽ chảy nhanh ra ngồi. Chỉ khi phối hợp với sức cản ngoại vi, lượng máu do tim bơm ra sẽ khơng chảy quá nhanh mà lưu 26 lại ở mạch máu. Như thế, năng lượng phĩng thích ra khi tâm thất co lại mới cĩ thể biểu hiện dưới dạng áp lực, hình thành nên huyết áp tương đối cao. Áp lực ngoại vi tăng cao chủ yếu là do sự thay đổi của đường kính mạch máu và liên quan mật thiết đến hoạt động co, giãn của thành mạch máu. Độ đàn hồi của động mạch và độ dính của máu cũng sẽ ảnh hưởng đến trị số huyết áp. Khi độ đàn hồi của động mạch tăng cĩ tác dụng làm giảm biên độ dao động của huyết áp, ngăn ngừa hiện tượng áp suất tâm thu quá cao và áp suất tâm trương quá thấp. Độ dính của máu tăng cao, sức cản ngoại vi lớn cũng sẽ làm cho huyết áp tăng cao. 1.6.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến huyết áp. Do sự thay đổi về khách quan và chủ quan nên cuộc sống của con người luơn phải ở trong nhiều trạng thái sinh hoạt khác nhau dẫn tới sự thay đổi về sinh lý học trong đĩ phải kể tới là huyết áp. Vì vậy, cùng một người trong thời gian và trạng thái khác nhau, trị số huyết áp đo được cũng khác nhau. Cĩ rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến sự dao động và thay đổi của huyết áp: - Thời tiết: trong mơi trường giá lạnh, huyết áp sẽ tăng cao tạm thời. Dù là người cĩ huyết áp bình thường hay bệnh nhân cao huyết áp, vào mùa đơng huyết áp thường cao hơn mùa hạ. - Ngày đêm: trong một ngày đêm, thời gian khác nhau thì huyết áp cũng khác nhau, xuất hiện đặc trưng thay đổi theo chu kì. Thơng thường, khi ngủ, huyết áp tương đối thấp, buổi trưa và buổi chiều thì huyết áp tương đối cao. - Thần kinh: khi tâm lý bị kích động, thần kinh căng thẳng, chức năng của vỏ não bị rối loạn, chất cattecholamine được bài tiết nhiều hơn, làm tăng lực cản ở tiểu động mạch, cĩ thể dẫn đến dao động huyết áp tăng lên. 27 - Vận động: Khi vận động mạnh, nhu cầu về năng lượng tăng cao, lượng bài tiết cattecholamine và lượng máu do tim đẩy đi tăng cao, huyết áp cũng tăng lên tương ứng. Lúc này, áp suất tâm thu tăng lên đáng kể, áp suất tâm trương chỉ hơi thay đổi. Sau khi nghỉ ngơi, huyết áp sẽ trở về như cũ rất nhanh. 1.6.5.4. Phương pháp đo huyết áp. Để đo huyết áp của cơ thể người, thơng thường cĩ hai phương pháp đo, - Phương pháp đo trực tiếp (xâm nhập -invasive): Đây là phương pháp đo huyết áp chính xác nhất vì cảm biến được cấy trực tiếp vào động mạch của cơ thể. Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xác rất cao, đáp ứng cho yêu cầu theo dõi liên tục của hệ thống monitor (theo dõi bệnh nhân). Phương pháp này cho phép đo huyết áp trong các vùng sâu mà phương pháp đo gián tiếp khơng đo được và người ta sử dụng các loại ống thơng cĩ gắn cảm biến để đưa vào trong động mạch hoặc tĩnh mạch ở vùng cần đo huyết áp. - Phương pháp đo gián tiếp ( khơng xâm nhập- Noninvasive). Phương pháp này xác định áp suất của máu tại tâm thu và tâm trương bằng cách cuốn quanh cánh tay một túi chịu áp, sau đĩ dùng bĩng hơi để bơm hơi vào túi đến một giá trị nhất định. Đây là quá trình tác động lên động mạch một khí nén, làm cho sự lưu thơng của mạch máu tại vị trí đo bị thay đổi (bị chặn lại). Quá trình giảm dần áp suất trong túi một cách đều đặn tới khi nào máu trong động mạch bắt đầu lưu thơng thì đĩ là giá trị áp suất của tâm thu, tiếp tục giảm áp suất trong túi đến khi mạch máu lưu thơng bình thường thì giá trị đĩ là áp suất của tâm trương. Một vấn đề gặp phải ở đây là việc xác định ngưỡng của hai giá trị này là khĩ đối với bác sỹ, giá trị của huyết áp thu được phụ thuộc nhiều vào khả năng của bác sỹ. Korotkoff đã khắc phục bằng cách dựa vào âm thanh tạo ra từ sự thay đổi tốc độ dịng máu trong động mạch. Âm thanh thứ nhất được tạo ra khi áp 28 suất trong túi giảm bằng với áp suất của tâm thu, khi đĩ trong động mạch bắt đầu cĩ dịng máu chảy trở lại. Nếu tiếp tục giảm áp suất trong túi thì dịng chảy trong động mạch tăng dần và đến giá trị bằng với áp suất tâm trương thì chảy hồn tồn bình thường và âm thanh thứ hai lại xuất hiện. Những cách trên là hồn tồn xác định theo phương pháp thủ cơng, tức là thực hiện bằng tay và kết quả cũng phụ thuộc nhiều vào khả năng của bác sỹ. Từ đĩ người ta đã tìm ra các phương pháp đo hồn tồn tự động để cĩ thể thực hiện trên máy. + Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Korotkoff: Phương pháp này thực hiện giống như khi làm bằng tay nhưng thêm vào đĩ là cĩ thêm các cảm biến âm thanh được đặt vào túi khí để thu các âm thanh Korotkoff. Các âm thanh này thu được nhờ cảm biến và được chuyển đổi thành các tín hiệu điện tương ứng. Sau đĩ các tín hiệu này được khuyếch đại và đi qua các bộ lọc thơng dải từ 25 đến 125 Hz để loại bỏ nhiễu. Từ các tín hiệu điện thu được này, người ta sẽ xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng. Quá trình diễn ra trong khoảng thời gian từ 2 đến 5 giây. Bơm khí bằng tay Dây ống nghe Băng cuốn huyết áp Đồng hồ đo huyết áp Hình 1.13. Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Korotkoff. HuyÕt ¸p t©m tr−¬ng HuyÕt ¸p xung ®éng m¹ch ¸p lùc trong cuèn huyÕt HuyÕt ¸p t©m thu 110 100 90 80 mmHg Á lực trong băng cuốn uyết áp 29 + Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp dao động kế. Phương pháp này đo huyết áp máu bằng cách dị sự co bĩp của động mạch sinh ra do quá trình co bĩp của tim. Khi băng quấn xung quanh tay bệnh nhân được bơm căng, dịng máu trong mạch bị ngưng nhưng sự co bĩp của động mạch vẫn xảy ra liên tục và làm cho áp suất trong băng quấn dao động. Khi giảm dần áp suất trong băng quấn, cường độ dao động của áp suất trong băng quấn tăng dần thậm chí đạt đến giá trị đỉnh. Tiếp tục giảm áp suất trong băng quấn sẽ làm cho dao động giảm. Mối quan hệ giữa sự thay đổi áp suất băng quấn và sự dao động của nĩ được lưu vào bộ nhớ và được sử dụng để tính huyết áp máu. Cụ thể là áp suất băng quấn khi dao động tăng nhanh là huyết áp tâm thu, áp suất băng quấn khi dao động giảm nhanh là huyết áp tâm trương. Áp suất băng quấn khi dao động đạt đến giá trị đỉnh là huyết áp động mạch trung bình. 1.6.5.5. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP( huyết áp khơng xâm nhập) của thiết bị theo dõi bệnh nhân. Âm Korotkoff Áp suất băng quấn Dao động áp suất trong băng quấn 200 160 120 80 40 0 157 83 mmHg Hình 1.14. Mơ hình đo huyết áp sử dụng phương pháp dao động kế. 30 Vi xử lý sẽ điều khiển quá trình bơm khí vào vịng bít (băng quấn) thơng qua mạch cơng suất. Mức độ bơm sẽ được điều chỉnh theo các thơng số xác định sẵn và lấy mẫu thực tế. Mức áp suất trong vịng bít sẽ được đo bởi bộ cảm biến áp suất, điện áp lấy ra từ bộ cảm biến này sẽ thay đổi theo sự thay đổi của áp suất trong vịng bít. Tín hiệu điện áp này sẽ được khuếch đại và lọc trước khi được chuyển đổi sang tín hiệu số thơng qua bộ chuyển đổi A/D. Dữ liệu số được lấy ra một cách nối tiếp rồi được chuyển vào bộ vi xử lý, tại đây dữ liệu được xử lý, tính tốn và hiển thị lên màn hình của thiết bị theo dõi bệnh nhân. 1.6.6. Độ bão hịa oxy trong máu. Đây là một trong những thơng số sinh học khá phức tạp để đo, xử lý và hiển thị trên màn hình của thiết bị theo dõi bệnh nhân. Một số nước trên thế giới họ đã nghiên cứu và chế tạo thàng cơng các thiết bị đo độ bão hịa oxy khơng xâm lấn cầm tay và thiết bị theo dõi bệnh nhân (bao gồm cả tín hiệu bão hịa oxy trong máu). Ở nước ta, vấn đề này vẫn cịn khá mới. Do vậy, em muốn nghiên cứu về phương pháp đo, xử lý và hiển thị (hiển thị trên máy tính) độ bão hịa oxy trong máu và được bắt đầu từ chương 2 trong cuốn luận văn này. Cảm biến áp suất 2 bơm khí Khuếch đại, lọc Cơng suất Chuyển đổi A/D Bộ vi xử lý Hiển thị Băng quấn Hình 1.15. Sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu NIBP của thiết bị theo dõi bệnh nhân. 31 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BÃO HỊA OXY TRONG MÁU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG. 2.1.1. Quá trình oxy hĩa và khử oxy khĩa trong cơ thể người. Sự ơxy hố và khử ơxy hố máu là quá trình ít được quan tâm nhưng xảy ra trong từng hơi thở của chúng ta. Khi một người hít khơng khí vào thì khoảng 20% trong số đĩ là ơxy. Khơng khí giàu ơxy sẽ vào phổi và ở đĩ nĩ được trao đổi qua màng phổi trở thành ơxy mà khơng cĩ Hemoglobin (Hb). Sau đĩ Hemoglobin ơxy hố được đưa qua động mạch hệ thống tới tim và từ đĩ được phân phối cho tồn cơ thể tới các mơ, tại mơ ơxy được sử dụng và sản phẩm chuyển hố hay sản phẩm đào thải là CO2 được đưa trở lại qua hệ thống tĩnh mạch, qua tim sau đĩ trở lại phổi, nơi mà CO2 cĩ thể bị đào thải ra khỏi cơ thể qua động tác thở ra. Quá trình này xảy ra khi mọi người hít thở. Một người khơng được cung cấp đủ ơxy trong máu thì được gọi là thiếu ơxy máu (cĩ hypoxia). Cĩ nhiều mức độ hypoxia khác nhau dựa vào mức độ của ơxy trong máu cĩ mức thấp như thế nào. Các triệu chứng của nĩ rất khĩ phát hiện, đặc biệt là thiếu ơxy máu cấp. Những ảnh hưởng tinh tế hơn của sự thiếu ơxy máu cịn ít được bàn đến và thiếu sự vận động của chức năng. Tuy nhiên, thiếu ơxy máu cĩ thể là nguyên nhân tử vong vì khơng đủ ơxy vận chuyển từ máu đến cho mơ trong cơ thể. Mơ nhạy cảm nhất với sự thiếu ơxy máu trong cơ thể là não. Tình trạng xuất hiện khi não khơng nhận đủ ơxy gọi là thiếu ơxy não. Chỉ cần 5 phút thiếu ơxy là tế bào não đã bị chết. Nếu thiếu ơxy trong một thời gian dài thì cĩ thể dẫn dến " hơn mê, những cơn tai biến thậm chí là chết não. Trong chết não, 32 những chức năng sống cơ bản như thở, huyết áp, chức năng tim cĩ thể vẫn cịn nhưng hồn tồn bất tỉnh và khơng đáp ứng với thế giới xung quanh". Cĩ 4 mức độ của sự thiếu ơxy đĩ là thiếu ơxy do phù (ứ trệ tuần hồn), thiếu ơxy mơ hypemic, thiếu ơxy mơ nhiễm độc mơ và thiếu ơxy mơ do thiếu ơxy. Thiếu ơxy do ứ trệ tuần hồn xảy ra khi dịng máu đến một vùng trong cơ thể bị tắc nghẽn và ngừng cung cấp ơxy. Một ví dụ là khi ai đĩ bị chuột rút và chân họ bị tê bại trong một lúc. Thiếu ơxy mơ hypemic xảy ra khi khơng đảm bảo chức năng của Hemoglobin và khơng cĩ đủ hemoglobin để vận chuyển ơxy đến các mơ trong cơ thể. Thiếu ơxy mơ nhiễm độc mơ xảy ra khi tế bào mơ bị nhiễm độc và khơng thể sử dụng được ơxy, thường do nhiễm độc CO. Thiếu ơxy mơ do thiếu ơxy xảy ra khi khơng đủ ơxy trong khí hít vào. Loại này thường xảy ra ở những nơi cĩ độ cao và là mối quan tâm chính đối với các phi cơng. Cĩ một số nguyên nhân sinh lý của sự thiếu ơxy mơ, một trong số đĩ là biến chứng trong gây mê. Trong gây mê cĩ thể cĩ nhiều yếu tố xảy ra cĩ thể khởi phát thiếu ơxy mơ, chúng bao gồm: giảm lưu lượng tuần hồn, phù phổi, tắc mạch phổi, tắc nghẽn đường dẫn khí và đặt nhầm các ống dẫn. Rất nhiều bệnh cảnh đã cĩ thể hữu ích hơn nếu sử dụng máy theo dõi nồng độ ơxy trong cơ thể bệnh nhân để bắt được và điều trị kịp thời thiếu ơxy mơ trước khi những ảnh hưởng của nĩ cĩ thể đe doạ bệnh nhân. Những tình huống này bao gồm: Trong phịng mổ đề phịng những sai sĩt ngồi dự kiến trong quá trình gây mê, trong phịng hậu phẫu nơi bệnh nhân sẽ tỉnh lại, trên xe cứu thương khi vận chuyển bệnh nhân đến bệnh viện, và trong đơn vị chăm sĩc sơ sinh để theo dõi những dấu hiệu sinh tồn ở trẻ sơ sinh. Bằng thiết bị theo dõi mức Hemoglobin ơxy hố, người thầy thuốc cĩ thể chủ động trước 33 mọi biến chứng cĩ thể xảy ra. Vì những lý do đĩ mà vấn đề đo ơxy mạch trở thành vấn đề rất cần thiết. Nhu cầu của cơ thể người về oxy lầ tất yếu. Nĩ rất cần thiết cho các mơ tế bào. Các phép đo khí trong máu cung cấp thơng tin quan trọng liên quan tới trạng thái oxy hĩa, sự thở và gốc Axít. Tuy nhiên các phép đo này chỉ cung cấp các thơng tin tức thời - Snapshot về tình hình của Bệnh nhân ở thời điểm mà các mẫu tín hiệu về máu được đưa ra. Chúng ta biết rằng, sự oxy hĩa xảy ra rất nhanh. Trong quá trình theo dõi mà gián đoạn thì những thay đổi này khơng thể phát hiện được. Đo oxy theo nhịp là phép đo sự bão hịa oxy trong máu một cách liên tục và khơng xâm nhập - noninvasively. 2.1.2. Hemoglobin. Hemoglobin (Hb) là các Protein tạp thuộc nhĩm chromoprotein cĩ nhĩm ngoại là Hem (porphyrin). Protein này cĩ chức năng cực kỳ quan trọng trong cơ thể người, chúng là sắc tố hơ hấp và làm nhiệm vụ vận chuyển khí cho cơ và máu. Hemoglobin là những protein hình cầu, cĩ cơng thức hĩa học là: C2952H4664N812O832S8Fe4. Cấu trúc hĩa học của Hemoglobin cĩ dạng như hình vẽ 2.1. Hình 2.1. Cấu trúc hĩa học của Hemoglobin. HOOC COOH CH3 CH2 CH CH3 CH2 H3C H3C HC H C C H N NN N Fe 34 Trong 100ml máu người cĩ khoảng 15g hemoglobin. Khi phân tử Hemoglobin mang oxy thì hình thành liên kết thứ 6 của nguyễn tử sắt Fe++ trong Hem. Đây là hiện tượng mang Oxy và là hiện tượng oxygen hố. Máu người hàng ngày phải mang 600 lít Oxy từ phổi đến các cơ quan trong cơ thể. Lượng Oxy được mang bởi huyết thanh rất nhỏ, vì Oxy hồ tan trong huyết thanh rất ít, gấn như tất cả lượng oxy được mang và vận chuyển trong máu nhờ hemoglobin của hồng cầu. Hemoglobin của hồng cầu trong máu động mạch bão hồ khoảng 96% với Oxy, trong máu tĩnh mạch cịn khoảng 64% bão hồ Oxy. Qua đồ thị đường cong bão hồ oxy của myoglobin Mb (là một dạng protein hình cầu, làm nhiệm vụ vận chuyển khí cho cơ) và hemoglobin (xem hình 2.2) ta thấy sự kết hợp hoặc nhường oxy của hemoglobin phụ thuộc vào áp suất riêng phần của oxy (PO2). Ở phổi, PO2 cĩ giá trị khoảng 13Kpa, 1mmHg = 0.133KPa (Kilo Pascal), ở áp suất này 96% hemoglobin được bão hồ oxy. Trong tế bào cơ lúc làm việc PO2 chỉ cịn 1.5Kpa, máu qua tổ chức cơ, oxy sẽ rời hemoglobin của hồng cầu và đi vào tế bào cơ. Do vậy, khi máu rời cơ về tim độ bão hồ máu chỉ cịn 64% vì nĩ đã nhường đi 1/3 số oxy mà Hình 2.2. Đồ thị đường cong bão hịa oxy của myoglobin và hemoglobin. PO2 ở tĩnh mạch PO2 ở động mạch 100 50 0 1 5 10 13 Đ ộ bã o hị a ox y PO2(KPa) Mb Hb Cơ nghỉ Cơ làm việc 35 nĩ mang. Khi máu về phổi ở đĩ cĩ PO2 cao (13 KPa), hemoglobin nhanh chĩng kết hợp với oxy và lại đạt tới tốc độ bão hồ là 96%. 2.1.3. Hypoxia và hypoxaemia. Hypoxia là tình trạng giảm oxy ở mơ bình thường, cịn hypoxaemia là tình trạng giảm oxy của máu bình thường. Hypoxia và Hypoxaemia là hai hiện tượng khác nhau. Hypoxia là tình trạng nguy hiểm của sự thiếu oxy tế bào, cĩ thể là hậu quả hoặc khơng phải hậu quả của hypoxaemia. Pulse- oximeter chỉ cĩ thể đo và thơng báo mức độ của hypoxaemia. 2.1.4. Áp suất thành phần. Chúng ta thường nghe nĩi về áp suất thành phần (hay là phân áp của một chất khí), thực chất áp suất thành phần là gì? áp suất thành phần là cách để mơ tả “độ tập trung” của một chất khí trong một mơi trường khí hoặc lỏng. Nếu chúng ta nĩi rằng áp suất thành phần của carbon dioxide ở trong máu là 50mmHg (milimet thủy ngân) thì đĩ là lượng carbon dioxide trong máu tạo ra cân bằng của máu với carbon dioxide dạng khí ở áp suất 50mmHg.Thực ra chúng ta khơng đo lường các thành phần cĩ trong máu mà chúng ta đo lường các điều kiện cần thiết để những thành phần đĩ duy trì trong máu. Sự ổn định của nhiệt độ cơ thể rất cĩ ý nghĩa khi đo lường các giá trị này. 2.2. SPO2 VÀ SaO2. Cĩ thể thấy ở một số thiết bị đo oxy dạng xung Pulse-Oxymeter cĩ thuật ngữ SaO2 và SpO2, thường hai thuật ngữ này được sử dụng thay thế cho nhau, tuy nhiên chúng khơng giống nhau. SaO2 là độ bão hịa oxy trong máu (Saturation of oxygen ), SpO2 là độ bão hịa oxy trong máu đo ở vùng ngoại biên (Saturation of peripheral oxygen) và thơng thường thuật ngữ SpO2 hay được đề cập đến nhiều hơn đồng thời thiết bị đo oxy dạng xung nhịp sẽ hiển thị phần trăm (%) và dạng tín hiệu của 36 SpO2. Hai thơng số hay hai tín hiệu này cĩ sự tương quan với nhau và được thể hiện rõ ở trong hai cơng thức (2.1) và (2.2). Sfhb2 2 COSfHbMethbCOHbHbHbO HbO +++++ Trong đĩ: SaO2 lúc này là phép đo độ bão hịa oxy thực. HbO2: Oxyhemoglobin, Hb: Hemoglobin, COHb: carboxyhemoglobin. Methb: methemoglobin, SfHb: sulfhemoglobin, COSfhb: carboxysulfhemoglobin. Từ hai cơng thức trên ta thấy cĩ sự khác biệt một chút giữa SaO2 và SpO2 vì trong máu của chúng ta cĩ nhiều dạng hemoglobin điển hình là: oxyhemoglobin, methemoglobin, carboxyhemoglobin, sulfahemoglobin và carboxysulfhemoglobin. Số lượng oxyhemoglobin thường chiếm ưu thế rõ ràng so với các dạng hemoglobin khơng cĩ khả năng kết hợp oxy (methemoglobin, carboxyhemoglobin, sulfahemoglobin và carboxysulfhemoglobin.), nhưng những hemoglobin này vẫn tồn tại trong máu. Cả oxyhemoglobin và hemoglobin đều hấp thụ ánh sáng đỏ với bước sĩng là 660nm và ánh sáng hồng ngoại cĩ bước sĩng là 940nm và cả hai đều tồn tại trong mạch máu. Như vậy, khi chúng ta muốn đo lượng oxyhemoglobin, cần phải tính tốn đến sự cĩ mặt của các hemoglobin khơng cĩ chức năng kết hợp oxy. Các nhà sản xuất thiết bị đo nồng độ oxy ._.uối cùng là phép lấy logarithm để thực hiện phép trừ loga của hai tín hiệu ánh sáng đỏ và hồng ngoại liên tiếp. - Khối tính tốn chỉ số xung nhịp. Các tín hiệu ánh sáng đỏ và hồng ngoại sau khi đã xử lý được đưa tới khối tính tốn chỉ số xung nhịp, khối này sẽ tính chỉ số xung nhịp. Chỉ số xung nhịp là con số cĩ thể liên quan đến sự dịch truyền thực sự của mơ. “Sự dịch truyền - perfusion ) là một thuật ngữ được dùng để biểu thị thể tích của lưu lượng máu động mạch đối với thể tích mơ cho trước và bằng cách xét các tín hiệu đỏ và hồng ngoại riêng biệt cĩ thể xác định được một giá trị ước lượng về thể tích máu hiện cĩ thay đổi trong mơ. - Khối tính tốn hồi quy tuyến tính. Các tín hiệu ánh sáng đỏ và hồng ngoại sau khi đã xử lý cũng được đưa tới khối tính tốn hồi quy tuyến tính. Khối này thực hiện các cơng việc như: chuẩn hĩa dữ liệu, tính tốn hồi quy và chuẩn hĩa hệ số gĩc (được thể hiện ở hình 3.13). 64 Thành phần tín hiệu xung nhịp và một chiều đã xử lý được đưa tới khối chuẩn hĩa dữ liệu, khối này thực hiện phép nhân vi sai tín hiệu ánh sáng đỏ với cường độ thành phần một chiều của ánh sáng hồng ngoại tương ứng và nhân vi sai tín hiệu ánh sáng hồng ngoại với cường độ thành phần một chiều của ánh sáng đỏ tương ứng. Tín hiệu sau khi được chuẩn hĩa bằng vi sai được đưa tới khối hồi quy, khối này thực hiện phép hồi quy tuyến tính phù hợp với việc dùng tín hiệu hồng ngoại được chuẩn hĩa bằng vi sai như một biến độc lập và tín hiệu ánh sáng đỏ đã chuẩn hĩa như một biến phụ thuộc. Mục đích của phép tính tốn hồi quy tuyến tính là tìm ra được một đường thẳng phù hợp nhất “Best fit line” mà từ đường thẳng này kết hợp với các giá trị số liệu chuẩn tìm ra được hệ số gĩc phù hợp “ Best - fit slope” của đường thẳng (thể hiện ở hình vẽ 3.14). Hệ số gĩc này là một giá trị khơng đổi biểu thị tỉ số R phù hợp nhất đối với tập dữ liệu chuẩn. Chuẩn hĩa tập dữ liệu Phép hồi quy tuyến tính phù hợp với tập dữ liệu R Thành phần xung nhịp đã xử lý Thành phần một chiều đã xử lý Thành phần xung nhịp đã chuẩn hĩa Hệ số gĩc phù hợp nhất Hình 2.13. Sơ đồ các khối nhỏ của khối tính tốn hồi quy tuyến tính. 65 Trong đĩ: D I(Red): Đạo hàm của cường độ ánh sáng đỏ D I(IR) : Đạo hàm của cường độ ánh hồng ngoại. - Khối tính tốn tham số SpO2. Tỉ số R sau khi được tính tốn từ khối tính tốn hồi quy được đưa đến khối tính tốn tham số SpO2, khối này thực hiện tính tốn dựa vào cơng thức hiệu chỉnh thực nghiệm (hoặc là tập dữ liệu từ đường cong hiệu chỉnh thực nghiệm) để tính ra giá trị SpO2. Hình 3.14. Đồ thị minh họa tập các dữ liệu điểm được sử dụng để tìm hệ số gĩc phù hợp ứng với đường thẳng phù hợp nhất. D I(Red) D I(IR) 66 - Khối tính tốn hệ số tương quan. Kết quả của việc phân tích và tính tốn hồi quy tuyến tính là hệ số gĩc phù hợp nhất ( tỉ số R), tỉ số R này cũng được đưa đến khối tính tốn hệ số tương quan. Khối này thực hiện việc tính tốn thơng qua phép đo tuyến tính các điểm dữ liệu đầu vào, nếu hệ số tương quan mà nhỏ hơn một mức ngưỡng đã được xác định trước thì nĩ biểu thị tín hiệu thu nhận được từ đầu đo bị méo dạng. Điều này nĩ cho phép thiết bị đo nồng độ oxy khơng can thiệp phát hiện được tình trạng của đầu đo. - Khối phân tích chất lượng của dữ liệu. Khối phân tích chất lượng của dữ liệu lấy hệ số tương quan đã tính được và các giá trị bù khơng cũng như kết quả từ khối phân tích dữ liệu ánh sáng mơi trường ở đầu vào để kiểm tra, theo dõi chất lượng dữ liệu đầu vào. 67 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HIỂN THỊ TÍN HIỆU SPO2 TRÊN MÁY TÍNH 4.1. KHẢO SÁT DỮ LIỆU TỪ ĐẦU RA CỦA BỘ VI XỬ LÝ TỚI MÀN HÌNH HIỂN THỊ CỦA THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU SPO2. Để truyền dữ liệu từ đầu ra của bộ vi xử lý tới màn hình hiển thị của các thiết bị đo tín hiệu SpO2 cĩ thể thơng qua chuẩn ghép nối RS-232. Chuẩn RS-232 là chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp và khơng đồng bộ nĩ cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bit/s. Các dữ liệu này thường được tổ chức dưới dạng khuơn dạng dữ liệu và giao thức đường truyền. Trong phần này, qua việc khảo sát một số thiết bị đo tín hiệu SpO2, em xin trình bày về dạng dữ liệu và giao thức truyền nối tiếp trong thiết bị đo tín hiệu SpO2 thường hay được sử dụng trong thực tế. 4.1.1. Giao thức truyền và tổ chức dữ liệu (Phiên bản giao thức 1). - Giao thức truyền dữ liệu là khơng đồng bộ, dùng chuẩn ghép nối RS-232. Trong mỗi một giây truyền được 60 lần, mỗi lần truyền được một khối 5 Bytes. Với cách thức này, thì sẽ cĩ những ưu điểm và nhược điểm như sau: Ưu điểm: Trong 1s, bộ vi xử lý luơn gửi được 300 Bytes. + Rất dễ nhận biết lỗi trong quá trình truyền dữ liệu. + Thuận tiện cho việc giải mã. Nhược điểm: Bộ vi xử lý phải làm việc nhiều. - Tốc độ truyền dữ liệu: 4800 Baud 68 - Một khối (block) bao gồm 5 bytes trong đĩ Bit 7 của Byte 1 được dùng để đồng bộ các khối dữ liệu. - Định dạng dữ liệu: 1bit Start, 8bits Data, 1 bit kiểm tra chẵn lẻ và 1bit Stop. - Cấu trúc của các byte dữ liệu được thể hiện như trong bảng 4.1: Bảng 4.1. Cấu trúc của các byte dữ liệu. Byte Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Định nghĩa 1 1 x x x x x x x Giá trị “1” ở bit 7 biểu thị sự bắt đầu của khối mới Kích hoạt xung (trong khoảng 100ms nếu phát hiện cĩ xung thì cĩ giá trị 1) Khơng sử dụng Khơng sử dụng Độ dài của tín hiệu (0..7), nếu 0x0f thì tín hiệu xấu. 2 0 x x x x x x x Lấy mẫu các tín hiệu thể tích đồ (0..99) 3 0 x x x x x x x Bít thứ 7 để vẽ dạng xung tín hiệu SpO2 Khơng sử dụng Phát hiện lỗi đầu đo Vẽ thể tích đồ (0..15) 4 0 x x x x x x x từ bit 0 đến 6 thể hiện nhịp đập của tim 5 0 x x x x x x x Hiển thị phần trăm SpO2 (0..99) 4.1.2. Giao thức truyền và cách tổ chức dữ liệu (Phiên bản giao thức 2). Phiên bản giao thức này thực hiện các chức năng giống như phiên bản giao thức 1 nhưng nĩ khơng cĩ lượng dữ liệu dư thừa ở đầu khối như phiên bản giao thức 1. - Tốc độ truyền dữ liệu: 4900 Baud. - Định dạng dữ liệu: 1 byte gồm 8 bit, 1 bit stop, khơng kiểm tra chẵn lẻ. 69 - Mỗi khi cĩ xung tín hiệu, thì một khối dữ liệu bao gồm trạng thái bão hịa, tốc độ xung nhịp và chất lượng thơng tin sẽ được truyền. Các điểm lấy mẫu dạng xung tín hiệu được truyền liên tục với tốc độ 50 bytes/s. Giá trị của chúng được xác định từ 0 đến 127. Các giá trị mà cao hơn giá trị 0xF8 thì được dùng để đánh dấu byte dữ liệu theo sau như là một giá trị dữ liệu mới. Byte Đánh dấu Ý nghĩa của byte theo sau 0xF8 0xF9 0xFA 0xFB 0xFC Các giá trị lấy mẫu dạng sĩng Giá trị SpO2 nhịp Thơng tin về byte theo sau Chất lượng của thơng tin 4.1.3. Dạng dữ liệu thu được thơng qua cổng COM từ Card thu nhận và xử lý dữ liệu đầu vào. Bằng cách kết nối thiết bị đo độ bão hịa oxy trong máu SpO2 vào máy tính qua cổng ghép nối RS-232 và dùng một chương trình đọc dữ liệu từ cổng này ta thu được dữ liệu của tín hiệu SpO2 dưới dạng mã Hecxa như trong bảng Định nghĩa về các byte lệnh Hình 4.1. Mơ hình định nghĩa các byte trong phiên phản giao thức 2 Byte thơng tin Ý nghĩa của byte 0x00 0x01 0x02 0x03 0x45 Bình thường Sensor khơng làm việc Khơng cĩ ngĩn tay trong đầu đo Khơng bị tràn thơng tin Tự kiểm tra lỗi Chất lượng được biểu thị bởi các con số từ 0 đến 10. Nếu là 0 thì chất lượng của dữ liệu thu được của thiết bị là rất tốt. Định nghĩa về các byte thơng tin Định nghĩa về các byte chất lượng 70 4.2. Dữ liệu được truyền một cách liên tục 5byte một, cĩ bít đánh dấu sự bắt đầu một khối mới, dữ liệu chứa đầy đủ các thơng tin về tín hiệu SpO2. Bảng 4.2. Minh họa một đoạn dữ liệu dưới dạng mã Hecxa của tín hiệu SpO2 thu được từ cổng RS-232 của card thu nhận và xử lý dữ liệu đầu vào. 82 27 06 1B 5A 82 26 06 1B 5A 82 25 06 1B 5A 82 26 06 1B 5A 82 28 06 1B 5A 82 2B 07 1B 5A 82 30 07 1B 5A 82 34 08 1B 5A 82 39 09 1B 5A 82 3C 09 1B 5A 82 3E 0A 1B 5A 82 3F 0A 1B 5A 82 3F 0A 1B 5A 82 3E 09 1B 5A C2 3C 09 1B 5A 82 3A 09 1B 5A 82 37 08 1B 5A 82 35 08 1B 5A 82 33 08 1B 5A 82 32 08 1B 5A 82 32 08 1B 5A 82 31 07 1B 5A 82 30 07 1B 5A 82 2F 07 1B 5A 82 2E 07 1B 5A 82 2C 07 1B 5A 82 2A 06 1B 5A 82 27 06 1B 5A 82 25 05 1B 5A 82 22 05 1B 5A 82 1F 05 1B 5A 82 1C 04 1B 5A 82 19 04 1B 5A 82 17 03 1B 5A 82 13 03 1B 5A 82 11 02 1B 5A 82 0F 02 1B 5A 82 0D 02 1B 5A 82 0B 01 1B 5A 82 0A 01 1B 5A 82 0B 01 1B 5A 82 0D 02 1B 5A 82 11 02 1B 5A 82 17 03 1B 5A 82 1E 04 1B 5A 82 23 05 1B 5A 82 29 06 1B 5A 81 2C 07 1B 5A 81 2F 07 1B 5A 81 30 07 1B 5A 81 30 07 1B 5A 81 30 07 1B 5A 81 2F 07 1B 5A 00 81 2E 07 1B 5A 81 2D 07 1B 5A 81 2C 07 1B 5A 81 2B 07 1B 5A 81 2A 06 1B 5A 81 2A 06 1B 5A 81 29 06 1B 5A 81 29 06 1B 5A 81 28 06 1B 5A 81 27 06 1B 5A 81 25 06 1B 5A 81 24 05 1B 5A 81 23 05 1B 5A 81 21 05 1B 5A 81 20 05 1B 5A 81 1E 04 1B 5A 81 1D 04 1B 5A 81 1C 04 1B 5A 81 1A 04 1B 5A 81 19 04 1B 5A 81 18 03 1B 5A 81 17 03 1B 5A 81 15 03 1B 5A 81 15 03 1B 5A 81 14 03 1B 5A 81 15 03 1B 5A 81 17 03 1B 5A 81 1A 04 1B 5A 81 1C 04 1B 5A 81 21 05 1B 5A 81 25 05 1B 5A 81 28 06 1B 5A 81 2A 06 1B 5A 81 2B 06 1B 5A 81 2B 06 1B 5A 81 2A 06 1B 5A C1 29 06 1B 5A 81 28 06 1B 5A 81 27 06 1B 5A 81 27 06 1B 5A 81 27 06 1B 5A 81 28 06 1B 5A 81 29 06 1B 5A 81 29 06 1B 5A 83 2A 06 1B 5A 83 2A 06 1B 5A 83 2A 06 1B 5A 83 29 06 1B 5A 83 28 06 1B 5A 83 26 06 1B 5A 83 24 05 1B 5A 83 21 05 1B 5A 83 1E 04 1B 5A 83 1A 04 1B 5A 83 17 03 1B 5A 83 14 03 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 0E 02 1B 5A 83 0E 02 1B 5A 83 0E 02 1B 5A 83 0D 02 1B 5A 83 0D 02 1B 5A 83 0D 02 1B 5A 83 0D 02 1B 5A 83 0E 02 1B 5A 83 0E 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 11 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A 83 10 02 1B 5A…. 71 4.2. CHƯƠNG TRÌNH HIỂN THỊ TÍN HIỆU SPO2 TRÊN MÁY TÍNH. 4.2.1. Lưu đồ thuật tốn. Dựa vào những thơng tin cần hiển thị và dạng dữ liệu của tín hiệu SpO2 (dữ liệu giả), lưu đồ thuật tốn của chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính được thể hiện trong hình 4.2. Hình 4.2. Lưu đồ thuật tốn của chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. Bắt đầu Đếm điểm lấy mẫu = 0; thay đổi SpO2 =1; Điểm vẽ dữ liệu = 0; Chọn bệnh nhân Lấy 2 ký tự trong chuỗi từ vị trí đếm Biến đổi thành số thập phân (dữ liệu SpO2); Vẽ dạng sĩng SpO2; Vẽ cột SpO2; Tăng biến đếm: ++; Chọn tốc độ chương trình Kết thúc Tạm dừng chương trình & nạp dữ liệu bệnh nhân mới Tạm dừng chương trình & nạp mới tốc độ chương trình Đếm điểm lấy mẫu ≥ 560 Đúng Sai Hiển thị Sai Đúng Sai Đúng Đếm điểm lấy mẫu = 0; thay đổi SpO2 = 0; Điểm vẽ dữ liệu = 0; 72 4.2.2. Ví dụ một đoạn chương trình nguồn hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. Chương trình nguồn để hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính được viết bằng ngơn ngữ VB.Net. … int lenSPO2; private System.Windows.Forms.Label txtSPO2PR; private System.Windows.Forms.Label txtSPO2; private System.Windows.Forms.Label label20; private System.Windows.Forms.Label label19; private System.Windows.Forms.Label cot20; private System.Windows.Forms.Label cot19; private System.Windows.Forms.Label cot18; private System.Windows.Forms.Label cot17; private System.Windows.Forms.Label cot16; private System.Windows.Forms.Label cot15; private System.Windows.Forms.Label cot14; private System.Windows.Forms.Label cot13; private System.Windows.Forms.Label cot12; private System.Windows.Forms.Label cot11; private System.Windows.Forms.Label cot10; private System.Windows.Forms.Label cot9; private System.Windows.Forms.Label cot8; private System.Windows.Forms.Label cot7; private System.Windows.Forms.Label cot6; private System.Windows.Forms.Label cot5; private System.Windows.Forms.Label cot4; private System.Windows.Forms.Label cot3; private System.Windows.Forms.Label cot2; private System.Windows.Forms.Label cot1; private C1.Win.C1Chart.C1Chart ChartSPO2; private System.Windows.Forms.Label label3; private System.Windows.Forms.Label label2; private System.Windows.Forms.MainMenu mainMenu1; private System.Windows.Forms.MenuItem Program; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem4; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem8; private System.Windows.Forms.Timer timer1; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem3; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem5; private System.Windows.Forms.MenuItem Start; private System.Windows.Forms.MenuItem menuPause; private System.Windows.Forms.MenuItem menuExit; private System.Windows.Forms.MenuItem menuBN1; private System.Windows.Forms.MenuItem menuBN2; private System.Windows.Forms.MenuItem menuBN3; private System.Windows.Forms.MenuItem menuTocDo; private System.Windows.Forms.MenuItem menuTocDoNhanh; private System.Windows.Forms.MenuItem menuTocDo_rungBinh; 73 private System.Windows.Forms.MenuItem menuTocDoCham; private System.Windows.Forms.Label labelBN; private System.Windows.Forms.Label labelTocDo; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem1; private System.Windows.Forms.MenuItem menuItem2; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox1; public static Form1 main; public Form1() { // // Required for Windows Form Designer support // InitializeComponent(); main = this; // // TODO: Add any constructor code after InitializeComponent call // } static void Main() { Application.Run(new Form1()); } #region Cài đặt ban đầu private void Form1_Load(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; … SPO2Num1 = "002040608080818183838385858588888888909090909090909093939393939393939393 9393939393939393939393939393939393939393939393939393939393939396969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 9696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969 6969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696969696 96969696969696969696969696"; SPO2Num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label3.Enabled =true; txtSPO2.Text ="---"; txtSPO2PR.Text ="---"; BenhNhan = 0; labelTocDo.Text = "Tốc độ hiển thị: Trung Bình"; labelBN.Text = "Chưa chọn Bệnh Nhân"; } #endregion private void timer1_Tick(object sender, System.EventArgs e) { //chart SPO2 if( countSPO2 >= 560) { // adjust counters shiftSPO2 += countSPO2*npoints; countSPO2 = 0; // clear data ChartSPO2.ChartGroups.Group0.ChartData.SeriesList[0].PointData.Length=0; chay =0; } SPO2data1 = Convert.ToInt64(SPO2data.Substring(countSPO2,2), 16); lenSPO2 = ChartSPO2.ChartGroups.Group0.ChartData.SeriesList[0].PointData. Length; ChartSPO2.ChartGroups.Group0.ChartData.SeriesList[0].PointData.Length = lenSPO2 + npoints ; for( int i=0; i<npoints; i++) { y = SPO2data1; ChartSPO2.ChartGroups.Group0.ChartData.SeriesList[0].PointData[lenSPO2+i] = new PointF(lenSPO2+i, y); Thread Ve = new Thread(new ThreadStart(VeCot)); Ve.Start(); } if((chay==1)&(BenhNhan==1)) { SPO2Num1a = 830 + Convert.ToInt64(SPO2Num1.Substring(countSPO2,2), 16); SPO2Num2a = 700 + Convert.ToInt64(SPO2Num2.Substring(cou8tSPO2,2), 16); txtSPO2.Text = SPO2Num1a.ToString(); txtSPO2PR.Text = SPO2Num2a.ToString(); } 75 if((chay==1)&(BenhNhan==2)) { SPO2Num1a = 810 + Convert.ToInt64(SPO2Num1.Substring(countSPO2,2), 16); SPO2Num2a = 690 + Convert.ToInt64(SPO2Num2.Substring(countSPO2,2), 16); txtSPO2.Text = SPO2Num1a.ToString(); txtSPO2PR.Text = SPO2Num2a.ToString(); } if((chay==1)&(BenhNhan==3)) { SPO2Num1a = 795 + Convert.ToInt64(SPO2Num1.Substring(countSPO2,2), 16); SPO2Num2a = 655 + Convert.ToInt64(SPO2Num2.Substring(countSPO2,2), 16); txtSPO2.Text = SPO2Num1a.ToString(); txtSPO2PR.Text = SPO2Num2a.ToString(); } if((chay==1)&(BenhNhan==4)) { SPO2Num1a = 785 + Convert.ToInt64(SPO2Num1.Substring(countSPO2,2), 16); SPO2Num2a = 635 + Convert.ToInt64(SPO2Num2.Substring(countSPO2,2), 16); txtSPO2.Text = SPO2Num1a.ToString(); txtSPO2PR.Text = SPO2Num2a.ToString(); } if((chay==1)&(BenhNhan==5)) { SPO2Num1a = 805 + Convert.ToInt64(SPO2Num1.Substring(countSPO2,2), 16); SPO2Num2a = 685 + Convert.ToInt64(SPO2Num2.Substring(countSPO2,2), 16); txtSPO2.Text = SPO2Num1a.ToString(); txtSPO2PR.Text = SPO2Num2a.ToString(); } countSPO2++; countSPO2++; } … public void menuItem6_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; BenhNhan = 1; chay =1; countSPO2 =0; labelBN.Text = "Bệnh Nhân số 1"; SPO2data = "202022242729323337414550556066727778797979787877767675747271686563626158 5552504744413938363332302928262422212020202022242729323337414550556066727 7787979797878777676757472716865636261585552504744413938363332302928262422 2120202020222427293233374145505560667277787979797878777676757472716865636 2615855525047444139383633323029282624222120202020222427293233374145505560 6672777879797978787776767574727168656362615855525047444139383633323029282 6242221202020202224272932333741455055606672777879797978787776767574727168 6563626158555250474441393836333230292826242221202020202224272932333741455 0556066727778797979787877767675747271686563626158555250474441393836333230 2928262422212020202022242729323337414550556066727778797979787877767675747 2716865636261585552504744413938363332302928262422212020202022242729323337 414550556066727778797979787877767675747271686563626158555250474413938363 3323029282624222120202020222427293233374145505560667277787979797878777676 7574727168656362615855525047444139383633323029282624222120202020222427293 2333741455055606672777879797978787776767574727168656362615855525047444139 38363332302928262422212020"; 76 } private void menuTocDoNhanh_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Interval = 10; labelTocDo.Text = "Tốc độ hiển thị: Nhanh"; } private void menuTocDoTrungBinh_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Interval = 30; labelTocDo.Text = "Tốc độ hiển thị: Trung Bình"; } private void menuTocDoCham_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Interval = 60; labelTocDo.Text = "Tốc độ hiển thị: Chậm"; } private void menuBN2_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; BenhNhan = 2; chay =1; countSPO2 =0; labelBN.Text = "Bệnh Nhân số 2"; SPO2data = "202022242729323337414550556066727778797979787877767675747271686563626158 5552504744413938363332302928262422212020202022242729323337414550556066727 7787979797878777676757472716865636261585552504744413938363332302928262422 2120202020222427293233374145505560667277787979797878777676757472716865636 2615855525047444139383633323029282624222120202020222427293233374145505560 6672777879797978787776767574727168656362615855525047444139383633323029282 6242221202020202224272932333741455055606672777879797978787776767574727168 6563626158555250474441393836333230292826242221202020202224272932333741455 0556066727778797979787877767675747271686563626158555250474441393836333230 2928262422212020202022242729323337414550556066727778797979787877767675747 2716865636261585552504744413938363332302928262422212020202022242729323337 4145505560667277787979797878777676757472716865636261585552504744413938363 3323029282624222120202020222427293233374145505560667277787979797878777676 7574727168656362615855525047444139383633323029282624222120202020222427293 2333741455055606672777879797978787776767574727168656362615855525047444139 38363332302928262422212020"; } private void menuBN3_Click(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; BenhNhan = 3; chay =1; countSPO2 =0; labelBN.Text = "Bệnh Nhân số 3"; SPO2data = "202022242729323337414550556066727778797979787877767675747271686563626158 5552504744413938363332302928262422212020202022242729323337414550556066727 7787979797878777676757472716865636261585552504744413938363332302928262422 2120202020222427293233374145505560667277787979797878777676757472716865636 77 2615855525047444139383633323029282624222120202020222427293233374145505560 6672777879797978787776767574727168656362615855525047444139383633323029282 6242221202020202224272932333741455055606672777879797978787776767574727168 6563626158555250474441393836333230292826242221202020202224272932333741455 0556066727778797979787877767675747271686563626158555250474441393836333230 2928262422212020202022242729323337414550556066727778797979787877767675747 2716865636261585552504744413938363332302928262422212020202022242729323337 4145505560667277787979797878777676757472716865636261585552504744413938363 3323029282624222120202020222427293233374145505560667277787979797878777676 7574727168656362615855525047444139383633323029282624222120202020222427293 2333741455055606672777879797978787776767574727168656362615855525047444139 38363332302928262422212020"; } private void menuItem1_Click_1(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; BenhNhan = 4; chay =1; countSPO2 =0; labelBN.Text = "Bệnh Nhân số 4"; SPO2data = "202022242729323337414550556066727778797979787877767675747271686563626158 5552504744413938363332302928262422212020202022242729323337414550556066727 7787979797878777676757472716865636261585552504744413938363332302928262422 2120202020222427293233374145505560667277787979797878777676757472716865636 2615855525047444139383633323029282624222120202020222427293233374145505560 6672777879797978787776767574727168656362615855525047444139383633323029282 6242221202020202224272932333741455055606672777879797978787776767574727168 6563626158555250474441393836333230292826242221202020202224272932333741455 0556066727778797979787877767675747271686563626158555250474441393836333230 2928262422212020202022242729323337414550556066727778797979787877767675747 2716865636261585552504744413938363332302928262422212020202022242729323337 4145505560667277787979797878777676757472716865636261585552504744413938363 3323029282624222120202020222427293233374145505560667277787979797878777676 7574727168656362615855525047444139383633323029282624222120202020222427293 2333741455055606672777879797978787776767574727168656362615855525047444139 38363332302928262422212020"; } private void menuItem2_Click_1(object sender, System.EventArgs e) { timer1.Enabled = false; BenhNhan = 5; chay =1; countSPO2 =0; labelBN.Text = "Bệnh Nhân số 5"; SPO2data = "202022242729323337414550556066727778797979787877767675747271686563626158 5552504744413938363332302928262422212020202022242729323337414550556066727 7787979797878777676757472716865636261585552504744413938363332302928262422 2120202020222427293233374145505560667277787979797878777676757472716865636 2615855525047444139383633323029282624222120202020222427293233374145505560 6672777879797978787776767574727168656362615855525047444139383633323029282 6242221202020202224272932333741455055606672777879797978787776767574727168 6563626158555250474441393836333230292826242221202020202224272932333741455 0556066727778797979787877767675747271686563626158555250474441393836333230 78 2928262422212020202022242729323337414550556066727778797979787877767675747 2716865636261585552504744413938363332302928262422212020202022242729323337 4145505560667277787979797878777676757472716865636261585552504744413938363 3323029282624222120202020222427293233374145505560667277787979797878777676 7574727168656362615855525047444139383633323029282624222120202020222427293 2333741455055606672777879797978787776767574727168656362615855525047444139 38363332302928262422212020"; } private void pictureBox1_Click(object sender, System.EventArgs e) { } } } 4.2.3. Giao diện của chương trình trên máy tính. Giao diện chung. Dạng sĩng của tín hiệu Hình 4.3. Giao diện chung của chương trình. 79 Chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 bao gồm các menu sau: - Menu “Chương trình”: Thực hiện việc kích hoạt, tạm dừng và thốt chương trình. Bao gồm các menu con: + Bắt đầu + Tạm dừng + Thốt - Menu “ Tùy chọn”: Lựa chọn các bệnh nhân (tương ứng với các dữ liệu đầu vào) và lựa chọn tốc độ hiển thị của tín hiệu. Bao gồm các menu con: + Lựa chọn bệnh nhân: Cĩ thể lựa chọn các dữ liệu bệnh nhân khác nhau. Hình 4.4. Giao diện của Menu “chương trình”. 80 + Lựa chọn tốc độ hiển thị: Lựa chọn tốc độ hiển thị tín hiệu khác nhau. Hình 4.5. Giao diện của Menu “chọn bệnh nhân”. Hình 4.6. Giao diện của Menu “chỉnh tốc độ”. 81 Menu “Trợ giúp”: hướng dẫn chung cách sử dụng chương trình. Hình 4.7. Giao diện của Menu “trợ giúp”. 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các thiết bị đo nồng độ bão hịa oxy trong máu hiện nay cĩ một vị trí rất quan trọng trong việc điều trị, theo dõi tình trạng sức khỏe cho bệnh nhân nĩi chung và nĩ là một thiết bị khơng thể thiếu đối với các khoa chuyên sâu, phịng phục hồi chức năng, phịng theo dõi bệnh nhân sau gây mê cũng như phịng theo dõi chức năng trong các Bệnh viện. Đây là một thiết bị rất đắt tiền, sử dụng cơng nghệ xử lý tín hiệu hiện đại và cũng là một lĩnh vực khá phức tạp để nghiên cứu. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đức Thuận, em đã hồn thành cuốn luận văn với đề tài “Nghiên cứu xử lý tín hiệu trong thiết bị theo dõi bệnh nhân”. Cuốn luận văn này đem lại một cái nhìn tổng quan về thiết bị đo lường các thơng số sinh học của bệnh nhân (thiết bị theo dõi bệnh nhân) và thiết bị đo độ bão hịa oxy trong máu SpO2 đồng thời viết chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính. Kết quả đạt được Về mặt lý thuyết: Tìm hiểu, nghiên cứu về một số thiết bị theo dõi bệnh nhân trong đĩ cĩ quá trình thu nhận và hiển thị các thơng số sinh học của cơ thể người, tìm hiểu về độ bão hịa oxy trong máu - SpO2, phương pháp đo và hiển thị tín hiệu này. Về mặt thực nghiệm: Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết kết hợp với quá trình khảo sát về một số thiết bị đo độ bão hịa oxy trong máu SpO2 của một số hãng , em viết chương trình hiển thị tín hiệu SpO2 trên máy tính với mục đích để phục vụ cho việc học tập , tìm hiểu và nghiên cứu về các thiết bị này của sinh viên 83 chuyên ngành Điện tử Y sinh học đang được đào tạo ở Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kiến nghị phát triển của đề tài luận văn trong tương lai. - Xây dựng, thiết kế cả phần cứng và phần mềm thiết bị đo tín hiệu SpO2. Do hiện nay, việc nghiên cứu và tìm hiểu về thiết bị đo độ bão hịa oxy trong máu đều phải dựa vào các thiết bị của nước ngồi. - Nghiên cứu để chế tạo các card đo tín hiệu SpO2 sử dụng cơng nghệ và kỹ thuật hiện đại với kích thước nhỏ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 1. Phạm Thị Minh Đức (2000), Sinh lý học, Nhà xuất bản Y học, Hà Nội. 2. Phạm Hữu Khang (2004), Kỹ thuật lập trình Visual Basic .NET, Nhà xuất bản lao động xã hội, Hà Nội. 3. Borje Rantala, Matti HuiKu (2002), “Pulse Oximeter”, Foreign Patent Documents, (US 6,963,767 B2), pp.323-336. 4. Laurelli G, Formato R, Perrone F & Pignata S (03/2006), "The prognostic role of pre-chemotherapy hemoglobin level in patients with ovarian cancer", Front Biosci, (vol. 11:1585-90). 5. Margaret S. Mortz (2001), “Pulse Oximetry SpO2 Determination”, U.S. Patent Documents, (No: 09/963,219), pp.330-336. 6. MedLab (2004), Pulse Oxymeter OEM Board, MedLab GmbH, Germany. 7. Philips Medical Systems (2003), Understanding Pulse Oximetry SpO2 Concepts, Philips Corporation, United States. 8. Robert Plonsey (1995), Principles and Applications of Bioelectricand Biomagnetic Fields, Oxford University Press, New york. 9. John G. Webster (1998), Medical Insstrumentation Application and Design, John Wiley & Sons Inc, USA. 10. Joseph Bronzino, John Enderle, Susan Blanchard (2000), Introduction to Biomedical Engineering, Academic Press, USA. 11. ._.