Sơ đồ khối thiết bị y tế Thông số tín hiệu Phân loại thiết bị y tế Giải thích chức năng các khối C

Câu 1 Sơ đồ khối thiết bị y tế Thông số tín hiệu Phân loại thiết bị y tế Giải thích chức năng các khối Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tín.

Câu 1 Sơ đồ khối thiết bị y tế Thông số tín hiệu Phân loại thiết bị y tế

Giải thích chức năng các khối:

- Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được

- Là mạch thu nhận tín hiệu từ các cảm biến và khuếch đại lên mức cần thiết trước khi đưa vào mạch xử lý tín hiệu số

- Biến đổi tương tự sang số (Analog-to-digital converting), là quá trình thực hiện chuyển đổi một đại lượng vật lý tương tự liên tục nào đó (thường là điện áp) sang giá trị số biểu diễn độ lớn của đại lượng đó

- Kết quả cuối cùng của quá trình biến đổi AD thường là 1 chuỗi bit nhị phân

- Sau đó được xử lý bằng các mạch kỹ thuật số chuyên dụng để cho ra kết quả đáng tin cậy trước khi đưa ra khối hiển thị

- Các kết quả của quá trình đo lường phải được hiển thị dưới dạng một toán tử con người có thể cảm nhận được Hình thức tốt nhất cho màn hình có thể là số hoặc đồ

họa, rời rạc hoặc liên tục, vĩnh viễn hoặc tạm thời — tùy thuộc vào đo lường cụ thể và cách người vận hành sẽ sử dụng thông tin

Phân loại thiết bị y tế: 4 loại A, B, C, D dựa trên mức độ rủi ro tiềm ẩn liên quan đến thiết kế kỹ thuật và sản xuất:

- Loại A: mức độ rủi ro thấp

- Loại B: mức độ rủi ro trung bình

- Loại C: mức độ rủi ro trung bình cao

- Loại D: mức độ rủi ro cao

*Thiết bị y tế xâm nhập & thiết bị y tế không xâm nhập

*Thiết bị y tế chủ động

2 Các loại cảm biến sinh học

Phân loại cảm biến: Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra hai nhóm chính:

✓ Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường,

✓ Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, các ion, khói,

✓ Cảm biến sinh học: các tác nhân sinh học như enzym, các kháng thể,…

- Cảm biến sinh học điện hóa

- Cảm biến sinh học Amperometic Biosensor

- Cảm biến sinh học điện thế

- Cảm biến sinh học điện trở kháng

- Cảm biến sinh học Voltammetic

Vd: Cảm biến điện tim, điện não, điện cơ, võng mạc, SO2, SPO2, Oxi, insullin

3 Mạch khuếch đại điện áp sinh học(KĐ đo,KĐ vi sai,các mạch KĐ đảo,không đảo…)

4 Mạch lọc(thông thấp ,thông cao,thông dãi,triệt tần)

5 An toàn trong thiết bị y tế(các yếu tố an toàn và phân tích mạch thực tế)

Trong các thiết bị được thiết kế để có tiếp xúc trực tiếp với điện trở thấp tới bệnh nhân, chẳng hạn như ống thông tiểu trong, các kỹ thuật cách điện được sử dụng để giảm dòng điện đến bệnh nhân ở mức tối thiểu Trong trường hợp thiết

bị hỏng hoặc trong tình trạng ngắn mạch, bệnh nhân được bảo vệ khỏi microshock Những kỹ thuật này có thể sử dụng các biến áp cách ly và mạch quang Do đó, các tiêu chuẩn an toàn điện xác định các giới hạn microampere thấp đối với thiết bị tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân Để giảm dòng rò đến mức không đáng kể, việc nối đất khung gầm được sử dụng để chuyển hướng bất kỳ dòng điện rò hoặc dòng điện sự cố nào xuống đất thay vì tới bệnh nhân hoặc nhân viên y tế Hình 2 mô tả dòng điện nguy hiểm từ sự cố điện được chuyển hướng một cách an toàn xuống đất thông qua con đường thay thế này Việc nối đất hiệu quả chỉ có thể đạt được với các dây nối đất có điện trở rất thấp (cỡ 0.1Ω) Đo điện trở nối đất là một phép đo khác được quy định trong tiêu chuẩn

an toàn điện cho các thiết bị y tế

Các phép kiểm tra an toàn điện cơ bản bao gồm:

- Kiểm tra bằng mắt cáp, phích cắm và đầu nối

- Đo điện trở dây nối đất

- Đo điện trở cách điện của khung gầm và dây / điểm tiếp xúc với bệnh nhân

6 Nguồn gốc điện thế sinh học(Điện thần kinh,Điện cơ,Điện tim,Điện não,Điện cầu mắt)

Điện thế EEG được ghi từ các điện cực được đặt tiếp xúc với lớp da đầu là sự tổng hợp các thay đổi về điện thế ngoài của tế bào Pyramidal

Màng tế bào pyramidal không bao giờ trong trạng thái nghỉ bởi vì nó bị tác động liên tiếp bởi hoạt động sinh ra do các neuron khác có các liên kết synaptic

Các liên kết synaptic có thể là kích thích hoặc ức chế sự thay đổi tương ứng tính thẩm thấu của màng tế bào đối với ion K và ion Cl làm phát sinh dòng điện

 Điện thần kinh (ENG)

- Điện não đồ là một pp sử dụng để ghi lại trực tiếp các hoạt động của các tế bào thần kinh trong hệ thần kinh trung ương (não, tủy sống) or hệ thần kinh ngoại vi (dây thần kinh, hạch)

- Điện não đồ thường được thu bằng cách đặt các điện cực trong mô thần kinh,

- Hoạt động điện thần kinh đc tạo ra bởi các tế bào thần kinh, truyền đến một

hệ thống thu nhận, giúp hình dung đc các hoạt động của neuron

- Mỗi đường thẳng trong điện thần kinh biểu thị một điện thế hoạt động của tế bào thần kinh

- Tùy thuộc vào độ chính xác của điện cực đc sử dụng để ghi lại hoạt động thần kinh, một điện thần kinh có thể chứ hoạt động của một neuron đơn lẻ ocuar hàng nghìn neuron

- Tốc độ truyền và đọ trễ trong dây thần kinh ngoại vi là những thông số hữu ích liên quan đến chức năng của các dây thần kinh ngoại biên

- Vận tốc dẫn truyền trong một dây thần kinh ngoại vi được đo bằng cách kích thích một dây thần kinh vận động ở hai điểm cách nhau một khoảng đã biết dọc theo đường đi của nó Biết được khoảng cách tách biệt, chúng ta có thể xác định tốc độ dẫn truyền của dây thần kinh cái mà có giá trị lâm sàng tiềm năng Ví dụ, tốc độ dẫn truyền trong sợi thần kinh tái tạo bị chậm lại sau chấn thương dây thần kinh

 Điện cơ (EMG)

Quá trình hình thành điện cơ chính là quá trình hình thành điện thế hoạt động của tế bào cơ Khi có kích thích thần kinh tác động vào tế bào cơ, có sự thay đổi về tính phân cực qua màng của sợi trục

Điện thế hoạt động được hình dựa trên 3 giai đoạn hoạt động sau:

− Giai đoạn khử cực

+ Khi bị kích thích thì tế bào thần kinh hoạt động và xuất hiện điện thế hoạt động

+ Khi bị kích thích tính thấm của màng thay đổi cổng Na+ mở, Na+ khuếch tán từ ngoài vào trong màng làm trung hòa diện tích âm ở bên trong

− Giai đoạn đảo cực

+ Các ion Na+ mang điện dương đi vào trong không những để trung hòa diện tích âm ở bên trong tế bào, mà các ion Na+ còn vào dư

+ Làm cho bên trong mang điện dương so với bên ngoài mang điện tích

âm

− Giai đoạn tái phân cực

+ Bên trong tế bào Na+ nhiều nên tính thấm của màng đối với Na+ giảm cổng Na+ đóng

+ Tính thấm đối với K+ tăng nên cổng K+ mở rộng làm cho K+ khuếch tán từ trong tế bào ra ngoài nên bên ngoài mang điện tích dương, khôi phục điện thế nghỉ ban đầu (Hình 2.1)

Phương pháp thu tín hiệu điện cơ:

Điện cơ đc thu bằng điện cực bề mặt và điện cực kim

 Điện mắt

Điện đồ võng mạc (ERG) là một xét nghiệm chẩn đoán đo hoạt động điện của võng mạc để đáp ứng với kích thích ánh sáng ERG phát sinh từ các dòng điện được tạo ra trực tiếp bởi các tế bào thần kinh võng mạc kết hợp với sự đóng góp từ thần kinh đệm võng mạc Điều quan trọng, ERG là thước đo khách quan

về chức năng võng mạc có thể được ghi lại một cách không xâm lấn trong các điều kiện sinh lý ERG thường được ghi lại bằng cách sử dụng một điện cực sợi mỏng được đặt tiếp xúc với giác mạc hoặc một điện cực được nhúng trong kính

áp tròng giác mạc Những điện cực này cho phép ghi lại hoạt động điện do võng mạc tạo ra trên bề mặt giác mạc ERG có thể được gợi ra bằng các đèn flash khuếch tán hoặc kích thích theo khuôn mẫu Hiệp hội quốc tế về điện sinh

lý lâm sàng của thị giác (ISCEV) đã đưa ra các tiêu chuẩn cho các hình thức ghi ERG khác nhau ERG có tiện ích lâm sàng quan trọng, ở chỗ nó cung cấp thông tin chẩn đoán liên quan đến nhiều rối loạn võng mạc di truyền và mắc phải Hơn nữa, ERG có thể được sử dụng để theo dõi sự tiến triển của bệnh và đánh giá độc tính võng mạc do các loại thuốc khác nhau hoặc các dị vật nội nhãn được giữ lại

ĐIỆN CỰC HỌC (EOG)

Ngoài điện thế thoáng qua được ghi là ERG, còn có điện thế giác mạc-võng mạc ổn định Lưỡng cực ổn định này có thể được sử dụng để đo vị trí mắt bằng cách đặt các điện cực bề mặt ở bên trái và bên phải của mắt (ví dụ: trên mũi và thái dương) Khi mắt nhìn thẳng về phía trước, lưỡng cực ổn định được đặt đối xứng giữa hai điện cực và đầu ra EOG bằng không Khi hướng nhìn sang trái, giác mạc dương trở nên gần điện cực trái hơn, giác mạc này trở nên dương hơn Có một mối quan hệ gần như tuyến tính giữa góc nhìn ngang và đầu ra EOG lên đến xấp xỉ +30° cung Các điện cực cũng có thể được đặt bên trên và bên dưới mắt để ghi lại chuyển động của mắt theo chiều dọc

EOG, không giống như các thiết bị lưỡng cực khác, yêu cầu bộ khuếch đại de Tín hiệu nằm trong phạm vi microvolt, do đó cần có các điện cực Ag/AgCl lõm để tránh bị trôi Cần phải mài mòn da để rút ngắn những thay đổi về điện thế tồn tại giữa bên trong và bên ngoài da Có tiếng ồn được kết hợp bởi các hiệu ứng từ EEG, EMG

và thiết bị ghi âm; nó tương đương với khoảng 1° chuyển động của mắt Do đó, dữ liệu EOG bị thiếu độ chính xác ở các thái cực Cụ thể là các chuyển động của mắt nhỏ hơn 1° hoặc 2° rất khó ghi lại, trong khi các chuyển động lớn của mắt (ví dụ: lớn hơn 30° cung) không tạo ra các biên độ điện sinh học tỷ lệ thuận với vị trí của mắt

EOG thường là phương pháp được lựa chọn để ghi lại chuyển động của mắt trong nghiên cứu về giấc ngủ và giấc mơ, để ghi lại chuyển động của mắt ở trẻ sơ sinh

và trẻ nhỏ, cũng như để đánh giá khả năng đọc và sự mệt mỏi của thị giác

Điện tim (ECG)

electrocardiogram hay thường gọi tắt là ECG là đồ thị ghi những thay đổi của dòng điện trong tim Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển của một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim Những dòng điện tuy rất nhỏ, khoảng một phần nghìn volt, nhưng

có thể dò thấy được từ các cực điện đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân và truyền đến máy ghi Các điện cực (cảm biến) này thường được giữ trong vài phút Máy ghi điện sẽ khuyếch đại tín hiệu lên và ghi lại trên máy đo điện tâm đồ

Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim v.v

7.Các loại điện cực trong thiết bị y tế

Các loại điện cực sinh học thường được sử dụng (1đ)

Điện cực hút:

- Không cần dây đai hoặc các chất kết dính - Đo đạo trình trên ngực của tín hiệu ECG

- Có thể chỉ được sử dụng để đo trong một giai đoạn ngắn

Điện cực nổi:

- Có dạng là một phiến kim loại tròn lõm - Không tiếp xúc với da - Giảm sự chuyển động của tín hiệu không có thực

Điện cực linh hoạt:

- Không có hình dáng cố định - Trường hợp đặc biệt: trẻ sơ siinh - Vật liệu : Nhựa hoặc nylon với bạc hoặc cacbon với cao su Kim tim và các dây điện cực dùng cho thu thập tín hiệu sinh học qua da

8.Thiết bị hô hấp(Đo áp lực,đo dòng khí,thể tích phổi,quá trình trao đổi khí)

 đo lưu lượng

Khi phổi thay đổi thể tích trong quá trình thở, một khối lượng khí được vận chuyển qua lỗ thở đã được mở bằng dòng đối lưu Lưu lượng xác nhận và tích phân thời gian của lưu lượng thể tích được sử dụng để ước tính tốc độ thay đổi thể tích phổi và thay đổi thể tích phổi tương ứng Lưu lượng thể tích bằng lưu lượng khối lượng chia cho khối lượng riêng của khí tại vị trí đo Dụng cụ được

sử dụng để đo lưu lượng thể tích được gọi là lưu lượng kế Thể tích chiếm bởi một khối lượng (số mol) nhất định của khí ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất

đã biết thường được xác định bằng cách sử dụng một khí kế

Mặc dù các chuyển động thở có tính chất chu kỳ và liên quan đến việc thổi khí xen kẽ (hai chiều) Một số xét nghiệm về chức năng phổi chẳng hạn như những xét nghiệm liên quan đến việc làm sạch một hơi thở,phương pháp điều trị cưỡng bức khả năng thở ra và thông khí tự nguyện tối đa chỉ yêu cầu đo lưu lượng trong một chiều Thêm vào đó, yêu cầu về độ chính xác và độ chính xác của phép đo lưu lượng thay đổi rất nhiều, tùy thuộc vào các thiết lập mà phép

đo được thực hiện từ các phòng thí nghiệm sinh lý học và chức năng lâm sàng đến các trung tâm sàng lọc hàng loạt đến các đơn vị chăm sóc đặc biệt Do đó,

có nhiều loại thiết bị có thể tạo ra các phép đo hữu ích trong các dụng cụ cụ thể

 thể tích phổi

Các chỉ số được sử dụng phổ biến nhất về tình trạng cơ học của hệ thống thở là thể tích tuyệt đối và sự thay đổi thể tích của không gian khí trong phổi đạt được trong các thao tác thở khác nhau

Quan sát Hình 9.5 và giả định rằng đường thở và bề mặt cơ thể của đối tượng tiếp xúc với áp suất khí quyển Sau đó, thể tích lớn nhất mà phổi của đối tượng

có thể được mở rộng một cách tự nguyện được định nghĩa là tổng dung tích phổi (TLC) Thể tích nhỏ nhất mà đối tượng có thể xì hơi phổi từ từ là thể tích còn lại (RV) Thể tích của phổi khi kết thúc quá trình thở ra yên tĩnh khi các cơ

hô hấp được thả lỏng là dung tích tồn dư chức năng (FRC) Sự khác biệt giữa TLC và RV là dung tích sống (VC), xác định sự thay đổi thể tích tối đa mà phổi

có thể trải qua

Hình 9.5 Phạm vi thể tích của hệ thống thông gió nguyên vẹn (không có tải bên

ngoài) Tổng dung tích phổi, FRC và RV được đo dưới dạng thể tích tuyệt đối Công suất quan trọng, IC, ERV và VT là những thay đổi về âm lượng Thể tích đóng (CV) và công suất đóng (CC) thu được từ thí nghiệm rửa trôi một hơi.

THAY ĐỔI THỂ TÍCH PHỔI: PHÉP ĐO PHẾ DUNG

Việc đo lường sự thay đổi thể tích phổi được tiếp cận theo hai cách Một là đo

sự thay đổi thể tích của không gian khí bên trong cơ thể trong quá trình thở bằng cách sử dụng các kỹ thuật chụp màng phổi

Cách tiếp cận thứ hai, được gọi là phép đo phế dung, liên quan đến sự chắc chắn nhỏ của khí đi qua lỗ mở đường thở Các ment đo sau có thể cung cấp các ước tính chính xác, liên tục về những thay đổi trong thể tích phổi chỉ khi lượng khí nén trong phổi đủ nhỏ

 Đo áp lực

Cảm biến hô hấp sử dụng điện trở dòng với các mối quan hệ áp suất-dòng chảy xấp xỉ tuyến tính

 Quá trình trao đổi khí

Hệ hô hấp bao gồm các bộ phận chuyên biệt, và cần tín hiệu để kích hoạt Ở đây, các bộ phận là các cấu trúc và mô tạo ra phổi, cũng như nhiều cơ quan hô hấp khác có liên kết với chúng Để cỗ máy hoạt động, cần tới hệ thần kinh tự chủ, trung tâm vô thức của bộ não kiểm soát các chức năng tối cần thiết Khi cơ thể cần không khí giàu ô-xi, hệ thống gửi tín hiệu đến các cơ xung quanh phổi, làm cơ hoành bẹt ra, các cơ gian sườn co lại tạo không gian để phổi mở rộng Không khí bị hút vào trong mũi và miệng, thông qua khí quản, đến phế quản

tách nhánh ở phía cuối Mỗi phế quản dẫn đến một lá phổi Giống như các nhánh cây, các ống nhỏ này tách thành hàng ngàn ống nhỏ hơn gọi là tiểu phế quản Rất dễ để nghĩ rằng phổi như quả bóng bay lớn, nhưng thay vì rỗng, chúng xốp và lỗ rỗ bên trong, với các tiểu phế quản chạy qua các nhu mô Điểm cuối của mỗi tiểu phế quản có các túi khí nhỏ gọi là phế nang, được bao bọc trong các mao mạch chứa đầy hồng cầu chứa một loại protein đặc biệt được gọi

là hemoglobin Không khí hít vào làm đầy túi khí, khiến phổi phồng ra Đây là nơi diễn ra sự trao đổi chất quan trọng Đến lúc này, các mao mạch chứa đầy khí carbonic, các túi khí lại chứa đầy ô-xi Theo quy luật khuyếch tán, phân tử khí có khuynh hướng di chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp Vì vậy, ô-xi đi vào các mao mạch, bị hemoglobin giữ lại ở đó, khí carbonic thì được đem vào phổi Các hemoglobin chứa đầy ô-xi sẽ được vận chuyển đi khắp cơ thể thông qua các mạch máu Hệ thần kinh tự chủ một lần nữa phát tín hiệu, khiến cơ hoành cong lên, và các cơ gian sườn giãn ra, khiến khoang ngực nhỏ lại làm phổi bị thu nhỏ Khí nhiều carbonic bị đẩy ra ngoài,

và chu kỳ lại bắt đầu Đó là cách bộ phận xốp và lỗ rỗ này giúp cơ thể luôn được cung cấp đủ khí Phổi hít vào thở ra từ 15 đến 25 lần một phút, tổng cộng lên đến 10.000 lít khí mỗi ngày

9.Phân tích các mạch điện trong thiết bị y tế