thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ ecg

Đến với môn học Mạch xử lý tín hiêu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao kiến thức, kỹ năng thực hành, khả năng phân tích, giải quyết vấn để nhóm em đã chọn đề tài thiết kế mạch thu

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU Y SINH

Đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH THU NHẬN TÍN

HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ

Sinh viên thực hiện : Ngô Sơn Tùng :shsv 2008

Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027 Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716

Giáo viên hướng dẫn : ThS Vũ Duy Hải

LỜI NÓI ĐẦU

luôn được đặt lên hàng đầu Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào y tế hiện nay chính là sự

quyết định đến hiệu quả của việc phòng khám chữa bệnh cũng như nâng cao yêu cầu chăm

sóc sức khỏe

Đến với môn học Mạch xử lý tín hiêu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao kiến

thức, kỹ năng thực hành, khả năng phân tích, giải quyết vấn để nhóm em đã chọn đề tài

thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tim – ECG Qua đề tài nhóm em mong muốn dựa trên

những hiểu biết về mạch có thể thực hiện thiết kế chế tạo các mạch đơn giản Đồng thời có

thể củng cố và vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế; đồng thời nâng cao

được khả năng phân tích, tìm hiểu, thiết kế mạch xử lý tín hiệu y sinh

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Duy Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ

nhóm em hoàn thành đề tài này Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn chế

nên nhóm em không tránh khỏi sai sót, tín hiệu nhận được vẫn chưa được hoàn chỉnh…

Chúng em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy để đề tài của nhóm em được

hoàn thiện hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2012

Nhóm sinh viên thực hiện

1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ – ECG”

1.1.1 Lý do chọn đề tài

Như chúng ta đã biết trong bốn chỉ số sinh tồn : nhiệt độ, mạch, huyết áp, nhịp tim thì

việc đo nhịp tim là một thông số cực kỳ quan trọng Đồng thời hiện nay trên thế giới các

bệnh về tim mạch cũng rất phổ biến Do đó, việc xây dựng và thiết kế một máy ghi nhận

tín hiệu điện tim với giá thành phù hợp, dễ sử dụng là rất hữu ích Chúng em cũng nhận

thấy tín hiệu điện tim hiện nay đã được mọi người quan tâm rất nhiều, dạng tín hiệu nhận

được cũng dễ nhận biết hơn các dạng tín hiệu Vì thế, đối với những sinh viên mới tìm

hiểu, kỹ năng chưa có nhiều như nhóm em thì việc xử lý tín hiệu điện tim là phù hợp hơn

cả Hơn nữa, qua đề tài nhóm em mong muốn có thể hiểu hơn về các tín hiệu y sinh và

cách xử lý chúng Do đó nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện

tâm đồ - ECG”

1.1.2 Khả năng ứng dụng của đề tài

Khi cuộc sống càng ngày càng phát triển như hiện nay thì vấn đề chăm sóc sức khỏe

ngày càng được thế giới quan tâm Đồng thời với một nền công nghiệp phát triển, tần suất

công việc, nhịp sống ngày càng tăng thì vấn đề tim mạch là một trong những nguy cơ ngày

càng gia tăng, càng đặt được mối quan tâm của mọi người Ngày nay, các phòng khám tim

mạch cũng ngày càng nhiều Do đó có rất nhiều nhu cầu về thiết bị y tế đặc biệt là máy

điện tâm đồ Nhưng hiện nay, các thiết bị y tế trên thị trường có giá thành không phải nhỏ

Vì thế nhóm em mong muốn có thể tạo ra một thiết bị ghi nhận tín hiệu điện tim với giá

GIỚI THIỆU CHUNG

thành vừa phải với khả năng chi trả của những phòng khám nhỏ Nó sẽ hỗ trợ cho khả năng

thăm khám, chuẩn đoán bệnh của bác sĩ được chính xác hơn

Nhóm em nhận thấy nếu có thể phát triển thành một sản phẩm hoàn chỉnh thì khả năng

ứng dụng của đề tài là rất lớn

1.1.3 Khả năng thực hiện của nhóm

Theo như yêu cầu mà nhóm đặt ra ban đầu là mạch của nhóm cần phải hoàn thiện phần

cơ bản (mạch thu nhận được tín hiệu điện tim hiển thị trên oscilloscope); sau khi hoàn

thiện tốt phần tương tự nhóm sẽ phát triển để hiển thị tín hiệu thu được lên máy tính

Về phần cơ bản, mạch yêu cầu cần đạt được các chức năng sau:

- Mạch thu nhận được tín hiệu điện tim

- Mạch gồm các khối cơ bản: Mạch khuếch đại đo, mạch lọc thông thấp, mạch lọc

thông cao, mạch triệt tần 50 Hz, mạch khuếch đại cách ly, mạch khuếch đại đệm

Bộ khuếch đại cần khuếch đại được tín hiệu lên khoảng 103

lần

1.2 GIỚI THIỆU VỀ NHÓM VÀ TIMELINE CÔNG VIỆC:

Nhóm thiết kế mạch của chúng em gồm 4 thành viên gồm :

1.Ngô Sơn Tùng :shsv 20083008 mail : nst2404@Gmail.com

2.Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 mail : cuongdoit@Gmail.com

3.Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027

4.Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716

Timeline công việc của nhóm :

Tìm hiều về đề tài, tìm kiếm tài liệu Cả nhóm 1 tuần

Thiết kế mạch nguyên lý, chạy mô phỏng Tùng ,Cường 2 tuần

1.3 GIỚI THIỆU VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

Tín hiệu điện tim là một trong các đại lượng sinh học quan trọng nhất trong việc

chẩn đoán và chăm sóc bệnh nhân Khi tim co bóp thể thực hiện chức năng tuần

hoàn của mình thì nó sẽ tạo ra một điện trường sinh học qua khối dẫn liên hợp từ

ngực và cơ bụng tới bề mặt da Sự chênh lệch điện thế sinh học đó có thể đo được

từ bất kỳ hai điểm nào trên bề mặt da Biên độ của dạng sóng tín hiệu thu được phụ

thuộc vào cập điện cực được đặt ở đâu trên bề mặt da bệnh nhân

Sóng điện tim là tín hiệu biến đổi theo thời gian, phản ánh dòng điện ion gây ra

bởi các tế bào tim khi co lại hay giãn ra Tín hiệu này thường rất nhỏ Mỗi chu kỳ

tim thường khoảng là 0,8 giây, thể hiện quá trình khử cực và tái khử cực của tâm

nhĩ và tâm thất

Hình 2.1 Lược đồ của quá trình tạo nhịp bằng cơ tim, điện thế qua màng bó

dẫn trong tim người và quan hệ của chúng với dạng sóng ECG ở đạo trình III

Một chu kỳ tim chuẩn có chu kỳ là 0,8 giây với năm đỉnh là P, Q, R, S, T và một

đỉnh U ( đỉnh này rất nhỏ) Biên độ sóng P, Q, S nhỏ nhất khoảng 0,2 – 0,5 mV

Biên độ sóng R lớn nhất, khoảng 1,5 – 2 mV Do đó đỉnh sóng QRS của tín hiệu

ECG thường nằm trong dải 400 µV – 2,5 mV Biên độ này phụ thuộc vào vị trí đo

và thể trạng của bệnh nhân Dải tần hoạt động là khoảng 0,05 Hz – 100 Hz

Các đạo trình đo

Cơ thể người là một môi trường dẫn điện, vì thế dòng điện do tim được phát đi

ra được truyền đi khắp cơ thể Khi đặt hai điện cực trên bất kỳ hai điểm nào của cơ

thể đều thu được dòng điện thế giữa hai điểm đó và được gọi là đạo trình ( hay

chuyển đạo) Mỗi đạo trình sẽ có một dạng sóng khác nhau Thông thường người ta

hay sử dụng 12 đạo trình để ghi tín hiệu điện tâm đồ bao gồm:

- Đạo trình mẫu : 3 đạo trình

- Đạo trình đơn cực các chi: 3 đạo trình

- Đạo trình trước ngực: 6 đạo trình

Hình 2.2 Tín hiệu ECG chuẩn

Nhóm em đã chọn thiết kế mạch thu nhận tín hiệu một đạo trình chuẩn của tín

hiệu điện tim Sau đây em xin giới thiệu chi tiết hơn về đề tài của nhóm

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI:

Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch xử lý tương tự

Điện cực

tiếp xúc

Lọc thông thấp

Lọc triệt tần 50 Hz

Lọc thông cao

Bảo vệ đầu vào và đệm

Khuếch đại đệm OUTPUT

THIẾT KẾ

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

2.2.1 Mạch vào

2.2.2 Mạch khuếch đại đo

MACH VAO

J2

CON2

1 2

J3

CON2

1 2

TAY TRAI

TAY PHAI

+

-U3

OP07

3 2

6

7 1

4 8

+

-U4

OP07

3 2

6

7 1

4 8

R3 47k

R4 47k

D8 1N4148

D9 1N4148

L1

D10 1N4148

D11 1N4148

R1

Mach Khuech Dai Do

+

-U5

AD620

3

2

6

7 1

4 8

CHAN TRAI

L1

R1

OUT1

R5 22k

R6 22k

R21 20K

R7 5K

C9

104 R8 10K

R9 1M

+ -U6

OP07

3 2

6

7 1

4 8

CHAN TRAI

R10 10k

J5

CON2

1 2

2.2.3 Mạch lọc thông thấp

2.2.4 Mạch lọc thông cao

OUT3

Mach Loc Thong Thap

R13

203 OUT2

R14

-U8

OP07

3 2

6

7 1

4 8

C12 104

C13 473

C10

10uF

C11

10uF

+

-U7

OP07

3 2

6

7 1

4 8

R11 220k

OUT1

OUT2

R12 504

MACH LOC THONG CAO

2.2.5 Mạch lọc lọc tần 50Hz

2.2.6 Mạch khuếch đại tín hiệu ra( KĐ Đệm):

OUT4

C14

104

C15

104

Mach Loc 50Hz

OUT4

C16 104 C17 104

OUT3

+

-U9

OP07

3 2

6

7 1

4 8

R17 4k7 R18 10k

Khuech Dai Tin Hieu Ra

+

-U10

OP07

3 2

6

7 1

4 8

OUT4

R19 4k7

R20

504

OUTPUT

J4

CON2

1 2

2.2.7 Nguồn vào ( điều chỉnh 12V):

J1

CON3

1

2

3

D1

2A

1

4

AC1

AC2

VPP1

2200uF

+ C2

2200uF

C3 104

C4 104 VPP2

U1

7812

VIN

1

D2

DIODE

1 2

D3 DIODE

2200uF C6

104

D4 LED

R1 10k VPP1

U2

7912

VIN

2

2200uF

C8 104

D5 LED

-12V

R2 10k

D6

DIODE

D7 DIODE

VPP2

Nguon +12V

Chinh Luu Cau

Nguon -12V

J6

CON2

1 2

J7

CON2

1 2

3.1.HÌNH ẢNH

3.1.1.Mạch sau khi hoàn thành :

Mạch sau khi thiết kế xong

KẾT QUẢ

Cắm nguồn và bật công tắc, led sáng mạch hoạt động

3.1.2 Hình ảnh sử dụng mạch đo :

a) Cắm vào đầu vào một tín hiệu hình sin, tần số 97 Hz, kết quả thu được

trên OXILO:

b) Dùng điện cực dán lên các phần tay trái, tay phải và chân phải, hình

ảnh thu được trên OXILO:

3.2 KẾT LUẬN, NHẬN XÉT:

Nhóm em đã ghép nối mạch phần cơ bản Do kỹ năng xử lý và kinh

nghiệm chưa có nhiều nên tín hiệu nhóm thu được vẫn chưa được ổn

định Nhóm đang cố gắng xử lý để tín hiệu thu được có thể tốt hơn

Kinh nghiệm của chùng em còn khá ít về chế tạo mạch cho y tế nên có

thể có nhiều sai sót mắc phải

Qua việc làm với nhóm thấy rằng cả nhóm đã có tinh thần rất tốt khi làm

việc theo nhóm

STT Tên linh kiện Nơi mua Số lượng Giá thành (VNĐ)