Xây dựng chương trình mô phỏng quá trình điều khiển & hiển thị các thông số sinh học

Xây dựng chương trình mô phỏng quá trình điều khiển & hiển thị các thông số sinh học

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, đã có rất nhiều phátminh ứng dụng vào thực tiễn nhằm phục vụ tốt hơn cho đời sống con người Với côngnghệ hiện đại, các phát minh, sáng chế đã có những thành tựu to lớn, thiết thực trongmọi lĩnh vực của đời sống xã hội Đặc biệt, việc ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện đạitrong lĩnh vực y tế đã tạo một bước đột phá trong việc hỗ trợ chẩn đoán và điều trị củabác sĩ, nhất là đối với các bệnh hiểm nghèo Càng ngày, các trang thiết bị y tế hiện đạicàng khẳng định được tầm quan trọng, và là một phần không thể thiếu trong các bệnhviện

Qua quá trình thực tập ở Công Ty Nipon cung cấp trang thiết bị y tế trên thị trườngViệt Nam cùng với việc tìm hiểu và thấy rõ tầm quan trọng của thiết bị theo dõi hiện

nay Vì vậy, tôi đã quyết định chọn thiết bị theo dõi bệnh nhân “Monitoring” Ngoài

mục đích bổ sung kiến thức cho bản thân thì tôi có xây dựng chương trình mô phỏngquá trình điều khiển và hiển thị tín hiệu sinh học nhằm giới thiệu bước đầu về các loạidạng sóng của các tín hiệu sinh học và ứng dụng trong giảng dạy các môn chuyênnghành

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Vũ Duy Hải, cùng các thầy côtrong bộ môn Công nghệ điện tử, Thầy Hiền trưởng phòng kĩ thuật bệnh viện HữuNghị Hà Nội, chú Phạm Quốc Trọng giám đốc kĩ thuật công ty Nipon đã giúp đỡ tôitrong quá trình thực hiện đồ án Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ mônđiện tử y sinh đã tạo mọi điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập vàthực hiện đồ án này

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Với nội dung đồ án là: “Xây dựng chương trình mô phỏng quá trình điều khiển

và hiển thị các thông số sinh học”.Mục đích chính của đồ án là khai thác thiết bị theo

dõi bệnh nhân để tìm hiểu nguyên lý hoạt động chung của các loại thiết bị theo dõibệnh nhân và mô phỏng các tín hiệu sinh học: điện tim, SpO2, nhịp thở và hiển thị cácthông số điện tim, huyết áp không can thiệp bằng phần mềm lập trình Visual Basic 6.0

Về cơ cấu nội dung đồ án được chia thành các chương:

Chương 1: Phân loại và chức năng của các thiết bị theo dõi bệnh nhân Chương 2: Nghiên cứ phương pháp đo các thông số sinh học

Chương 3: Xây dựng chương trình

THE SUMMARY OF THE DESIGN Which the contents of the design is: “ the construction of simulating program process of controlling and displaying parameters of biological using to monitor”.

The main purpose of the design is studying common principle of monitors andsimulating signals of biological: ECG signal, SpO2 signal, Respiration signal anddisplay parameters of ECG, NIBP, Respiration, % SpO2, by the programming softwareVisual Basic 6.0

For structure of the contents of the design is devided into chapters following:

Chapter One: Classification and function of monitor

Chapter Two: Study measure method parameters of biological

Chapter Three: Building program

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TĂT SỬ DỤNG 5

DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG 6

CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI VÀ CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ 8

THEO DÕI BỆNH NHÂN 8

1.1 Tầm quan trọng của thiết bị theo dõi bệnh nhân 8

1.2 Khái niệm về thiết bị theo dõi bệnh nhân 9

1.3 Sự phát triển của thiết bị theo dõi 10

1.4 Phân loại thiết bị theo dõi bệnh nhân 12

1.4.1 Thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường (Bedside Monitor) 13

1.4.2 Thiết bị theo dõi trung tâm ( Central Monitor) 15

1.5 Hệ thống thiết bị theo dõi bệnh nhân 15

1.5.1 Hệ thống theo dõi hữu tuyến (dùng dây) 15

1.5.2 Hệ thống theo dõi vô tuyến (không dây) 18

1.6 Các chức năng của thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường 21

1.6.1 Theo dõi các thông số sống của bệnh nhân 21

1.6.2 Hiển thị các dạng sóng và các thông số 22

1.6.3 Tốc độ lấy mẫu các thông số sống 22

1.6.4 Nhập và trả bệnh nhân 22

1.6.5 Tạm dừng và kích hoạt quá trình theo dõi bệnh nhân 23

1.6.6 Báo động 23

1.6.7 Các giới hạn an toàn 24

1.7 Chức năng của thiết bị theo dõi trung tâm 25

1.8 Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO 26

CÁC THÔNG SỐ SINH HỌC 26

2.1 Sơ đồ khối 26

2.1.1.Khối ECG/RESP: 27

2.1.2.Khối SpO2/BP/TEMP: 28

2.1.3.Khối NIBP: 30

2.1.4.Khối xử lý trung tâm CPU: 30

2.1.5 Khối bộ nhớ 31

2.1.6 Khối màn hình hiển thị 31

2.1.7.Khối máy in 32

2.1.8 Khối cổng ra nối mạng hữu tuyến, và Khối transmitter và anten 32

Các thông số ghi đo của máy theo dõi bệnh nhân 32

2.2 - Phép đo nhịp tim(HR) 32

2.2.1.Phép đo trung bình: 32

2.2.2.Phép đo tức thì: 34

2.3- Phép đo nhịp mạch 36

2.4- Phép đo huyết áp 37

2.4.1.Đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp IBP: 37

2.4.2.Đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp NIBP: 39

2.5- Phép đo nhiệt đô 44

2.6- Phép đo nhịp thở 45

2.6.1.Phương pháp điện trở nhiệt: 45

2.6.2.Phương pháp trở kháng phổi: 46

2.7- Phương pháp CO2 47

2.7.1 Phương pháp đo CO2 – sidestream 47

2.7.2 Phương pháp đo CO2 – mainstream 48

2.8- Ghi tín hiệu điện tim ECG 49

2.8.1 Ghi tín hiệu điện tim 49

2.8.2 Nhiễu điện tim 53

2.9- Độ bão hòa oxi trong máu SpO2 62

2.10- Đo cung lượng tim CO 65

2.10.1.Phương pháp Fick 66

2.10.2.Phương pháp pha loãng chất mầu 68

2.10.3.Phương pháp pha loãng nhiệt 69

2.11 Kết luận chương 2 73

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 74

3.1 Tín hiệu điện tim ECG và nhịp tim HR 74

3.2 Tín hiệu SpO2 và % SpO2 80

3.3 Tín hiệu nhịp thở và nhịp thở RESP 81

3.4 Thông số NIBP 83

3.5 Kết quả thực hiện 83

3.5.1 Mục đích của sự mô phỏng 83

3.5.2 Cấu trúc chương trình 84

3.6 Kết luận chương 3 90

KẾT LUẬN CHUNG 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 95

CÁC TỪ VIẾT TĂT SỬ DỤNG

Từ viết

tắt

DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG

Hình 1.1 Thiết bị theo dõi đặt tại giường 10

Hình 1.2 Loạn nhịp tâm thất sớm (VPC) 11

Hình 1.3 Một số thiết bị theo dõi hiện đại ngày nay 12

Hình 1.4 Hình một máy theo dõi bệnh nhân đặt tại giường 13

Hình1.5 Mạng kết nối cáp 14

Hình 1.6 mạng kết nối vô tuyến với dùng bộ truyền tín hiệu ZB – 800P 14

Hình 1.7: sơ đồ khối tổng quát hệ thống theo dõi bệnh nhân nối dây 16

Hình 1.8: sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống theo dõi trung tâm 19

Hình 1.9 Màn hình hiển thị các thông số theo dõi của một thiết bị theo dõi bệnh nhân 22

Hình 2.1 : Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường 27

Hình 2.2 : Sơ đồ mạch khối ECG/RESP 28

Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý của khối SpO 2 29

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP 29

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP 30

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thị 31

Hình 2.7 mạch bơm Diot 33

Hình 2.8 sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình 34

Hình 2.9 Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì 35

Hình 2.10 sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh 36

Hình 2.11 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch 38

Hình 2.12 Sơ đồ mạch điện dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương 38

Hình 2.13 Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và 40

dao động kế 40

Hình2.14.phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic 41

Hình 2.15 các khối chính trong thiết bị đo huyết áp siêu âm 43

Hình 2.16 sơ đồ khối chi tiết đo nhiệt độ hiển thị số trực tiếp 45

Hình 2.17 Nguyên lý phương pháp đo trở kháng phổi (hai điện cực) 46

Hình 2.18 Nồng độ CO 2 khi hít vào và thở ra 48

Hình 2.19 Sơ đồ khối của quá trình phân tích khí CO 2 trong hơi thở 49

Hình 2.20 Các đạo trình chuẩn 50

Hình 2.21.Các đạo trình chi đơn cực 50

Hình 2.22 Các đạo trình trước ngực 50

Hình 2.23 : Điện tim 12 kênh ghi 51

Hình 2.24 Điện tim 6 kênh ghi 51

Hình2.25 : Điện tim 3 kênh ghi 52

Hình 2.26 : Điện tim 3 kênh ghi + 1 nhịp tim chuẩn 52

Hình2.27 Sơ đồ khối của việc thu nhận và xử lý tín hiệu ECG 53

Hình 2.28 : Tín hiệu điện tim đặc trưng 56

Hình2.29 : a) Nhiễu tần số 50Hz; b) nhiễu điện cơ trong tín hiệu ECG 57

Hình 2.30 : Nhiễu do cơ thể dịch chuyển, điện cực hô hấp bị tuột 57

Hình 2.31 : Nhiễu do hoạt động mạnh ( kiểm tra dây đất, điều kiện điện cực) 57

Hình 2.32 : Mạch khuếch đại vi sai gồm 3 bộ khuếch đại thuật toán 58

Hình 2.33 : Mạch điều khiển chân phải để tối thiểu hóa nhiễu mode chung 58

Hình 2.34: Ví dụ về sự giảm nhiễu trong thiết kế một hê thống đa tầng 59

Hình 2.35 : Sự sắp xếp của các tầng 59

Hình 2.36: Sơ đồ mạch bên trong của INA 118 60

Hình 2.37: Ví dụ đơn giản về mạch lọc thông cao Sallen-Key 2 cực 60

Hình 2.38: Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điện tim 61

Hình 2.39 : Mô phỏng kết quả kiểm tra 62

Hình 2.40 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu của Pulse Oximetor 63

Hình2.41 Đặc tuyến về sự hấp thụ ánh sáng của Hemoglobin 64

Hình 2.42 Mối quan hệ giữa biên độ sóng với sự hấp thụ ánh sáng 64

Hình 2.43 Hình sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của máu tĩnh mạch, mô, xương và da 64

Hình 2.44 : Sự hấp thụ ánh sáng tương đối của mô 65

Hình 2.45: Mối quan hệ giữa nồng độ oxi và sự hấp thụ ánh sáng đỏ và ánh sáng 65

hồng ngoại 65

Hình 2.46 Sự đo Oxi trong ống với một dung kế (phải) và phương pháp sử dụng tính toán đo thể tích 67

Hình 2.47: Phương pháp pha loãng nhiệt (a), và đường cong đặc trưng (b) 71

Hình 2.48: Đường cong pha loãng bị che khuất bởi sự quay vòng (a), và đồ thị bán thuật toán loga của bờ dốc (b) 73

Hình 3.1: Tín hiệu ECG điển hình 74

Hình 3.2: Tạo dạng sóng QRS 76

Hình 3.3: Tạo dạng sóng P 77

Hình 3.4 :Dạng sóng SpO2 80

Hình 3.5: Vị trí đặt điện cực và biên độ dạng sóng của chúng 81

Hình 3.6: Dạng sóng nhịp thở 82

Hình 3.7: Cấu trúc của chương trình 84

Hình 3.8 Giao diện chính của chương trình mô phỏng 85

Hình 3.9 Menu con Exit kết thúc chương trình 85

Hình 3.10 các menu con mô phỏng tín hiệu 85

Hình 3.11 Giao diện chương trình mô phỏng ECG 86

Hình 3.12 Tín hiệu mô phỏng đạo trình II (a) và V (b) 86

Hình 3.13 Dạng sóng mô phỏng tín hiệu nhịp thở 87

Hình 3.14 Form SpO2 87

Hình 3.15 Form NIBP 88

Hình 3.16 form about 89

Hình 3.17: Mối quan hệ PWTT với tín hiệu ECG và SpO 2 90

CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI VÀ CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ

THEO DÕI BỆNH NHÂN

1.1 Tầm quan trọng của thiết bị theo dõi bệnh nhân

Thiết bị theo dõi bệnh nhân có thể đánh giá định lượng các biến số sinh lý quantrọng của bệnh nhân trong các giai đoạn nguy kịch của các chức năng sinh học, phục

vụ cho mục đích chẩn đoán, nghiên cứu cần phải biết các giá trị thực hay xu hướngbiến đổi của chúng Các hệ thống theo dõi bệnh nhân có thể được sử dụng để đo liêntục hay tại những quãng thời gian nhất định một chách tự động giá trị của các thông sốsinh lý quan trọng của bệnh nhân Những bệnh nhân ốm rất nặng, bệnh nhân đang hồiphục sau mổ hoặc bị đột quỵ tim thường được để ở phòng chăm sóc đặc biệt, ở đó cácbiểu hiện sống của họ được theo dõi liên tục bằng cách sử dụng các thiết bị theo dõinày

Mục tiêu lâu dài của việc theo dõi bệnh nhân nhân được giải thích rõ ràng bởiGardner (1972) là để giảm tỉ lệ tử vong và sự phát triển của bệnh tật bằng cách:

 Tổ chức và hiển thị thông tin ở một dạng có ý nghĩa để cải thiện việc theo dõi bệnhnhân

 Liên kết các thông số phức tạp để minh chứng rõ ràng các vấn đề lâm sàng

 Xử lý dữ liệu để đặt báo động khi các tình trạng không bình thường phát triển

 Cung cấp thông tin dựa trên các dữ liệu được tự động hóa đối với việc trị liệu

 Đảm bảo sự chăm sóc tốt hơn với số lượng nhân viên y tế ít hơn

Koster(1978) đã phát biểu rằng trong quá trình phẫu thuật bệnh nhân bị mất đi một

số các cơ chế phản ứng tự nhiên, những cơ chế này bình thường khôi phục lại nhữngbất bình thường trong trạng thái vật lý của người bệnh hay cảnh báo những người xungquanh Những chỉ thị hay báo động mà bệnh nhân không thể tự đưa ra được sẽ do cácthiết bị theo dõi bệnh nhân đưa ra Ngoài ra rất nhiều khi quá trình phẫu thuật kéo dài

vài giờ đồng hồ, trong một khoảng thời gian dài như vậy bác sĩ phẫu thuật và bác sĩgây mê khó có thể duy trì một mối liên hệ mạt thiết với các biểu hiện sống của bệnhnhân và cùng một lúc phải chú ý đến việc gây mê, phẫu thuật, liệu pháp dịch và các chitiết khác cũng rất cần thiết trong bối cảnh đó Hơn nữa khi một bệnh nhân được nối vớicác thiết bị hỗ trợ sự sống tức là máy tim, phổi, máy giúp thở, sự hoạt động chính xáccủa các máy đócũng cần được theo dõi Do đó một thiết bị theo dõi bệnh nhân thôngbáo cho bác sỹ phẫu thuật và bác sỹ gây mê biết về tình trạng củ bệnh nhân tốt hơn.Với các hệ thống theo dõi bệnh nhân, các rủi ro thường có trong phẫu thuật đã đượcgiảm đi một cách đáng kể do cac biến chứng có thể được phát hiện kịp thời trước khichúng trở thành nguy hiểm và các biện pháp thích hợp sẽ được áp dụng đúng lúc Sựlựa chọn các thông số phù hợp có chứa lượng thông tin cao là một trong những vần đềthường gặp trong việc theo dõi bệnh nhân Mặc dù vậy, người ta thừa nhận là việc theodõi bệnh nhân là việc theo dõi các chức năng sinh học sau đây là cần thiết: tín hiệuđiện tim(ECG), nhịp tim(tức thời hay trung bình), nhịp mạch, huyết áp( huyết áp độngmạch gián tiếp, huyết áp động mạch trực tiếp hay huyết áp tĩnh mạch), nhiệt độ cơ thể

và nhịp hô hấp Ngoài các thông số chính trên, các thông số như điện não(EEG), nồng

độ oxy trong máu(SpO2), và thể tích hô hấp cũng cần theo dõi trong một số trường hợpđặc biệt

1.2 Khái niệm về thiết bị theo dõi bệnh nhân

Thiết bị theo dõi bệnh nhân ( thường gọi là Bedside Monitor) là một thiết bị cóchức năng theo dõi sức khỏe bệnh nhân thông qua thu nhận và xử lý liên tục các thông

số sống quan trọng của bệnh nhân như: ECG, huyết áp, nhịp thở, nhiệt độ cơ thể, nồng

độ bão hòa ôxy trong máu SpO2,… các dữ liệu này được hiển thị liên tục trên màn hìnhđặt ở giường bệnh nhân

Hình 1.1 Thiết bị theo dõi đặt tại giường

Hệ thống theo dõi bệnh nhân ( thường là Patient Monitoring system) là một hệthống gồm nhiều thiết bị theo dõi bệnh nhân được kết nối với một trạm trung tâm để cóthể đồng thời theo dõi tình trạng sức khỏe của nhiều bệnh nhân trong bệnh viện

1.3 Sự phát triển của thiết bị theo dõi

Quá trình phát triển của thiết bị theo dõi bệnh nhân gắn liền với sự phát triển củakhoa học kĩ thuật cũng như yêu cầu ngày càng cao trong công tác chăm sóc sức khỏecủa bệnh nhân, đặc biệt trong mấy thập niên trở lại đây Cơ sở của hệ thống theo dõibệnh nhân chính là sự phát triển của quá trình thu nhận dữ liệu sinh học của bệnh nhânbắt đầu từ thế kỉ 17 Bắt đầu một thiết bị theo dõi bệnh nhân chỉ hiển thị một thông số

đó là tín hiệu điện tim ( ECG), sau đó là 2 thông số là tín hiệu điện tim và huyết áp.Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các thiết bị theo dõi ngày càng được đổimới để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công việc chăm sóc sức khỏe cộng đồng

Từ thiết bị ghi đo hai thông số đã tăng lên thành bốn thông số: tín hiệu điện tim(ECG),nhịp mạch(HR), nhiệt độ(TEMP), huyết áp gián tiếp ( NIBP) Sau đó là sáu thông số:tín hiệu điện tim(ECG), nhịp mạch(HR), nhiệt độ(TEMP), huyết áp gián tiếp(NIBP),huyết áp trực tiếp(IBP), và nồng độ bão hòa oxi trong máu SpO2

Bất kì một sự bất thường nào xảy ra đối với tim thì đều được gọi là triệu chứngloạn tim Các bệnh nhân phải được khôi phục lại trạng thái bình thường ngay nếukhông sẽ có nguy cơ bị nhồi máu cơ tim có thể tránh được nguy hiểm cho người bệnhnếu phát hiện và điều trị kịp thời Các triệu chứng loạn tim chủ yếu là nhồi máu cơ tim.Các thông tin chẩn đoán thu được từ việc quan sát tín hiệu điện tim được chia ra làm 2lớp: là lớp hình thái, chủ yếu dựa vào dạng sóng của tín hiệu điện tim để miêu tả trạngthái hoạt động của cơ tim và lớp nhịp điệu, có liên quan tới vị trí và các nhịp đập nhanhcủa tim quá trình truyền xung lực của tim qua hệ thống dẫn.

Hình 1.2 Loạn nhịp tâm thất sớm (VPC)

Đôi khi sự kích thích được tập trung vào tâm thất, các xung lực không truyền đếncác điểm AV mà đi tới các phần khác trải đều trên các tâm thất Khoảng QRS sẽ trởnên rộng hơn và làm cho các tâm thất bị lệch nhịp đập, do đó mỗi nhịp đập lệch sẽ làmột nhịp tạo các vị trí bất thường trong tim và thường là một VPC sớm: xuất hiện sớmhơn các nhịp khác Các nhịp đập lệch vị trí của tâm thất sẽ làm xuất hiện sự khử cựcbất thường trong tim, tín hiệu điện tim sẽ hiển thị lên một trạng thái QRS bất bìnhthường và thông thường thể hiện với sự tăng rõ ràng về chiều rộng và thay đổi mạnh vềbiên độ

Như hiện nay, để phát hiện ra các triệu chứng loạn tim thì phải thực hiện theo dõithường xuyên các hiện tượng bất thường, phân tích các tín hiệu liên tục Đối với cácbệnh nhân xuất hiện các PVC liên tục từng khoảng ngắn của các sợi cơ cũng phải luônđược theo dõi thường xuyên bởi vì nếu chỉ lấy mẫu trong các khoảng như là các tínhiệu điện tim thì có thể sẽ bị mắc lỗi Đòi hỏi một sự theo dõi liên tục 24/24 giờ trongngày Đây là khoảng thời gian chăm sóc liên tục cho bệnh nhân và rất khó khăn trongviệc theo dõi dài này Các máy oxylo hiển thị số thực hiện việc duy trì các dạng sóngliên tục trên màn hình trong khoảng thời gian dài trước khi bị mờ đi dễ dàng hơn các

loại khác Các bác sỹ và y tá được huấn luyện đặc biệt về việc nhận biết các PVC vàcác bất thường khác của tim Các thiết bị này cũng phải có chức năng tự động phát hiện

và báo hiệu các tín hiệu bất thường về tim của bệnh nhân khi mà chúng xảy ra.Chúngbáo động để cho các nhân viên y tá biết để có các biện pháp kịp thời hành động cứuchữa Các thiết bị này gọi là các monitor theo dõi bệnh nhân

Hiện nay các loại thiết bị theo dõi bệnh nhân đã có thể ghi đo tới 10 thông số, cácthông số có thể được hiển thị dưới dạng sóng và số liệu, với các màu sắc khác nhau chophép đánh giá được toàn diện và khách quan Việc xử lý dữ liệu áp dụng các thuật toántối ưu hơn, hệ thống phát hiện cảnh báo được trang bị hoàn hảo Giao diện với thiết bị

có thể nhấn trực tiếp trên màn hình cảm ứng, thông tin theo dõi bệnh nhân không chỉđược hiển thị ở cạnh giường bệnh nhân mà còn giao diện với các trạm trung tâm

Hình 1.3 Một số thiết bị theo dõi hiện đại ngày nay

1.4 Phân loại thiết bị theo dõi bệnh nhân

Ngày nay có rất nhiều loại máy theo dõi bệnh nhân được sử dụng rộng rãi trongcác bệnh viện Tùy vào nhu cầu, cơ sở vật chất và tài chính mà các bệnh viện chọn cho

mình một lọa phù hợp nhất Để hệ thống hóa chúng ta có thể phân loại các máy theodõi bệnh nhân như sau:

1.4.1 Thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường (Bedside Monitor)

Loại máy này thường được đặt ngay đầu giường hay cạnh giường bệnh nhân Mỗimáy chỉ theo dõi các thông số sinh lý cho một bệnh nhân trong một khoảng thời gianxác định

Hình 1.4 Hình một máy theo dõi bệnh nhân đặt tại giường

Tùy thuộc vào khả năng kết nối của máy này mà chia ra thành hai loại nhỏ hơn:

 Không kết nối được với máy trung tâm

Những máy theo dõi loại bệnh nhân tại giường loại này không có cổng ra hoặcmáy phát sóng để kết nối vào mạng trung tâm

 Kết nối được với máy trung tâm

Những máy này có khả năng truyền thông tin về máy trung tâm để theo dõi, lưu trữ

và phân tích Hầu hết các máy theo dõi bệnh nhân tại giường hiện nay đểu có chứcnăng này (thường để phần tự chọn) Khi người sử dụng có nhu cầu nối mạng với máytrung tâm thì chỉ cần lắp thêm một card mạng hoặc là lắp thêm một bộ phát sóng( transmitter) Có 2 kiểu kết nối với máy trung tâm là:

* Kết nối hữu tuyến

Kiểu kết nối này dùng dây cáp để nối máy theo dõi bệnh nhân tại giường với máytrung tâm Tương tự như một mạng máy tính nội bộ

Hình1.5 Mạng kết nối cáp

* Kết nối vô tuyến

Kiẻu kết nối này thì mỗi máy theo dõi bệnh nhân tại giường có một khối phát sóng( transmitter) với dải tần số xác định và sóng sẽ được khối thu của máy trung tâm thunhận

Hình 1.6 mạng kết nối vô tuyến với dùng bộ truyền tín hiệu ZB – 800P

1.4.2 Thiết bị theo dõi trung tâm ( Central Monitor)

Loại máy này thường được đặt ở phòng của y tá trực, một máy có thể theo dõi,phân tích, xử lý, và lưu trữ thông tin đồng thời cho nhiều bệnh nhân Có thể phân máytheo dõi trung tâm ra làm 2 loại nhỏ theo cách kết nối mạng của chúng

1.5 Hệ thống thiết bị theo dõi bệnh nhân

Một hệ thống theo dõi bệnh nhân là một hệ thống các thiết bị theo dõi bệnh nhânđược kết nối với một trạm theo dõi trung tâm qua hệ thống không dây dẫn hoặc anten

Hệ thống này có thể theo dõi đồng thời được rất nhiều bệnh nhân ( từ vài bệnh nhânđến vài trăm bệnh nhân) trong một bệnh viện Chức năng chính của hệ thống theo dõibệnh nhân là theo dõi và hiển thị liên tục các thông số sống của bệnh nhân trên mànhình và phát ra các cảnh báo khi xảy ra các điều kiện không an toàn Ngoài ra hệ thốngcòn có các chức năng phụ khác như thiết lập các thông số theo dõi và giới hạn báođộng, nhập và trả viện, ghi và lưu trữ các dữ liệu của bệnh nhân, các biểu đồ xu hướng

và báo động

1.5.1 Hệ thống theo dõi hữu tuyến (dùng dây)

Hệ thống theo dõi hữu tuyến là hệ thống theo dõi các bệnh nhân từ các thiết bị theodõi bệnh nhân tại giường gửi đến một trạm theo dõi trung tâm theo một đường cáp nối

cố định Hình 1.7 đưa ra sơ đồ khối tổng quát của việc kết nối các thiết bị theo dõi tạigiường với trạm trung tâm bằng các đường cáp nối.

Các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường được kết nối với trạm theo dõi trung tâmthông qua hệ thống cáp đồng trục Cách kết nối hệ thống hữu tuyến này tương tự nhưcách kết nối một mạng máy tính nội bộ Cho nên, việc truyền dữ liệu qua hệ thống cáp

có độ chính xác và bảo mật cao

Hình 1.7: sơ đồ khối tổng quát hệ thống theo dõi bệnh nhân nối dây

1.5.1.1 Trạm theo dõi trung tâm

a) Chức năng của trạm theo dõi trung tâm

Chức năng chính của trạm theo dõi trung tâm là hiển thị thông tin bệnh nhân vànhận các báo động từ các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường Dữ liệu của tất cả cácbệnh nhân trong hệ thống đều có thể hiển thị ở trạm trung tâm Người sử dụng có thểlựa chọn một thiết bị theo dõi bệnh nhân theo dõi để hiển thị thông tin của mình Thôngthường, tại một thời điểm ở trạm trung tâm chỉ hiển thị được thông tin của một bệnh

nhân Dữ liệu được hiển thị ở trạm trung tâm cũng giống với dữ liệu hiển thị trên thiết

bị theo dõi bệnh nhân tại giường

Việc cài đặt theo dõi cũng giống với quá trình nhận và trả bệnh nhân, không thểthực hiện từ trạm trung tâm mà phải thực hiện tại mỗi thiết bị theo dõi bệnh nhân tạigiường Tuy nhiên đối với các hệ thống theo dõi bệnh nhân hai chiều thị trạm theo dõitrung tâm còn có thể điều khiển các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường để thực hiệnviệc đo huyết áp và đo các thông số từ xa

b) Các t hành phần chính của trạm theo dõi trung tâm

Trạm theo dõi trung tâm thông thường gồm có máy tính, màn hình hiển thị , bànphím, chuột, máy in, bộ lưu điện UPS…

Máy tính

Là thành phần chính của trạm theo dõi trung tâm Dữ liệu của bệnh nhân từ cácthiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường sẽ được xử lý bởi máy tính và hiển thị trên mànhình trung tâm Máy tính hoạt động như một máy tính cá nhân thông thường

 Màn hình hiển thị

Thường sử dụng màn hình touch – screen hiển thị màu Với loại màn hình này cóthể chạm tay lên màn hình để khởi động và điều khiển các chức năng của hệ thống theodõi bệnh nhân

 Bộ lưu điện UPS ( Uninterruptible Power Supply)

Được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho máy tính và của trạm theo dõi trung tâmnếu như nguồn điện chính bị mất Nguồn UPS này sẽ cung cấp đủ năng lượng để trạmtheo dõi trung tâm có thời gian để tắt và tiến hành các sắp xếp khác đối với việc theodõi bệnh nhân

1.5.1.2 Các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường

Các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường được sử dụng ở đây thường là các thiết

bị theo dõi riêng lẻ Tuy nhiên có thể kết nối được vào mạng theo dõi thì có thêm chứcnăng khác để phù hợp với hoạt động của mạng

1.5.2 Hệ thống theo dõi vô tuyến (không dây)

Khác với hệ thống theo dõi hữu tuyến, các hệ thống theo dõi vô tuyến không sửdụng dây nối để kết nối các thành phân thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường mà thựchiện thu phát theo kiểu dùng sóng vô tuyến Các thiết bị theo dõi bệnh nhân của hệthống không dây sẽ giao tiếp thông tin với trạm theo dõi trung tâm thông qua một dảigiới hạn các tần số radio

Các thông số sống cần theo dõi của bệnh nhân sẽ được thu nhận và xử lý tại mỗithiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường, sau đó các dữ liệu bệnh nhân được điều biến FM

và truyền tới trạm theo dõi trung tâm bởi bộ thu phát radio Trước khi hiển thị và phântích trên thiết bị theo dõi, nó phải được giải mã để tách sóng trộn cao tần ra để khôiphục lại tín hiệu ban đầu Hệ thống này gồm 2 loại: hệ thống theo dõi vô tuyến cố định

và di động

1.5.2.1 Hệ thống theo dõi vô tuyến cố định

Là hệ thống sử dụng sóng radio định tuyến để kết nối Không giống như mạngkhông dây di động khác, chúng sử dụng một anten cố định với các trùm sóng hội tụhẹp Hệ thống không dây cố định có thể được sử dụng cho hầu hết các lĩnh vực mà một

hệ thống cáp nối có thể thực hiện được như: kết nối internet tốc độ cao, kết nối TV vệtinh, kết nối mạng Lan không dây… Kỹ thuật có thể mang các tần số radio lớn hơn,băng thông rộng hơn dẫn tới có thể mang nhiều thông tin hơn và sử dụng các anten nhỏhơn

1.5.2.2 Hệ thống theo dõi vô tuyến di động

Là hệ thống mà các thiết bị của nó thường dùng pin để người sử dụng thiết bị cóthể di chuyển trong một phạm vi cho phép nào đó Chúng thường sử dụng ở văn phòng,nhà, bệnh viện hay trên các phương tiên giao thông Những thiết bị này hoạt độngthông qua các sóng siêu cao tần và sóng radio

1.5.2.3 Sơ đồ khối của hệ thống

Với hệ thống này, việc thu nhận và xử lý tín hiệu các thông số sống của bệnh nhân

sẽ được thực hiện tại mỗi thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường Sau đó, dữ liệu này sẽđược truyền tới trạm theo dõi trung tâm để hiển thị, cho phép một trạm theo dõi trung

tâm có thể theo dõi đồng thời được vài chục bệnh nhân từ xa Khi một thông số theodõi của bệnh nhân vượt quá các giới hạn cài đặt tại mỗi thiết bị theo dõi bệnh nhân tạigiường, khi đó sẽ có báo động âm thanh và thông báo trên màn hình của thiết bị theodõi bệnh nhân tại giường đó Đồng thời báo động này sẽ được chỉ ra bằng thông báo

âm thanh tại trạm theo dõi trung tâm Hình 1.8 đưa ra sơ đồ khối tổng quát của một hệthống theo dõi trung tâm vô tuyến

Hình 1.8: sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống theo dõi trung tâm

Chức năng của các khối

 Truyền thông dữ liệu trong hệ thống

Hệ thống theo dõi không dây sẽ truyền thông tin thông qua sóng radio bằng 2phương thức: tần số cố định hoặc dải phổ rộng Cả hai phương thức này đều hoạt động

ở dải tần số vài trăm MHz Nếu hệ thống theo dõi bệnh nhân không dây được sử dụnggần các hệ thống hoặc các thiết bị điện khác có thể gây ra hiện tượng nhiễu cho cácthiết bị khác và chính nó

Hệ thống sử dụng dải phổ rộng sẽ hoạt động ở các tần số riêng tại các thời điểm cụthể Một phương thức truyền thông duy nhất được phối hợp và điều khiển việc truyền

thông giữa bộ thu phát của trạm theo dõi trung tâm và các bộ thu phát của các thiết bịtheo dõi bệnh nhân tại giường Trạm theo dõi trung tâm có các chương trình thu nhân

và xử lý dữ liệu được lập trình sẵn với các bộ nhận biết của tất cả các bộ thu nhận củacác thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường đã cài đặt

Hệ thống sử dụng tần số cố định sẽ hoạt động ở một tần số cố định được thiết lậptrước Một tần số cố định cho mỗi bộ thu phát được lựa chọn khi cài đặt và sử dụng đểtruyền tất cả dữ liệu nó nhận được Mỗi hệ thống này sẽ có một tần số được ấn định đểtruyền dữ liệu Việc thiết kế chính xác các tần số sẽ chống hiện tượng nhiễu với cácthiết bị gần kề Nếu một trong các tần số sử dụng của hệ thống này không ổn định thịtrạm theo dõi trung tâm sẽ loại bỏ tần số này khỏi bộ tần số sử dụng của hệ thống vàthay thế bằng một tần số khác, đồng thời thiết lập lại các kết nối thông tin

Khi một bộ thu phát radio bị di chuyển hay thay đổi thì thông tin nhân dạng thiết bịmới phải được nhập vào hoặc thay đổi trong máy tính của trạm theo dõi trung tâm.Trạm theo dõi trung tâm sẽ gửi các yêu cầu dữ liệu thông qua bộ thu phát radio Mỗi bộthu phát phát radio sẽ có một thời gian ấn định sẵn để đáp ứng sau khi nhận được yêucầu về dữ liệu từ trạm theo dõi trung tâm

Ngay sau khi trạm theo dõi trung tâm được vận hành, nó sẽ thiết lập các kết nối vơitất cả các bộ thu phát của các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường Máy tính sẽ xácđịnh tần số và khe thời gian đáp ứng tần số cho mỗi bộ thu phát radio

Khi một bộ thu phát của thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường nhận được một yêucầu dữ liệu từ trạm theo dõi trung tâm, nó sẽ đáp ứng với bộ xác nhận tần số duy nhấtcủa nó và gửi dữ liệu bệnh nhân được thu nhân bới các thiết bị theo dõi bệnh nhân tạigiường tới trạm theo dõi trung tâm

 Bộ thu phát radio của trạm theo dõi trung tâm

Tại trạm theo dõi trung tâm, một bộ thu phát trung tâm trong máy tính được sửdụng để truyền thông với tất cả các bộ thu phát đã được cài đặt tại các thiết bị theo dõibệnh nhân tại giường trong hệ thống Bộ thu phát trung tâm sẽ ứng dụng việc thu nhân

đa dạng và sử dụng, mỗi anten đôi cho 2 kênh nhận

 Bộ thu phát radio của thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường

Mỗi một thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường sẽ có một bộ thu phát radio từ xavới số ID duy nhất Dữ liệu bệnh nhân được thu nhận và lưu trữ tại mỗi thiết bị theodõi bệnh nhân tại giường sẽ được chuyển đến bộ thu phát radio từ xa của trạm trungtâm từ cổng giao tiếp dữ liệu nối tiếp đằng sau mỗi thiết bị theo dõi bệnh nhân tạigiường hoặc thông qua một cáp dẫn Dữ liệu được định dạng theo khuôn dạng EIA –

232 Sau đó bộ thu phát radio của thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường sẽ truyền các

dữ liệu của bệnh nhân cùng với các tín hiệu về trạng thái hoạt động của thiết bị theo dõibệnh nhân tại giường, các thiết lập giới hạn báo động tới trạm theo dõi trung tâm đểhiển thị và xử lý

Máy tính

Là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống theo dõi bệnh nhân khôngdây Máy tính này giống như một máy tính thông thường với cấu hình tiêu chuẩn nhưsau:

- Bộ vi xử lý Intel Pentium III tốc độ lớn hơn hoặc bằng 500MHz

- Ổ cứng có dung lượng lớn hơn hoặc bằng 20GB

- SDRAM lớn hơn hoặc bằng 126MB

- Ổ mềm 3.5inch

- Video Board

- Nguồn điện sử dụng 115/230V, 50/60Hz

1.6 Các chức năng của thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường

1.6.1 Theo dõi các thông số sống của bệnh nhân

Các thiết bị theo dõi bệnh nhân có chức năng thu nhận, kiểm tra, xử lý, hiển thị vàlưu trữ các thông số sống của bệnh nhân thường xuyên, liên tục dể trợ giúp cho các bác

sỹ, y tá nắm được tình trạng hiện thời của bệnh nhân

1.6.2 Hiển thị các dạng sóng và các thông số

Một vài thông số sống cần phải hiển thị dạng sóng liên tục trên màn hình như: sóngđiện tim ECG, độ bão hòa ôxy SpO2, CO2…

Thiết bị theo dõi bệnh nhân sẽ hiển thị giá trị tức thời của các thông số như nhiệt

độ, nhịp tim, nhịp thở… của bệnh nhân Khi cáp nối, điện cực bị tuột, các cảm biến hayđầu dò bị hỏng Thiết bị theo dõi bệnh nhân sẽ báo động bằng các thông báo trên mànhình hay âm thanh

Hình 1.9 Màn hình hiển thị các thông số theo dõi của một thiết bị theo dõi bệnh nhân

1.6.3 Tốc độ lấy mẫu các thông số sống

Thiết bị theo dõi bệnh nhân mặc định thời gian lấy mẫu ( khoảng thời gian giữa 2lần đo các thông số sống) cho mỗi thông số sống Tuy nhiên có thể thay đổi các giá trịnày trong một khoảng giá trị min – max Và khi kết thúc quá trình theo dõi một bệnhnhân thì thiết bị theo dõi sẽ tự động lấy lại các giá trị mặc định ban đầu

1.6.4 Nhập và trả bệnh nhân

Để kích hoạt các báo động và việc thu nhận các dữ liệu bệnh nhân thì bệnh nhânphải được kết nối với thiết bị theo dõi Việc nhập bệnh nhân bao gồm các trình tự: Kếtnối các đầu dò, cảm biến và các điện cực với bệnh nhân Sau đó nhập tên, độ tuổi bệnhnhân Các cáp phải được kết nối trước khi nhập tên, độ tuổi bệnh nhân bởi vì việc theodoic các thông số sống của bệnh nhân chỉ bắt đầu khi các cáp được kết nối Thiết bịtheo dõi bệnh nhân sẽ lưu trữ các thông tin về tên, tuổi của bệnh nhân đến tận khi trảbệnh nhân

Khi việc theo dõi các thông số bệnh nhân không còn cần thiết nữa, thì quá trình trảbệnh nhân được thực hiện Ngay sau đó, các giá trị mặc định của Thiết bị theo dõi bệnhnhân sẽ được thiết lập lại Các cáp bệnh nhân phải được tháo ra trước khi quá trình trảbệnh nhân được hoàn thành Sau khi đã hoàn tất việc theo dõi một bệnh nhân, việc kếtnối lại các cáp bệnh nhân thiết bị theo dõi sẽ tự khởi động lại quá trình theo dõi dữ liệubệnh nhân.

1.6.5 Tạm dừng và kích hoạt quá trình theo dõi bệnh nhân

Chức năng này cho phép bệnh nhân có thể được tháo bỏ tạm thời khỏi Thiết bịtheo dõi bệnh nhân mà không phải tiến hành quá trình trả bệnh nhân Chức năng tạmdừng sẽ tạm thời dùng việc thu nhận, hiển thị dữ liệu và các báo động Khi kích hoạt lạiquá trình theo dõi thi quá trình theo dõi bệnh nhân được tiến hành bình thường

1.6.6 Báo động

 Báo động thông minh

Quá trình báo động sẽ không được kích hoạt cho đến tận khi Thiết bị theo dõi bệnhnhân phát hiện các dữ liệu sinh học thu được từ bệnh nhân Cho phép khi quá trìnhnhập bệnh nhân và kết nối các cáp bệnh nhân được thực hiện mà không bị phiền hà bờicác chuông báo động

Nếu trong quá trình theo dõi mà muốn bổ xung thêm một thông số sống mới cầntheo dõi, ví dụ như huyết áp xâm nhập thì việc xử lý báo động cho tín hiệu này sẽkhông được kích hoạt cho đến khi dữ liệu sinh học của tín hiệu này được phát hiện

- Các dạng sóng không đúng

- Tín hiệu sóng yếu

- Nguồn yếu

- Môi trường làm việc không đảm bảo: nhiệt độ, độ ẩm

Các báo động được chia làm 2 loại:

 Báo động trạng thái bệnh nhân

Điều chỉnh âm lượng báo động

Giá trị âm thanh báo động được điều chỉnh trong một khoảng giá trị Một giá trịchuẩn sẽ được mặc định cho hệ thống, khi bệnh nhân được tháo ra giá trị mặc định sẽđược lấy lại

1.6.7 Các giới hạn an toàn

Tất cả các thông số đều có các giới hạn an toàn và chúng có thể được hiển thị cùngvới đơn vị đo và mức báo động hiện tại của chúng và chúng có đang được theo dõi haukhông Người sử dụng có thể thay đổi các giới hạn an toàn này cho phù hợp với từngbệnh nhân và mức giới hạn của chúng sẽ được ấn định lại Tất cả các giới hạn mặc định

sẽ được lấy lại sau khi bệnh nhân được tháo ra Tại bất cứ thời điểm nào các giá trị mặcđịnh của Thiết bị theo dõi bệnh nhân cũng có thể lấy lại

1.7 Chức năng của thiết bị theo dõi trung tâm

Chức năng chính của thiết bị theo dõi trung tâm là hiển thị thông tin bệnh nhân vànhận các báo động từ các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường Dữ liệu của tất cả cácbệnh nhân trong hệ thống đều có thể hiển thị ở thiết bị theo dõi trung tâm Bìnhthường, tại một thời điểm ở thiết bị theo dõi trung tâm chỉ hiển thị được thông tin củamột bệnh nhân Dữ liệu được hiển thị ở thiết bị theo dõi trung tâm cũng giống với dữliệu hiển thị trên thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường

Việc cài đặt theo dõi cũng giống với quá trình nhận và trả bệnh nhân, không thểthực hiện từ thiết bị theo dõi trung tâm mà phải thực hiện tại mỗi thiết bị theo dõi bệnhnhân tại giường Tuy nhiên đối với các hệ thống theo dõi bệnh nhân hai chiều thị thiết

bị theo dõi trung tâm còn có thể điều khiển các thiết bị theo dõi bệnh nhân tại giường

để thực hiện việc đo huyết áp và đo các thông số từ xa

1.8 Kết luận chương 1

Tóm lại trong chương 1 nêu các khái niệm cơ bản về thiết bị theo dõi bệnh nhân,lịch sử phát triển, mục đích sử dụng, dựa vào nhu cầu, cơ sở vật chất và tài chính mà hệthống hóa phân loại các máy theo dõi bệnh nhân thành nhiều loại: như máy theo dõibệnh nhân tại giường loại này được phân loại máy có kết nối với trung tâm và máykhông kết nối với trung tâm, thứ 2 là máy theo dõi trung tâm có kết nối hữu tuyến và

vô tuyến và các chức năng chính của một Thiết bị theo dõi bệnh nhân Đồng thời phânloại cấu trúc của một hệ thống theo dõi gồm hệ thống theo dõi hữu tuyến và hệ thốngtheo dõi vô tuyến Từ những hiểu biết tổng bộ về thiết bị theo dõi sau đó ta bắt đầu đisâu tìm hiểu cấu trúc cơ bản của một thiết bị theo dõi bệnh nhân đặt tại giường, cách đo

và các thông số đo như được trình bày trong chương 2 tiếp theo đây

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO

CÁC THÔNG SỐ SINH HỌC

2.1 Sơ đồ khối

Các thiết bị theo dõi tại giường có các cấu hình khác nhau phụ thuộc vào các nhàsản xuất Chúng được thiết kế để theo dõi các thông số khác nhau nhưng đặc tínhchung giữa tất cả các máy đó là khả năng theo dõi liên tục và cung cáp sự hiển thị rõnét đường sóng ECG và nhịp tim Một số thiết bị còn bao gồm khả năng theo dõi ápsuất, nhiệt độ, nhịp thở, nồng độ oxi bão hòa SpO2, …

Sự xuất hiện của các máy vi tính đã đánh dấu sự mở đầu của một hướng phát triển

cơ bản mới trong các hệ thống theo dõi bệnh nhân Những hệ thống như vậy có mộtkhối CPU chính có khả năng tổng hợp, ghi nhận bản chất của nguồn tín hiệu và xử lýchúng một cách thích hợp Phần cứng chịu trách nhiệm cho việc phân tích tín hiệu sinh

lý, hiển thị thông tin và tương tác với người sử dụng trên thực tế là một tập hợp cáckhối phần sụn được thực hiện dưới chương trình vi tính Phần sụn đem lại cho hệ thốngtính chất của nó các công tắc, nút, núm xoay,và đồng hồ đo được thay thế bằng mànhình sờ ( cảm ứng) Hình 2.1 minh họa sơ đồ khối của chung của một thiết bị theo dõibệnh nhân tại giường

Trong đó:

ECG: Electrocardiogram – điện tâm đồ

RESP: Respiration – hô hấp

SpO2: Nồng độ Oxi trong máu

BP: Blood Pressure – huyết áp

TEMP: Temperature – nhiệt độ

NIBP: Non-Invasive Blood Pressure – huyết áp gián tiếp

Khối dầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, khối SpO2/BP/TEMP,khối NIBP

Hình 2.1 : Sơ đồ khối máy theo dõi bệnh nhân tại giường

có khả năng đo trở kháng của các tín hiệu đầu vào Sự thay đổi trở kháng của các tínhiệu đầu vào gây ra sự thay đổi điện áp của tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện

áp này máy tính ra số nhịp thở của bệnh nhân

Hình 2.2 : Sơ đồ mạch khối ECG/RESP

2.1.2.Khối SpO2/BP/TEMP:

Khối này được dùng để đo một kênh đường sóng huyết áp, một kênh đường sóngnhiệt độ và giá trị của SpO2 Các mạch đầu vào trên bảng này được cách ly khỏi cácmạch còn lại bằng các bộ nối quang và máy biến thế Thường ở trên khối này có mộtcông tắc ngầm dùng để cài đặt các thông số cần đo trong khối Trong mạch xử lý nhiệt

độ, tín hiệu đầu vào từ các thermistor được lọc qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ nhiễutần sô cao Bộ ghép kênh sau đó sử dụng đồng thời điện áp tham chiếu 270C, điện ápđịnh cỡ cho 370C và tín hiệu nhiệt độ cơ thể từ các thermistor Trong mạch xử lý huyếtáp(hình 2.4) bộ kích thích điều khiển hoạt động của đầu đo huyết áp Những tín hiệuđầu vào từ transducer được khuếch đại và sau đó được lọc qua bộ lọc thông thấp Mạch

xử lý SpO2 (hình 2.3) bao gồm 3 mạch nhỏ: mạch điều khiển LED, mạch phát điện IDđầu đo, và mạch xử lý tín hiệu đầu vào Mạch điều khiển LED điều khiển hoạt độngcủa LED ở trong đầu đo Mạch phát hiện ID đầu đo tìm dạng và sự hiện diện của đầu

đo Trong mạch xử lý tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu vào từ photodiode được khuếch đại

và được lọc qua bộ lọc thông thấp Trong quá trình này, một phần tín hiệu khi không

dò được ánh sáng đượcgiữ lại như đường gốc của tín hiệu

Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý của khối SpO 2

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP

2.1.3.Khối NIBP:

Sau khi tín hiệu nhận từ đầu đo huyết áp, khối này khuếch đại các tín hiệu đầu vàorồi sau đó cho qua các bộ lọc và đau vào bộ ghép kênh Các tín hiệu từ bộ ghép kênhsau đó được đưa vào bảng mạch mẹ để xử lý tiếp Trong khối này có một bộ điều khiểnvan an toàn để kiểm tra trạng thái của van an toàn Van an toàn được thiết kế sao cho

nó tự động làm giảm bớt áp suất của Cuff khi áp suất này vượt quá 300mmHg Vannày giúp bảo vệ bệnh nhân trong trường hợp mạch an toàn không dừng tăng áp suấtcủa cuff khi áp suất đã đạt đến 300mmHg (hình 2.5)

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP

2.1.4.Khối xử lý trung tâm CPU:

Là bộ phận trung tâm xử lý các thông tin nhận được từ các modul khác gửi tới Xử

lý trung tâm sẽ lưu trữ các dữ liệu và lệnh trong thiết bị để thực hiện xử lý dữ liệu.Khối xử lý trung tâm của thiết bị bao gồm hạt nhân là bộ vi xử lý Bộ vi xử lý này vớicác vi mạch phụ trợ tạo ra bus hệ thống, trong đó có bus dữ liệu , bus địa chỉ và busđiều khiển Trong khối xử lý trung tâm phải có bộ nhớ ROM ROM là một phần quantrọng trong thiết bị, nó thường được nhà sản xuất ghi sẵn nội dung Ngoài ra còn có bộnhớ chính với dung lượng đủ lớn để chứa các lệnh xử lý, đó là bộ nhớ RAM Các câulệnh của chương trình được đưa vào bộ nhớ bằng quá trình ghi bộ nhớ Khi có yêu cầuthì bộ vi xử lý sẽ đọc những lệnh từ bộ nhớ

2.1.5 Khối bộ nhớ

Khối này có chức năng lưu trữ các biểu đồ khuynh hướng, danh sách các thống sốlớn, triệu chứng loạn nhịp, các ttrạng thái theo dõi cho mỗi thông số và các cài đặt báođộng… sau khi tắt nguồn khoảng 30 phút hoặc nhiều hơn Khi thiết bị theo dõi bệnhnhân tại giường được bật lại sau khoảng thời gian 30 phút tắt nguồn, CPU chính sẽ coinhư dữ liệu sao lưu bị phá hủy và sẽ khởi tạo lại chúng

Khối bộ nhớ sao lưu các dữ liệu về trạng thái cài đặt hệ thống, cài đặt báo độnggốc sau khi tắt nguồn Ắc quy của máy sẽ cho phép IC đồng bộ thời gian cập nhật thờigian và ngày tháng khi tắt nguồn

2.1.6 Khối màn hình hiển thị

Có chức năng hiển thị các dữ liệu trên màn hình giao tiếp với bác sĩ và bệnh nhân,

có các DRAM và SRAM để hiển thị dạng sóng, dữ liệu hình ảnh, số liệu số học, hiệnnay còn có thể hiện thị cho LCD và monitor RGB bên ngoài Khi bộ sử lý hiển thị đồhọa chuyên dụng nhận được lệnh điều khiển hiển thị từ bộ vi xử lý trung tâm, khối hiểnthị sẽ truy cập vào các bộ nhớ để lấy các dữ liệu hiển thị và sắp xếp các dữ liệu hiển thịcho các tín hiệu ra RGB Từ màn hình hiển thị người sử dụng có thể thiết lập các càiđặt ban đầu, đọc các thông số để chẩn đoán cho bệnh nhân một cách dễ dàng ( hình2.6)

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thị

Hiện nay, các máy theo dõi còn có màn hình theo dõi là màn hình cảm ứng (touch– screen) được điều khiển bởi bộ xi xử lý chuyên dụng Khi chạmtay vào một điểm trênmàn hình , dữ liệu tại vị trí chạm sẽ được gửi tới bộ vi xử lý trung tâm thông qua bộ viđiều khiển màn hình touch-screen theo kiểu giao tiếp tuần tự

2.1.7.Khối máy in

Khối có chức năng in dữ liệu khi cần thiết Khi theo dõi điện tim bệnh nhân cóphát hiện loạn nhịp theo dõi trên màn hình, bộ xử lý trung tâm nhận được lệnh thì truylục vào bộ nhớ để in dữ liệu cần

2.1.8 Khối cổng ra nối mạng hữu tuyến, và Khối transmitter và anten

Khối này là hai khối tùy chọn, có chức năng kết nối với các thiết bị theo dõi khác

và các monitor trung tâm thông qua bộ thu phát hoặc nối mạng hữu tuyến Hiện nay,hầu hết các thiết bị monitor theo dõi đều có 2 khối chức năng này để lập thành một hệthống theo dõi bệnh nhân

Các thông số ghi đo của máy theo dõi bệnh nhân

2.2 - Phép đo nhịp tim(HR)

Nhịp tim 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 lấy được từ sự khuếch đại xungECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảng thời gian tức thì giữa 2 đỉnh R liềnnhau Dải đo từ 0-300 nhịp/phút Các điện cực ECG ngực hay chi được sử dụng là cáccảm biến Đo nhịp tim gồm có phép đo trung bình, phép đo tức thì

2.2.1.Phép đo trung bình:

Dựa trên cơ sở chuyển đổi mỗi đỉnh sóng R của ECG thành một xung có biên độ

và thời gian cố định và sau đó xác định dòng trung bình từ những xung đó Chúng kếthợp mạch được thiết kế một cách đặc biệt để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thịnhịp tim trung bình theo đơn vị nhịp/ phút Mạch trung bình thông thường được sửdụng để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị hịp tim trung bình là mạch “bơmđiot” minh họa trong hình 2.7

Nếu một tụ C được nạp đầy bằng một xung có biên độ điện áp V, thì điện tích được

giữ trong nó với một xung là: q = CV (2.1)

Nếu có N xung trong một khoảng thời gian t, sao cho mỗi xung nạp một lượng

điện tích q lên tụ, sau đó tổng điện tích là: Q = Nq = NCV (2.2)

Do đó dòng trung bình trong chu kì t là

CVf t

NCV t

Q

Phương trình cho thấy dòng trung bình tỷ lệ thuận với số xung trong một đơn vịthời gian Vì vậy, một đồng hồ đo dòng có thể được định cỡ để đưa ra kết quả đọc trựctiếp nhịp tim trung bình theo nhịp/phút

hồ đo và các điện trở R1, R2 Tụ C2 được sử dụng để trung bình hóa dòng qua đồng hồ

đo và do đó nó phải lớn hơn nhiều so với tụ C1 Mạch được sắp xếp sao cho tụ C1phóng điện hoàn toàn trước khi xung tiếp theo xuất hiện tại đầu vào Một xung khác có

độ lớn V lại một lần nữa nạp một điện tích q, sau đó lại được bơm qua đồng hồ đo khixung đầu vào quay lại bằng 0

Nếu dòng trung bình itb chạy qua một điện trở R2 ( điện trở đồng hồ đo chỉ thị), thìđiện áp của tụ là: e = C.V.f.R2 (2.4)

Mối liên hệ này là đúng hcỉ khi e có một tỉ lệ nhở so với V Tính tuyến tính 0.1%

có thể đạt được bằng cách sử dụng V = 150V và e = 1V Nhưng cách này không thực tế

đối với hầu hết các mạch Do đó một số dạng biến đổi được thực hiện để có được mộtđiện áp đầu ra có mối quan hệ tuyến tính với tần số.

Sơ đồ khối của một dụng cụ đo nhịp tim trung bình đọc trực tiếp được mô tả tronghình 2.8 Xung ECG nhận được từ các điện cực được khuếch đại tại một bộ tiền khuếchđại tới mức có thể vận hành mạch kích hoạt Schmidt Bộ kích hoạt Schmidt chuyển đổimỗi sóng R thành một xung hình chữ nhật, sau đó được lầy vi phân trong một bộ viphân RC để mạng lại các xung đỉnh nhọn cho việc kích hoạt Monostable Multivibrator.Đầu ra của bộ Multivibrator này bao gồm các xung đồng dạng có cùng một biên độ vàthời gian đi tới bộ tích phân ( mạch bơm diot), mạch này tạo ra một dòng tỉ lệ thuận vớitần số đầu vào

Hình 2.8 sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình

Burbage mô tả một dụng cụ đo nhịp tim trung bình sử dụng bộ lọc thông thập đaphản hồi với một bộ khuếch đại thuật toán như một phần tử hoạt động để đạt được sựtích phân mong muốn và chuyển đổi một dãy các xung thành một điện áp tương ứng

2.2.2.Phép đo tức thì:

Nhịp tim tức thì giúp cho viếc phát hiện ra sự rối loạn nhịp và cho phép theo dõikịp thời các trường hợp tim mạch khẩn cấp khi chúng mới chớm xuất hiện Hình 2.9cho thấy nguyên lý của một dạng dụng cụ đo nhịp tim tức thì Nó cung cấp đầu ra ổnđịnh giữa các xung, biểu diễn tần số tức thì giữa hai xung trước Điện áp đầu ra giữa R2

và R3 tỉ lệ với tần số xung của R1 và R2 tức là tỉ lệ với 1/T1

Đầu ra giữa R3 và R4 tỉ lệ với 1/T2, nếu nhịp tim trở nên thấp hơn ( với T4>T3) vàxung không xuất hiện tại thời điểm thời gian bằng T3 sau R4, đầu ra bắt đầu giảm và

hiệu chỉnh thành giá trị mới Kỹ thuật này có ưu điểm là thiết kế đơn giản nhưng nókhông cho ra đầu ra tuyến tính cho một dải tần số rộng.

Một kỹ thuật khác được dùng rộng rãi cho việc đo nhịp tim tức thì bao gồm 2 tụ,một được sử dụng như tụ đo thời gian và tụ kia được sử dụng như một tụ bộ nhớ Hoạtđộng phụ thuộc vào việc nạp tụ đo theo chu kì thời gian giữa hai quãng thời gian cuối,trong khi đó “tụ bộ nhớ” hiển thị giá trị được lưu trữ tương ứngvới quãng thời giangiữa hai quãng thời gian cuối Ở đây đầu ra không tuyến tính Cisek (1972) đưa ra mộtthiết kế cho một Cardiotachometer xung – xung tuyến tính sử dụng kĩ thuật này Trongmạch của ông mạch đo thời gian được nạp theo hàm hypecbol giã hai xung liên tục tạo

ra giá trị điện áp cuối, có quan hệ tuyến tính với tần số xung tức thời

Hình 2.9 Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì

Hình 2.10 là sơ đồ khối của một Cardiotachometer ECG được lấy mẫu trong mỗibước 2ms Sự chuyển tiếp nhanh của các thành phần biên độ cao được làm suy yếu đibăng một bộ hạn chế tỉ lệ xoay, bộ này làm giảm biên độ nhiễu do máy tạo nhịp timgây ra và làm giảm khả năng tính những nhiễu này thành các nhịp đập của tim

Hai mẫu 2ms gần nhau được lấy trung bình và kết quả là một chuỗi mẫu 4ms đượctạo ra Để loại bỏ những thành phần tần số cao không cần thiết của tín hiệu, người tadùng một bộ lọc Butterworth xung phản hồi không giới hạn tần số 30Hz Bộ lọc nàycho ra các mẫu 8ms trong quá trình hoạt động Bất kì một sóng DC nào cuối cùng cũngphải qua một bộ lọc so sánh QRS, bộ dò nhịp đập nhận biết các tổ hợp QRS trong cácgiá trị của đường điện tim đang được ghi Nếu giá trị này vượt quá giá trị ngưỡng thìmột nhịp tim được đếm Ngưỡng này được hiệu chỉnh tự động phụ thuộc vào giá trị của

biên độ sóng QRS và khoảng thời gian giữa các tổ hợp QRS Tiếp theo mỗi nhịp đập làchu kì ức chế 200ms được đưa vào, trong qua trình dó không có nhịp tim nào đượcnhận ra Điều này làm giảm khả năng sóng T được tính nhầm Chu kì ức chế cũng đượcduy trì biến đổi như một phương trình nghích đảo giới hạn nhịp tim trên với các giớihạn nhịp tim cao thấp hơn thi chu kì ức chế dài hơn.

Hình 2.10 sơ đồ khối một máy Cardiotachometer dựa trên bộ lọc so sánh

Theo dõi xung ngoại vi có ích hơn và độc lập hơn so với việc tính nhịp tim từđường điện tim trong trường hợp tắc tim bởi vì nó có thể ngay lập tức chỉ ra sự ngừnglưu thông máu trong các chi Thêm vào đó các Transducer điện quang rất dễ dùng sovới ba điện cực điện tim Biên độ của tín hiệu thu được bằng phương pháp này cũng đủlớn để so sánh với tín hiệu điện tim và do đó nó cho ra tỉ lệ tín hiệu – nhiễu tốt hơn.Tuy nhiên, kĩ thuật này chịu ảnh hưởng khá lớn của các tác nhân nhiễu do chuyểnđộng

2.4- Phép đo huyết áp

Huyết áp là một thông số phổ biến và hiệu quả nhất trong y tế để thực hành sinh lý.Thực hiện xác định giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của áp suất máu trong mỗi chu kìnhịp tim, bổ xung thêm thông tin về các thông số sinh lý, hỗ trợ cho việc chẩn đoán đểđánh giá điều kiện củ mạch máu và một vài khía cạnh về hoạt động của tim Có nhiềuphương phương pháp đo huyết áp khác nhau, nhưng phân ra làm 2 loại: đo huyết áptheo phương pháp trực tiếp và đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp

Các giá trị áp suất trong hệ thống chức năng được chỉ ra:

- Hệ thống động mạch 30 – 300mmHg

- Hệ thống tĩnh mạch 5 – 15mmHg

- Hệ thống phổi 6 – 25mmHg

2.4.1.Đo huyết áp theo phương pháp trực tiếp IBP:

Là phương pháp đo chính xác nhất vì cảm biến được cấy trực tiếp vào động mạchcủa cơ thể (như trong hình 2.11) Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xáccao đáp ứng cho yêu cầu theo dõi liên tục của hệ thống theo dõi Phương pháp này chophép đo huyết áp trong các vùng sâu mà phương pháp đo gián tiếp không đo được.Trong phương pháp đo trực tiếp người ta sử dụng các loại ống thông có gắn cảm biến

để đưa vào trong động mạch hoặc tĩnh mạch đế vùng quan tâm Có hai loại ống thôngđược sử dụng, một loại có cảm biến được gắn ở đầu ống và thực hiện chuyển đổi áp lựccủa máu thành tín hiệu điện Một loại khác là ống chứa đầy chất lỏng, áp lực máu sẽđược truyền đến đầu dò thông qua chất lỏng trong ống Sau đó đầu dò sẽ chuyển đổisang các tín hiệu điện tương ứng Các tín hiệu điện này sau đó được khuếch đại và hiểnthị hoặc là ghi lai để xem xét Trong phương pháp đo này trước khi đưa các ống thôngvào trong mạch máu phải được tiệt trùng trước

Hình 2.11 Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động mạch

Hình 2.12 mô tả sơ đồ mạch điện thông dụng cho việc xử lý tín hiệu điện thu được

từ các đầu dò Đầu dò được kích thích với điện áp DC 5V, các tín hiệu điện tương ứngvới áp suất của động mạch được đưa tới bộ khuếch đại các bộ khuếch đại này tương tựnhư các bộ khuếch đại trong các máy ghi điện tim Việc kích thích cho các đầu dò đượclấy từ bộ khuếch đại điều khiển cầu Wien qua bộ biến đổi cách ly Hệ số khuếch đạicủa bộ khuếch đại được điều chỉnh theo độ nhạy của đầu dò Sau khi qua bộ lọc RF, tínhiệu được đưa qua bộ giải điều chế để lọc bỏ sóng mang để thu được tín hiệu cần thiết

Hình 2.12 Sơ đồ mạch điện dùng đo huyết áp tâm thu và tâm trương

Trong khi đo ở tâm thu, mạch đo áp suất tâm thu hoạt động Khi các xung mạchxuất hiện ở A, diot D3 và tụ C3 điều khiển tín hiệu vào để đưa ra giá trị của tâm thu.Thời gian phóng nạp của R3C3 được lựa chọn theo một bộ phát nhỏ được hiển thị trênđồng hồ M1

Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị một cách gián tiếp Một mạch chốt baogồm tụ C1 và diot D1 được sử dụng để cân bằng giá trị điện áp đỉnh đỉnh của xungmạch Giá trị điện áp này được xác định trên R1, diot D2 và tụ C2 điều khiển giá trị tín

hiệu xung mạch Giá trị áp suất tâm trương được hiển thị trên đồng hồ M2 để chỉ ra sựkhác nhau giữa đỉnh áp suất tâm thu và áp suất của xung mạch.

Việc đo áp suất tĩnh mạch chính CVP (central Venous Pressure) được thực hiệnvới kĩ thuật ống dẫn đặc biệt Các đầu dò với độ nhạy cao được đưa vào trong tĩnhmạch để đo áp suất máu Tuy nhiên các đầu dò không thể gắn trực tiếp lên đầu của ống

và không thể thay đổi vị trí của ống trong khi đo Việc đo áp suất tĩnh mạch chínhthường được đo từ một ống dẫn định vị cao cấp, các ống dẫn này thường dài từ 25 –30cm

2.4.2.Đo huyết áp theo phương pháp gián tiếp NIBP:

Kĩ thuật này dùng để xác định áp suất của máu tại tâm thu và tâm trương bằng cáchcuốn quanh cánh tay để lấy áp lực của động mạch Phương pháp này được thực hiệnbằng cách cuốn quanh cánh tay một túi chịu áp lực, sau đó dùng bóng hơi để bơm hơivào túi đến một giá trị nhất đinh Cho giảm dần áp suất trong túi một cách đều đặn, tớikhi nào có máu chảy trong động mạch thì đó là giá trị áp suất tâm thu, tiếp tục giảmdần áp suất trong túi đến khi máu chảy bình thường thì giá trị đó là áp suất tâm trương.Nhưng vấn đề xác định ngưỡng của hai áp suất trên là rất khó, mà theo cách trên là rấtthủ công thực hiện bằng tay, kết quả phụ thuộc nhiều vào khả năng của y tá Nên từ đó

đã tìm ra các phương pháp đo hoàn toàn tự động có thể thực hiện trên máy:

2.4.2.1.Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp KorotKoff

Phương pháp này thực hiện giống như khi làm bằng tay nhưng có thêm cảm biến

âm được đặt vào túi khí để thu các âm thanh Korokoff Các âm thanh này qua chất ápđiện sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu điện tương ứng Sau đó các tín hiệu nàyđược khuếch đại và truyền đi qua các bộ lọc thông dải để loại bỏ nhiễu Từ các tín hiệuthu được người ta xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng Quá trìnhdiễn ra trong khoảng thời gian từ 2-5s

Hình 2.13 Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và

dao động kế.

2.4.2.2.Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp dịch pha

Dựa vào sự xuất hiện mạch tại thời điểm tâm thu và biến mất tại thời điểm tâmtrương Xác định tức thì các giá trị áp suất tâm trương và tâm thu Để thực hiện đượcđiều đó, người ta sắp xếp trên túi khí gồm 3 túi con hoặc là 3 ngăng con được bơm caohơn áp suất suất tâm thu khoảng 30 mmHg Một trong các tui đó được gọi là túi tâmthu, hai túi còn lại được gọi là túi tâm trương Gía trị áp suất tâm thu được xác địnhbằng cách cảm nhận mạch máu đầu tiên đi qua các túi tâm trương Còn giá trị áp suấttâm trương được xác định bằng cách phát hiện ra khi tín hiệu từ các túi tâm trươngkhông còn bị dịch pha so với nhau nữa

2.4.2.3.Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp Rheographic

Dựa vào sự thay đổi trở kháng tại 2 điểm dưới sức ép của túi khí để xác định ápsuất tâm trương thay cho việc dựa vào sự dịch pha mạch máu ở phương pháp trên.Hình 2.14 mô tả cách đặt điện cực để đo huyết áp trong phương pháp này Ba điệncực gắn trên túi khí được đặt áp sát vào da trên cánh tay của bệnh nhân Việc tiếp xúctốt sẽ làm giảm trở kháng tiếp xúc giữa điện cực và da Điệc cực B hoạt động như làmột điện cực chính được đặt ở giữa túi khí, các điện cực A và C được gắn ở hai bênđiện cực B Một nguồn xoay chiều tần số cao cơ 100KHz được đưa vào cực A và C,