đồ án tìm hiểu hệ thống monitor

đồ án tìm hiểu hệ thống monitor

MỤC LỤC

Chương 1 : Khảo sát hệ thống monitor tại giường bệnh trong y tế 3

1.1 Giới thiệu về hệ thống giám sát bệnh nhân 3

1.2 Giới thiệu về hệ thống monitor đơn thông số tại giường bệnh 5

1.3 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh 5

1.4 Chức năng của monitor đa thông số 7

1.4.1 Hiển thị tín hiệu điện tim 7

1.4.2 Hiển thị tín hiệu SPO2 11

1.4.3 Hiển thị tín hiệu huyết áp 14

1.4.4 Hiển thị nhịp thở 16

1.4.5 Hiển thị nhiệt độ 17

1.4.6 Hiển thị nhịp tim 18

1.5 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh 19

1.5.1 Phương pháp đo nhịp tim 19

1.5.2 Phương pháp đo nhịp mạch 23

1.5.3 Phương pháp đo huyết áp 23

1.5.4 Phương pháp đo nhiệt độ 30

1.5.5 Phương pháp đo nhịp thở 32

1.5.6 Phương pháp đo nồng độ CO2 33

1.5.7 Ghi tín hiệu điện tim ECG 36

1.5.8 Độ bão hòa oxi trong máu SpO2 40

1.5.9 Đo cung lượng tim CO 41

1.6 Hệ thống monitor trung tâm 49

1.6.1 Giới thiệu về hệ thống monitor trung tâm 49

1.6.2 Xu hướng phát triển hệ thống monitor trung tâm hiện nay 51

1.6.3 Sự cần thiết của hệ thống monitor trung tâm 52

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP MẠNG CHO HỆ THỐNG MONITOR TRUNG TÂM 54

2.1 Tiếp cận cấu trức mở trong hệ thống giám sát bệnh nhân 54

2.1.1 Những ứng dụng mới của bus trong ngành công nghiệp hiện nay 54

2.1.2 GPIB điều khiển bên phần cứng 55

2.1.3 Từ bộ điều khiển Ethernet tới GPIP điều khiển tốc độ cao 55

2.1.4 Từ USB tốc độ cao tới GPIB điều khiển 56

2.1.5 Tiếp cận phần mềm linh hoạt trong hệ thống cấu trúc mở 56

2.1.6 Tổng quan về kết nối mạng trong hệ thống trung tâm giám sát bệnh nhân .57 2.1.7 Hệ thống giám sát bệnh nhân sử dụng một máy chủ 58

2.1.8 Mạng đồng đẳng với hệ thống giám sát bệnh nhân 59

2.2 Bộ điều khiển mạng chuẩn Ethernet 61

2.2.1 Tổng quan về mạng Ethernet 61

2.2.2 Chuẩn IEEE 802 63

2.2.3 Giao thức CSMA/CD 64

2.3 Mạng không dây 70

2.3.1 Giới thiệu về WLAN 70

2.3.2 Cách làm việc của mạng WLAN 71

2.3.3 Các tùy chọn công nghệ 72

2.3.4 Giao thức truy cập 75

2.4 Cấu hình mạng LAN 78

2.4.1 Thiết bị Ethernet 78

2.4.2 Cấu hình mạng WLAN 83

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ CẤU HÌNH 87

3.1 Yêu cầu thiết kế 87

3.1.1 Yêu cầu chức năng: 87

3.1.2 Yêu cầu phi chức năng 88

3.2 Cở sở lý thuyết 88

3.2.1.Định dạng khung dữ liệu truyền lên 89

3.2.2 Định dạng khung lệnh truyền xuống 96

3.3 Port – cổng giao tiếp 97

3.3.1 Các trị số port thường gặp (Well Known Port 0-1023) 99

3.3.2 Các port đã đăng kí (registered port: 1024-49151) 101

3.3.3 Dynamic port / Private port (49152-65535) 101

3.4 Thuật toán 102

3.4.1 Cấu trúc phần mềm 102

3.4.2 Module xử lý tín hiệu giá trị và dạng sóng điện tim 102

3.4.3 Module xử lý giá trị NIBP 104

3.4.4 Module xử lý tín hiệu giá trị và dạng sóng điện RESP 105

3.4.5 Module xử lý giá trị nhiệt độ 105

3.4.6 Module xử lý tín hiệu giá trị và dạng sóng điện SPO2 107

3.5 Cấu hình 108

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM 114

4.1 Lựa chọn công cụ lập trình 114

4.1.1 Giới thiệu về LabVIEW 115

4.1.2 Các kiểu dữ liệu 118

4.2 Xây dựng các khối cơ bản 122

4.2.1 Khối thu nhận dữ liệu 122

4.2.2 Khối lưu trữ tín hiệu 127

4.2.3 Khối phân tách và hiển thị dữ liệu 129

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 131

Chương 1 : Khảo sát hệ thống monitor tại giường bệnh trong y tế

1.1 Giới thiệu về hệ thống giám sát bệnh nhân

Trong y tế, monitor là một thiết bị dùng để giám sát một căn bệnh, một tình tranghoặc một vài thông số y tế của bệnh nhân theo thời gian thực

Hình 1.1:Thiết bị monitor

Hệ thống giám sát bệnh nhân (PMS) là một hệ thống theo dõi rất quan trọng, nó được

sử dụng cho giám sát tín hiệu sinh lý bao gồm điện tâm đồ (ECG), hô hấp, huyết áp xâmlấn và huyết áp không xâm lấn, độ bão hòa oxy trong máu (SpO2 ), nhiệt độ cơ thể vànồng độ các khí gây mê,… Trong PMS, nhiều cảm biến và các điện cực được sử dụngcho việc nhận tín hiệu sinh lý như là điện cực ECG, cảm biến ngón tay SpO2, băng quấn

đo huyết áp và que dò nhiệt độ để đo các tín hiệu sinh lý

Việc giám sát của monitor y tế được thực hiện bằng cách đo đạc liên tục các thông sốnhất định thông qua một màn hình y tế, ví dụ như đo liên tục một tín hiệu sự sống bằngmàn hình theo dõi tại giường bệnh nhân hay việc thực thiện lặp đi lặp lại các xét nghiệm

y tế, chẳng hạn như theo dõi lượng đường huyết với máy đo lượng đường ở những ngườimắc bệnh đái tháo đường

Trong khi điều trị, theo dõi liên tục các dấu hiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân làđiều hết sức cần thiết Vì vậy PMS luôn có vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực thiết

bị y tế Các cải tiến liên tục về công nghệ không chỉ giúp chúng ta truyền tải những tínhiệu sinh lý quan trọng của bệnh nhân tới các nhân viên y tế mà còn đơn giản hóa việc đolường, từ đó làm tăng hiệu quả giám sát bệnh nhân

Trong những năm gần đây, những cải tiến công nghệ liên quan đến đo lường và thôngtin truyền thông đã dẫn đến việc theo dõi bệnh nhân có hiệu suất toàn diện hơn và chấtlượng ổn định

Trong quá khứ, các sản phẩm của các nhà sản xuất thiết bị y tế chỉ đo được một thông

số duy nhất Tuy nhiên hiện nay, công nghệ theo dõi bệnh nhân đa thông số mới được sửdụng phổ biến Ngày nay trong công nghiệp, hệ thống giám sát bệnh nhân gồm 2 loại:hệthống monitor đơn thông số và hệ thống monitor đa thông số

1.2 Giới thiệu về hệ thống monitor đơn thông số tại giường bệnh

Hệ thống giám sát đơn thông số chỉ có khả năng đo lường 1 tín hiệu sinh lý duy nhất.Ngày nay, đây là công nghệ cũ, nhưng nó vẫn được sử dụng ở các nước đang phát triểnnhư Ấn Độ, Pa-ki-xtan, Băng-la-đét,… Các hệ thống giám sát đơn thông số có chi phí rấtthấp nên rất dễ sản xuất và duy trì Hệ thống giám sát đơn thông số có thể dùng để đohuyết áp cơ thể, ECG (Điện tâm đồ), SpO2 (Độ bão hòa oxy trong máu),…

Màn hình hiển thị bệnh nhân theo kiểu tương tự cũ dựa trên nguyên lí bộ tạo dao động

và chỉ có duy nhất một kênh, thường dành riêng cho điện tim đồ (ECG) Một monitorphải theo dõi huyết áp của bệnh nhân, một cái khác thì phải theo dõi lượng SPO2, một cáikhác nữa là ECG Các mẫu máy tương tự sau này có thêm 2 hoặc 3 kênh đo và hiển thịtrên cùng một màn hình, thông thường theo dõi huyết áp và sự hoạt động của hô hấp cácloại máy này thường được sử dụng rộng rãi và đã cứu sống nhiều sinh mang, nhưngchúng có một vài hạn chế, bao gồm sự nhạy cảm với nhiễu điện, sự lên xuống thấtthường của mức cơ sở và thiếu sự cảnh báo

1.3 Giới thiệu hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh

Hệ thống giám sát bệnh nhân đa thông số (PMS) được dùng để đo nhiều dấu hiệu sinh

lý quan trọng của bệnh nhân để truyền tải các thông tin quan trọng như điện tâm đồ, nhịp

hô hấp, huyết áp,… Vì vậy, PMS luôn có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực thiết bị y

tế Sự cải tiến liên tục về công nghệ trong PMS đã giúp máy đo được nhiều dấu hiệu sinh

lý quan trọng cho nhân viên y tế

Các thiết bị theo dõi tại giường có các cấu hình khác nhau phụ thuộc vào các nhà sảnxuất Chúng được thiết kế để theo dõi các thông số khác nhau nhưng đặc tính chung giữatất cả các máy đó là khả năng theo dõi liên tục và cung cáp sự hiển thị rõ nét đường sóngECG và nhịp tim Một số thiết bị còn bao gồm khả năng theo dõi áp suất, nhiệt độ, nhịpthở, nồng độ oxi bão hòa SpO2, …

Hình 1 2 Sơ đồ khối thiết bị theo dõi bệnh nhân

PMS mới nhất giúp đơn giản hoá các phép đo dấu hiệu sinh lý và tăng hiệu quả theodõi Vì vậy, ngày nay PMS rất linh hoạt và nó có thể theo dõi nhiều tín hiệu sinh lý trongcùng một hệ thống duy nhất.

Sự xuất hiện của các máy vi tính đã đánh dấu sự mở đầu của một hướng phát triển cơbản mới trong các hệ thống theo dõi bệnh nhân Những hệ thống như vậy có một khốiCPU chính có khả năng tổng hợp, ghi nhận bản chất của nguồn tín hiệu và xử lý chúngmột cách thích hợp Phần cứng chịu trách nhiệm cho việc phân tích tín hiệu sinh lý, hiểnthị thông tin và tương tác với người sử dụng trên thực tế là một tập hợp các khối phần sụnđược thực hiện dưới chương trình vi tính Phần sụn đem lại cho hệ thống tính chất của nócác công tắc, nút, núm xoay,và đồng hồ đo được thay thế bằng màn hình sờ ( cảm ứng) 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 đầu vào gồm có ba khối chính là khối ECG/RESP, SpO2/BP/TEMP, NIBP

1.4 Chức năng của monitor đa thông số

1.4.1 Hiển thị tín hiệu điện tim

 Quá trình hình thành tín hiệu điện tim

Điện tim ECG (Electrocadiography) là các hoạt động điện của tim được tạo ra bởiquá trình co bóp của cơ tim Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệthống 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 đó nút nhĩ thất AV tiếpnhận xung động rồi truyền qua bó His xuống tâm thất làm tâm thất khử cực, lúc này tâmthất đầy máu co mạnh sẽ đẩy máu ra ngoại biên Hiện tượng tâm nhĩ và thất khử cực lầnlượt trước sau như vậy chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thốngtuần hoàn Vì thế điện tim đồ gồm hai phần, phần nhĩ đồ đi trước ghi lại hoạt động điệncủa tâm nhĩ và thất đồ đi sau ghi lại hoạt động điện của tâm thất.

Với qui ước đặt điện cực dương bên trái quả tim và điện cực âm bên phải quả tim

ta thu được các dạng sóng điện tim

Hình 1.4: Dạng tín hiệu điện tim chuẩn

Dạng sóng điện tim bao gồm một chuỗi các sóng lặp lại theo mỗi chu kỳ tim.Những sóng thành phần này được ký hiệu bằng các ký tự P, Q, R, S, T theo quy ướcthường dùng trong lâm sàng Các sóng thành phần này tương ứng với các hoạt động củamột chu kỳ tim Tổng thời gian cho một chu kì tín hiệu điện tim là khoảng 800ms, tươngứng với khoảng 75 nhịp/phút

 Dạng sóng P: Là quá trình khử cực tâm nhĩ, xung động đi từ nút xoang tại nhĩphải sẽ tỏa ra làm khử cực cơ tâm nhĩ, hình thành một điện thế dương hướng từtrên xuống, từ phải sang trái của tim Thời gian khử cực này khoảng 80 ms.Khi tâm nhĩ tái cực, nó cũng tạo ra một điện thế cực tính âm nhỏ hơn nhiều sovới điện thế khử cực tâm thất cùng lúc đó, nên ta không nhìn thấy trên điện tim

đồ Như vậy, hoạt động của tâm nhĩ trên điện tim đồ chỉ tồn tại một sóng đơn sóng p

- Sóng phức họp QRS: Là quá trình khử cực tâm thất, bắt đầu từ lúc tâm nhĩ vẫncòn đang khử cực Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa mặt trái vách liên thất đixuyên sang mặt phải vách này tạo nên một vectơ điện thế khử cực đầu tiênhướng từ trái sang phải tạo nên một sóng âm nhỏ nhọn trên điện tim đồ gọi làsóng Q Tiếp đó, xung động được truyền hướng xuống và bắt đầu khử cực cảhai tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim Lúc này, quá trình khử cựchướng nhiều về phía bên trái hơn vì thất trái dày hom và tim nằm nghiênghướng trục giải phẫu sang bên trái Vì thế vectơ điện thế khử cực lúc nàyhướng từ phải sang trái hình thành một sóng dương rất cao và nhọn gọi là sóng

R Sau cùng là vùng đáy thất được khử cực tạo nên một vectơ điện thế hướng

từ trái sang phải tạo nên một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng s Như vậy, trongquá trình khử cực tâm thất đã sinh ra một sóng phức hợp QRS có biên độtương đối lớn, biến thiên nhanh chỉ trong một khoảng thời gian ngắn khoảng70ms

 Sóng T và U: Khi tâm thất khử cực xong sẽ qua một thời gian tái cực chậmkhông thể hiện trên điện tâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đườngthắng, đoạn S-T sau đó là đến một thời kỳ tái cực nhanh và xuất hiện sóng T.Tái cực tiến hành từ vùng điện dương đến vùng điện âm và có vectơ tái cựchướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái làm phát sinh một làn sóngdương thấp Sóng T thường có dạng không đối xứng, sườn lên thoai thoải vàsườn xuống dốc đứng hơn Người ta không đo khoảng thời gian của sóng T vì

nó thay đổi theo từng người và điểm bắt đầu của sườn lên là không rõ ràng

Ngay sau khi sóng T kết thúc, ta còn có thể thấy một sóng chậm nhỏ gọi làsóng U Sóng U là giai đoạn muộn của quá trình tái cực Sóng T thường có độrộng khoảng 0,2s và sóng u có độ rộng khoảng 0,08s.

 Sơ đồ khối quá trình xử lí tín hiệu điện tim

Thực hiện đo một kênh tín hiệu ECG và đường sóng hô hấp (RESP) hình (3.2).Các mạch trở kháng cao và các bộ hãm khí bảo vệ các bộ khuếch đại đầu vào khỏi sốctim và các tín hiệu nhiễu tần sô cao từ các điện cực gắn trên người bệnh nhân Các mạchđầu vào của khối này được cách ly với các mạch còn lại bằng các bộ nối quang và máybiến thế Khối này nhận một kênh tín hiệu ECG từ các đạo trình 3 điện cực hoặc 5 điệncực Phụ thuộc vào cài đặt phần mềm mà bộ chọn đạo trình ở khối này chọn đạo trình phùhợp từ 3 đến 5 điện cực đặt trên người bệnh nhân Mạch xử lý đường sóng hô hấp có khảnăng đo trở kháng của các tín hiệu đầu vào Sự thay đổi trở kháng của các tín hiệu đầuvào gây ra sự thay đổi điện áp của tín hiệu đầu ra và dựa vào sự thay đổi điện áp này máytính ra số nhịp thở của bệnh nhân

Bảng1.3 Sơ đồ mạch khối ECG/RESP

 Đặc điểm của tính hiệu điện tim đầu ra

Tín hiệu điện tim là tín hiệu sinh học lấy từ cơ thể người thông qua các điện cực, dovậy nó có một số đặc điểm sau:

- Biên độ của tín hiệu điện tim tương đối nhỏ, khoảng lmV

- 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

1.4.2 Hiển thị tín hiệu SPO2

 Độ bão hòa Oxy trong máu

Máu trong cơ thể người mang oxy theo hai cách: Hòa tan dưới dạng chất dịchtrong máu hay gọi là huyết tương và kết hợp với hemoglobin Lượng oxy ở dạng chấtdịch chiếm khoảng 3% toàn bộ oxy Giá trị này đo được dưới dạng các khí trong máu(blood gases) Do hầu hết oxy đều kết hợp với hemoglobin, nên có ba yếu tố ảnh hưởngđến lượng oxy cung cấp cho cơ thể:

- Dịch truyền mô

- Lượng hemoglobin

- Sự bão hòa hemoglobin bởi oxy

Nếu mọi phân tử hemoglobin kết hợp với một phân tử oxy thì toàn bộ hemoglobintrong cơ thể bão hòa hoàn toàn (100% bão hòa) Khi hít thở không khí (21% oxy), lượngoxy này là rất ít để hemoglobin được bão hòa hoàn toàn Nhưng ái lực của hemoglobinvới oxy là rất cao nên gây ra sự bão hòa gần như là hoàn toàn trong máu (khoảng 97%)

Khi hemoglobin không mang oxy tới các mô (mức mao dẫn), sự bão hòahemoglobin trong mao dẫn tăng dần Thông thường sự bão hòa trong tĩnh mạch vàokhoảng 75% ái lực của hemoglobin đối với oxy cao hạn chế oxy khi bão hòa mức thấp,bởi vậy mức chênh lệch giữa mức bão hòa ở trạng thái khỏe “ từ 95 - 98%” và mức thở

kém (85-90%) là rất thấp Nếu oxyhemoglobin thấp (dưới 90%) thì không đủ lượng oxycung cấp cho cơ thể.

 Sơ đồ khối đo tín hiệu SPO2

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 nhiễu tần

sô cao Bộ ghép kênh sau đó sử dụng đồng thời điện áp tham chiếu 270C, điện áp định cỡcho 370C và tín hiệu nhiệt độ cơ thể từ các thermistor Trong mạch xử lý huyết áp(hình3.4) bộ kích thích điều khiển hoạt động của đầu đo huyết áp Những tín hiệu đầu vào từtransducer được khuếch đại và sau đó được lọc qua bộ lọc thông thấp Mạch xử lý SpO2(hình 3.3) bao gồm 3 mạch nhỏ: mạch điều khiển LED, mạch phát điện ID đầu đo, vàmạch xử lý tín hiệu đầu vào Mạch điều khiển LED điều khiển hoạt động của LED ởtrong đầu đo Mạch phát hiện ID đầu đo tìm dạng và sự hiện diện của đầu đo Trongmạch xử lý tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu vào từ photodiode được khuếch đại và được lọcqua bộ lọc thông thấp Trong quá trình này, một phần tín hiệu khi không dò được ánhsáng đượcgiữ lại như đường gốc của tín hiệu

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của khối SpO2

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối IBP

Dạng sóng Pleth được tạo ra từ tín hiệu thu được của cảm biến đo SpO2 nhưngdạng sóng Pleth không phải là sự dao động của giá trị SpO2 Giá trị SpO2 thường đượcthể hiện bằng dạng số trên các monitor theo dõi bệnh nhân

Pleth được viết tắt từ Plethysmography có nghĩa là biểu đồ đo thể tích Nó thể hiện

sự thay đổi thể tích trong một cơ quan hay trong toàn bộ cơ thể (thường là thể tích máuhoặc khí) Các cảm biến SpO2 dựa trên hiện tượng hấp thụ ánh sáng để tính toán lượngmáu lưu thông trong phần mô giữa đầu phát và đầu thu ánh sáng, do đó đồ thị tạo ra cũngđược gọi là Plethysmography hay cụ thể hơn là Photopethysmography (PPG)

Hình1.7: dạng sóng Pleth

Mỗi chu kỳ trên dạng sóng này ứng với một nhịp đập của tim Đường đi lên ứngvới quá trình tâm thu, máu từ động mạch chủ được bơm đến ngón tay Đường đi xuốngứng với quá trình tâm trương Trên đường đi xuống có một gai nhỏ, gai này được tạo ra

do máu từ động mạch chủ khi được bơm đến các phần dưới cơ thể tạo sẽ áp lực lên trên

và truyền đến ngón tay Độ cao của sóng cho biết dung lượng máu lưu thông trong độngmạch, chiều dài bước sóng cho biết nhịp tim Các dạng sóng Pleth không bình thường sẽcho bác sỹ một số thông tin về tình trạng của bệnh nhân

Một số monitor không vẽ sóng Pleth mà biểu diễn sự thay đổi thể tích máu lưuthông trong động mạch diễn bằng sự dao động của một chuỗi vạch Ngày nay, nhờ sựphát triển của công nghệ, thiết bị đo SpO2 ngày càng đơn giản và rẻ, do đó giá trị SpO2cùng sóng Pleth đã và đang trở thành một thông tin quan trọng phục vụ cho công tác chẩnđoán của bác sĩ

1.4.3 Hiển thị tín hiệu huyết áp

 Sự hình thành huyết áp

Huyết áp là áp lực gây ra cho thành mạch máu khi máu lưu thông trong mạch máu

Sự hình thành của huyết áp động mạch là kết quả của tác dụng tương quan giữa tim bommáu và lực cản bên ngoài

Khi tim co lại, tâm thất sẽ đẩy máu vào mạch máu Cơ tâm thất phóng thích ranăng lượng, một phần dùng để đẩy máu di chuyển, một phần sẽ chuyển hóa thành áp lựclên thành mạch máu Trị số huyết áp và lượng máu do tim đẩy ra có liên quan mật thiếtvới nhau Lượng máu đẩy ra là tích số của lượng máu được đẩy ra sau mỗi lần tim đập vànhịp 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 tốquan trọng hình thành nên huyết áp Neu không có sức cản ngoại vi thì lượng máu từ timbơm ra sẽ chảy nhanh ra ngoài Chỉ khi phối họp với sức cản ngoại vi, lượng máu do timbơm ra sẽ không chảy quá nhanh mà lưu lại ở mạch máu Như thế, năng lượng phóngthích ra khi tâm thất co lại mới có 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 kínhmạch 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 có 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 Độdính của máu tăng cao, sức cản ngoại vi lớn cũng sẽ làm cho huyết áp tăng cao

 Sơ đô khối đo huyết áp

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 kênh sau

đó được đưa vào bảng mạch mẹ để xử lý tiếp Trong khối này có một bộ điều khiển van

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 Van này giúpbảo vệ bệnh nhân trong trường hợp mạch an toàn không dừng tăng áp suất của cuff khi ápsuất đã đạt đến 300mmHg

Hình1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối NIBP

Để theo dõi huyết áp liên tục và vẽ đồ thị, các bác sĩ phải sử dụng phương pháp đohuyết áp xâm lấn (Invasive Blood Pressure hay IBP) Người ta có thể đo IBP tại nhiều vịtrí trên cơ thể nhưng thông thường nhất là đo ở động mạch quay, đùi,…Dạng sóng huyết

áp có hình dạng gần giống với hình dạng sóng Pleth do cả hai đều liên quan đến mức độbơm máu đến động mạch

Hình1.9: dạng sóng huyết áp

1.4.4 Hiển thị nhịp thở

 Tổng quan về hệ hô hấp của người

Phổi thực hiện chức năng thông khí vào trao đổi O2, CO2 với máu về mặt trao đổikhí, máu sẽ nhận O2 từ không khí hít vào và thải CO2 ra ngoài theo đường thở ra về mặtthông khí, khi phổi co lại sẽ tạo nên một áp lực âm so với áp lực khí quyển và không khí

sẽ đi vào qua đường dẫn khí (mồm, mũi- khí quản, phế quản-phổi) Đây là quá trình hítvào của con người Khi phổi dãn ra, lượng khí trong phổi bị đẩy ra ngoài do áp lực phổicao hon áp lực khí quyển Đây là quá trình thở ra của con nguời Hoạt động của hệ hô hấpđuợc theo dõi qua các thông số khí có trong khí thở của con nguời như C02, lượng 02tiêu thụ cũng như sự co bóp của phổi và số lần hít vào, thở ra (nhịp thở)

 Sơ đồ khối

Các điện cực được đặt ở trước ngực bệnh nhân (tùy theo vị trí của điện cực thì ta

có ÀZ) để đo tín hiệu thở, bộ tạo dao động sẽ tạo ra tín hiệu dòng điện xoay chiều có tần

số từ 20KHz đến 100KHz, cường độ từ 25pA đến 500pA 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 sẽđược lọc, xử lý và tính toán bởi bộ vi xử lý Trên màn hình sẽ hiển thị dạng tín hiệu thở

và nhịp thở/phút, tất cả quá trình này đuợc thể hiện ở hình 1.12

Hình 1.10: sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thở trong thiết bị

theo dõi bệnh nhân

1.4.5 Hiển thị nhiệt độ

 Giới thiệu chung

Nhiệt độ (temperature) được đo tại một số vị trí khác nhau trên cơ thể để chẩnđoán và theo dõi bệnh nhân Ở người, nhiệt độ phần giữa cơ thể là ổn định nhờ chức năngđiều hòa nhiệt độ (thermoregulatory) sinh lý Nhiệt độ của các mô nằm sâu trong phầngiữa 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 không đồng đều

mà thay đổi từ điểm này tới điểm khác Nhiệt độ lõi luôn nằm trong khoảng 35 - 40°c.Hầu hết các thay đổi nhiệt độ sinh lý hay bệnh lý đều nằm trong dải này, từ thấp nhất vàosáng sớm hay trong thời tiết lạnh tới cao nhất do sốt hay do vận động mạnh

 Sơ đồ khối phần xử lý và hiển thị

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 ápđược tạo ra sau đó sẽ được khuếch đại, lọc và được số hóa rồi đưa đến bộ vi xử lý Việchiệu chỉnh liên tục, tuyến tính hóa, điều khiển, biến đổi sang °c và hiển trên màn hình đềuđược thực hiện bởi bộ vi xử lý

Hình 1.11: Sơ đồ khối phần xử lý tín hiệu nhiệt độ

1.4.6 Hiển thị nhịp tim

Nhịp tim (Heart Rate) được xác định là số lần tim đập trong một phút Việc theodõi nhịp tim là để xác định xem là tim đập nhanh hay chậm Nhịp tim được lấy từ quátrình thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim ECG và đo bằng cách lấy trung bình hay khoảngthòi gian tức thời giữa hai đỉnh R liền nhau Nhịp tim có khoảng giá trị từ 0-250nhịp/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 hiệnviệc tính toán và hiển thị giá trị nhịp tim khi tín hiệu điện tim đã được xử lý

Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các khối đo, ta cần tìm hiểu lý thuyết vềphương pháp đo các thông số Nội dung về các phương pháp đo được trình bày dưới đây

1.5 Cơ sở lý thuyết của hệ thống monitor đa thông số tại giường bệnh

1.5.1 Phương pháp đo nhịp tim

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 liền nhau.Dải đo từ 0-300 nhịp/phút Các điện cực ECG ngực hay chi được sử dụng là các cảmbiến Đo nhịp tim gồm có phép đo trung bình, phép đo tức thì

Phép đo trung bình:

Dựa trên cơ sở chuyển đổi mỗi đỉnh sóng R của ECG thành một xung cóbiên độ và thời gian cố định và sau đó xác định dòng trung bình từ những xung đó.Chúng kết hợp mạch được thiết kế một cách đặc biệt để chuyển đổi tần số sang điện

áp để hiển thị nhịp tim trung bình theo đơn vị nhịp/ phút Mạch trung bình thôngthường được sử dụng để chuyển đổi tần số sang điện áp để hiển thị hịp tim trung bình

là mạch “bơm điot”:

Hình1.12: Mạch bơm Diot

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

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

Do đó dòng trung bình trong chu kì t là:

i tb −Q

Khi một xung dương có biên độ V được đưa vào đầu vào của mạch, tụ C1 sẽđược nạp đến C1V thông qua diot D1, diot này sẽ dẫn và tạo ra một điện trởkhông đáng kể Do đó, sự nạp tụ sẽ do hằng số thời gian R1C1 khống chế, và hằng

số này nhỏ hơn rất nhiều chiều rộng của xung đầu vào

Khi xung đầu vào chuyển thành 0, cathode của D2 là âm V vôn so với anode, do

đó điot D2 phân cực thuận và bắt đầu dẫn điện Tụ C1 sau đó phóng điện qua diot D2,đồng hồ đo và các điện trở R1, R2 Tụ C2 được sử dụng để trung bình hóa dòng quađồng hồ đo và do đó nó phải lớn hơn nhiều so với tụ C1 Mạch được sắp xếp sao cho

tụ C1 phóng điện hoàn toàn trước khi xung tiếp theo xuất hiện tại đầu vào Một xungkhác có độ lớn V lại một lần nữa nạp một điện tích q, sau đó lại được bơm qua đồng hồ

đo khi xung đầu vào quay lại bằng 0

Nếu dòng trung bình itb chạy qua một điện trở R2 (điện trở đồng hồ đo chỉ thị),

thì điện áp của tụ là: e = C.V.f.R2

Mối liên hệ này là đúng chỉ khi e có một tỉ lệ nhở so với V Tính tuyến tính0.1% có thể đạt được bằng cách sử dụng V = 150V và e = 1V Nhưng cách này khôngthực tế đối với hầu hết các mạch Do đó một số dạng biến đổi được thực hiện để cóđược một điện 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 1.8 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 lấy vi phân trong một bộ vi phân

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 và thờigian đi tới bộ tích phân (mạch bơm diot), mạch này tạo ra một dòng tỉ lệ thuận với tần sốđầu vào

Hình 1.13: Sơ đồ khối một máy theo dõi nhịp tim trung bình

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 3.9 chothấy nguyên lý của một dạng dụng cụ đo nhịp tim tức thì Nó cung cấp đầu ra ổn địnhgiữa 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)

và xung không xuất hiện tại thời điểm thời gian bằng T3 sau R4, đầu ra bắt đầu giảm vàhiệu 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 gian giữahai quãng thời gian cuối Ở đây đầu ra không tuyến tính Cisek (1972) đưa ra một thiết

kế cho một Cardiotachometer xung – xung tuyến tính sử dụng kĩ thuật này Trong mạchcủa ông mạch đo thời gian được nạp theo hàm hypecbol giã hai xung liên tục tạo ra giátrị điện áp cuối, có quan hệ tuyến tính với tần số xung tức thời

Hình 1.14: Nguyên lý chuyển đổi tần số sang điện áp đẻ theo dõi nhịp tim tức thì

Hình trên 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 tim gây

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 ta

dùng một bộ lọc Butterworth xung phản hồi không giới hạn tần số 30Hz Bộ lọc này cho

ra các mẫu 8ms trong quá trình hoạt động Bất kì một sóng DC nào cuối cùng cũng phảiqua một bộ lọc so sánh QRS, bộ dò nhịp đập nhận biết các tổ hợp QRS trong các giá trịcủa đường điện tim đang được ghi Nếu giá trị này vượt quá giá trị ngưỡng thì một nhịptim được đếm Ngưỡng này được hiệu chỉnh tự động phụ thuộc vào giá trị của biên độsóng QRS và khoảng thời gian giữa các tổ hợp QRS Tiếp theo mỗi nhịp đập là chu kì ứcchế 200ms được đưa vào, trong qua trình dó không có nhịp tim nào được nhận ra Điềunày làm giảm khả năng sóng T được tính nhầm Chu kì ức chế cũng được duy trì biến đổinhư một phương trình nghích đảo giới hạn nhịp tim trên với các giới hạn nhịp tim caothấp hơn thi chu kì ức chế dài hơn

Hình 1 15: 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 ngừng lưuthông máu trong các chi Thêm vào đó các Transducer điện quang rất dễ dùng so với ba

điện cực điện tim Biên độ của tín hiệu thu được bằng phương pháp này cũng đủ lớn 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 chuyển động

1.5.3 Phương pháp 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 mỗichu kì nhịp tim, bổ xung thêm thông tin về các thông số sinh lý, hỗ trợ cho việc chẩnđoán để đánh giá điều kiện củ mạch máu và một vài khía cạnh về hoạt động của tim

Có nhiều phương phương pháp đo huyết áp khác nhau, nhưng phân ra làm 2 loại: đohuyết áp theo 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

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 Phương pháp này chỉ áp dụng khi cần độ chính xác cao đáp ứng cho yêu cầutheo dõi liên tục của hệ thống monitor Phương pháp này cho phép đo huyết áp trong cácvùng sâu mà phương pháp đo gián tiếp không đo được Trong phương pháp đo trực tiếpngười ta sử dụng các loại ống thông có gắn cảm biến để đưa vào trong động mạch hoặctĩnh mạch đế vùng quan tâm Có hai loại ống thông được sử dụng, một loại có cảm biếnđược gắn ở đầu ống và thực hiện chuyển đổi áp lực của máu thành tín hiệu điện Một loạikhác là ống chứa đầy chất lỏng, áp lực máu sẽ được truyền đến đầu dò thông qua chấtlỏng trong ống Sau đó đầu dò sẽ chuyển đổi sang các tín hiệu điện tương ứng Các tínhiệu điện này sau đó được khuếch đại và hiển thị hoặc là ghi lại để xem xét Trongphương pháp đo này trước khi đưa các ống thông vào trong mạch máu phải được tiệttrùng trước

Hình 1 16: Ảnh cấy cảm biến trực tiếp vào động 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 tĩnh mạch

để đo áp suất máu Tuy nhiên các đầu dò không thể gắn trực tiếp lên đầu của ống vàkhông thể thay đổi vị trí của ống trong khi đo Việc đo áp suất tĩnh mạch chính thườngđược đo từ một ống dẫn định vị cao cấp, các ống dẫn này thường dài từ 25 – 30cm

Sử dụng phương pháp gián tiếp NIBP:

Kĩ thuật này dùng để xác định áp suất của máu tại tâm thu và tâm trương bằngcách cuốn 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 hơi vàotúi đến một giá trị nhất đinh Cho giảm dần áp suất trong túi một cách đều đặn, tới khinào có máu chảy trong động mạch thì đó là giá trị áp suất tâm thu, tiếp tục giảm dần ápsuất trong túi đến khi máu chảy bình thường thì giá trị đó là áp suất tâm trương Nhưngvấn đề xác định ngưỡng của hai áp suất trên là rất khó, mà theo cách trên là rất thủ côngthực hiện bằng tay, kết quả phụ thuộc nhiều vào khả năng của y tá Nên từ đó đã tìm racác phương pháp đo hoàn toàn tự động có 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 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 này được

khuếch đại và truyền đi qua các bộ lọc thông dải để loại bỏ nhiễu Từ các tín hiệu thuđược người ta xác định được áp suất tâm thu và tâm trương tương ứng Quá trình diễn ratrong khoảng thời gian từ 2-5s.

Hình 1.17: Dạng sóng tín hiệu thu được đo theo phương pháp Korotkoff và dao

động kế.

 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 được điều

đó, người ta sắp xếp trên túi khí gồm 3 túi con hoặc là 3 ngăng con được bơm cao hơn ápsuất suất tâm thu khoảng 30 mmHg Một trong các tui đó được gọi là túi tâm thu, hai túicòn lại được gọi là túi tâm trương Gía trị áp suất tâm thu được xác định bằng cách cảmnhận mạch máu đầu tiên đi qua các túi tâm trương Còn giá trị áp suất tâm trương đượcxác định bằng cách phát hiện ra khi tín hiệu từ các túi tâm trương không còn bị dịch pha

so với nhau nữa

 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 1.10 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 xúc tốt

sẽ làm giảm trở kháng tiếp xúc giữa điện cực và da Điệc cực B hoạt động như là mộtđiện cực chính được đặt ở giữa túi khí, các điện cực A và C được gắn ở hai bên điện cực

B Một nguồn xoay chiều tần số cao cơ 100KHz được đưa vào cực A và C, khi thực hiện

đo trở kháng giữa điện cực bất kì dưới áp lực của túi khí thì nó sẽ đưa ra giá trị tương ứngcủa các nhịp đập trong mạch Do đó các xung mạch có thể được nhận biết và đưa đikhuếch đại

Khi túi khí được bơm lên tới khoảng giá trị của áp suất tâm thu thì không có mộtxung mạch nào được nhân biết bởi điện cực A Xung mạch sẽ xuất hiện khi áp suất củatúi khí giảm xuống dưới mức áp suất tâm thu Sự xuất hiện cảu xung thứ nhất sẽ tạo ramột tín hiệu điện để đánh dấu giá trị của áp suất tâm thu trên áp kế Khi áp suấttúi khígiảm và nằm trong khoảng giữa áp suất tâm thu và áp suất tâm trương thì các tín hiệu này

sẽ không được điện cực A và C nhận biết, do dòng máu bị ngăn cản bởi túi khí làm chocác xung xuất hiện tại A trễ hơn sơ với xung xuất hiện tại C Khi áp suất túi khí giảmxuống giá trị áp suất tâm trương thì dòng máu không còn bị cản trở và các tín hiệu này sẽbiến mất Một tín hiệu chính xuất hiện và áp suất của tâm trương được hiển thị trên áp kế

Hình 1 18 Phương pháp đo huyết áp gián tiếp theo Rheographic

 Tự động đo huyết áp theo phương pháp dao động kế:

Dựa trên phương pháp dao động kế hoặc là không thâm nhập tự động xác địnhhuyết áp của động mạch Thiết bị này cũng thực hiện theo lối truyền thống là dùng túi khíbơm căng và cho giảm dần áp lực Khi cho áp lực của túi khí giảm đi thì áp suất của độngmạch được xác định tai thời điẻm áp lực của túi khí là thấp nhất, tại đó biên độ của daođộng kế là lớn nhất Túi khí được tăng áp lực bởi một ống có chốt và áp suất được theodõi bằng một ống khác có gắn cảm biến áp lực đặt trong đó Hoạt động của thiết bị đượcđiều khiển bởi vi xử lý họ 4040 Việc phát hiện áp lực động mạch được dựa vào hai daođộng ký Thiết bị này có thể đạt được hệ số tương quan là 0.98 trong viêc xác định ápsuất của động mạch

 Tự động đo huyết áp sử dụng phương pháp hiệu ứng siêu âm Doppler:

Các Monitor tự động đo huyết áp cũng được thiết kế dựa vào siêu âm và sự vậnđộng của thành mạch Các bộ logic điều khiển được tổ hợp trong thiết bị thực hiện phântích các tín hiệu thu được từ sự vận động của thành mạch để xác định áp suất tâm thu vàtâm trương và cho hiển thị giá trị tương ứng

Hiệu ứng dích tần Doppler được xác định như sau: ∆ f = 2v t

λt

Trong đó: ∆ f- tần số Doppler(Hz)

v t - tốc độ truyền âm(m/s)

λ t- bước sóng(m)Đối với thiết bị đo huyết áp thì động mạch ở cánh tay được sử dụng vì ở đó sóngsiêu âm sẽ phản xạ tốt Sự vận động của mạch sẽ tạo ra dịch chuyển tần số Doppler:

λ c=v c

f c

Trong đó: λ c- bước sóng siêu âm trong môi trường(m)

v c- vận tốc sóng truyền âm trong môi trường(m/s cỡ 1480m/s)

f c- tần số của sóng siêu âm trong môi trường (2MHz)

Sơ đồ khối của các thiết bị loại này được mô tả trong hình 3.15 gồm 4 khối chính.Tại cùng một thời điểm các tín hiệu điều khiển từ hệ thống con được phát tới khối RF và

hệ thống Audio con với tần số sóng mang là 2Mhz Tại đó chúng được đưa tới các đầu dòtrong túi khí, các đầu dò thực hiện chuyển đổi năng lượng của sóng RF sang dạng nănglượng của sóng siêu âm và cho đi qua tay của bệnh nhân Áp suất trong túi khí được kiểmtra bởi hệ thống điều khiển con và khí áp suất đạt đến khoảng định trước thì quá trìnhbơm được dừng lại Tại thời điểm này, các mạch audio trong khối RF và khối audio hệ

thống con sẽ được điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển hệ thống con và các tín hiệuaudionày sẽ đưa các tần số Doppler đến khối điều khiển logic Các tín hiệu điều khiển từ

hệ thống con được đưa tới khối hệ thống khí để điều khiển bơm khí cho túi khí theo mộttốc độ định trước

Hình 1 19 : Các khối chính trong thiết bị đo huyết áp siêu âm

Tại áp suất tâm thu, động mạch đang bị nén sẽ mở ra và màu bắt đầu chảy Sự vân động của động mạch đã làm xuất hiện tần số Doppler khi sóng siêu âm phản hồi lại Tín hiệu được chuyển đổi sang dạng tần số audio và được nhận biết là điểm áp suất tâm thu bởi hệ thống điều khiển logic Sau khi có 4 tín hiệu được nhận biết đầy đủ từ các thanh ghi thì lúc đó mới khẳng định là điểm áp suất tâm thu Một cách kiểm tra khác là dựa vào các tín hiệu audio để xác định bề rộng và tần số của các xung phản hồi từ các động mạch.Các xung có bề rộng lớn hơn 125ms va tần số lớn hơn 250ms sẽ bị loại bỏ ra bởi hệ thốngđiều khiển logic Việc thiết lập giới hạn trên (240bit/s) theo nhịp timcủa bệnh nhân sẽ được thiết bị tự động thực hiện Tương tự như vậy cho giới hạn dưới là 24bit/s Tại áp suất tâm trương, áp suất của túi khí sẽ cân bằng hoặc xấp xỉ ở ngưỡng áp suất của động

mạch Khi đó hệ thống audio con sẽ không nhận được các tần số Doppler nữa và việc đọc

áp suất tâm trương được tiến hành Khi đó áp suất của túi khí sẽ cân bằng với áp suất của khí quyển và được giữ nguyên cho đến khi thực hiện một phép đo mới

1.5.4 Phương pháp đo nhiệt độ

Các cảm biến được sử dụng thông dụng trọng các thiết bị đo nhiệt độ đó là cácđiện trở nhiệt Sự thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ được xác định bằng mạch cầu vàđược hiển thị bằng một nhiệt kế Dải đo nhiệt độ cho cơ thể người thường từ 30 – 420C

Trong trường hợp hiển thị số thì các mạch điện thường xử lý trong monitor đượcbiểu diễn trên hình 1.12 Ban đầu chuyển mạch S1, S2 được đặt như trong hình 3.16,trong trường hợp nàym điện áp trên Rref ( ở 00C) được đưa vào đầu không đảo của bộkhuếch đại A1 Tín hiệu từ A1 được đưa tới cả hai đầu đảo và không đảo của bộ khuếchđại A2 Tuy nhiên trong thời gian này tụ C ở đầu đảo của bộ khuếch đại A2 sẽ được nạptới giá trị Vref 0C Tại thời điểm mà vị trí các chuyển mạch được đảo lại và đầu vào cảu

bộ khuếch đại A1 được lấy từ điện trở nhiệt Đồng thời đầu vào đảo từ A1 đến A2 đượcnối mạch Khi đó một điện thế dương lớn hơnVref 0C xuất hiện tai đầu vào không đảocủa bộ khuếch đại A2 Sự khác nhau giữa đầu vào đảo và đầu vào không đảo của bộkhuếch đại A2 làm cho đầu ra của nó bị âm Trong thời gian này, tụ C phóng điện qua R2cho đến khi điện áp trên tụ C cân bằng với điện áp trên RT Khi hai đầu vào của bộkhuếch đại A2 trở nên cân bằng thì đầu ra của nó lại trở lại giá trị dương Trên thực tế thìcác mạch FET được sử dụng cho các chuyển mạch S1, S2, Các xung tần số cao sẽ đượcđếm trong khoảng thời gian mà nhiệt độ được xác định Trong các hệ thống theo dõi bệnhnhân có hai kênh đo nhiệt độ thường được sử dụng Cũng giống như việc ghi đo điện tim,

ở đây các mạch ra cũng phải được cách ly qua cặp biến đổi quang điện

Hình 1 20 : Sơ đồ khối chi tiết đo nhiệt độ hiển thị số trực tiếp

1.5.5 Phương pháp đo nhịp thở

Các đầu dò thường được sử dụng trong việc đo nhịp thở bao gồm các điện trởnhiệt được đặt ở trước mũi, các vi mạch hoặc là các đầu dò không cố định được đặt quanhngực bệnh nhân Trở kháng của các điện cực và tín hiệu được lấy từ việc xác định CO2.Tín hiệu nhịp thở được lấy từ bất kì một đầu dò nào được đem khuếch đại và trongkhoảng thời gian này sẽ thực hiện đo giữa hai xung kế tiếp nhau Dải đo thường 0 –50nhịp/phút Gồm có 2 phương pháp điện trở nhiệt và trở kháng phổi

Sử dụng điện trở nhiệt:

Dùng điện trở nhiệt như các đầu dò Đặt điện trở nhiệt gần ống quản để đo sự thayđổi của nhiệt độ khí thở trong khi hít vào hoặc thở ra Điện trở nhiệt được đặt trên cánhtay của bệnh nhân là một mạch cầu Wheastone dể đưa ra sự thay đổi của nhiệt độ trên.Một bộ khuếch đại được sử dụng để nhận tín hiệu từ mạch cầu, từ tín hiệu này sẽ thựchiện đếm số nhịp thở /phút Các tần số thấo sẽ được lọc bỏ trước khi tín hiệu được đem đi

xử lý

Nếu như nhiệt độ không khí thở ra là trong khoảng nhiệt độ phòng thì sẽ rất thuận tiệncho việc sử dụng một điện trở nhiệt để phân biệt sự khác nhau giữa hai nhiệt độ khi hítvào và thở ra, từ đó sẽ tạo ra tín hiệu điện tốt hơn Còn nếu nhiệt độ không khí khi thở ra

là cao hơn thì điện trở nhiệt có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng Đôi khi cần phải đo cho

các bệnh nhân bị bất tỉnh khi đó họ không điều khiển được quá trình thở của mình nữalúc này cần có sự trợ giúp của máy.

Sử dụng trở kháng phổi:

Đây là một kĩ thuật dùng để xác định nhịp thở một cách gián tiếp Trong phươngpháp này người ta sử dụg các điện cực đặt lên ngực bệnh nhân( tốt nhất là các điện cực bềmặt), dựa vào trở kháng phổi để xác định quan hệ giữa độ sâu nhịp thở và sự thay đổi trởkháng của ngực Trong kĩ thuật này yêu cầu cần có các dụng cụ : mặt nạ, ống dẫn, lưulượng kế, hoặc phế dung kế Trong phương pháp này thì các điện cực bề mặt được sửdụng là thích hợp nhất

Các điện cực được gắn lên ngực bệnh nhân để nhận biết ra tín hiệu điều chế Tínhiệu được điều chế bằng cách thay đổi trở kháng của cơ thể cùng với chu kì thở Các điệncực tự gián tiếp xúc với da được hỗ trợ bởi một lớp kem chuyên dụng Các điện cực khitiếp xúc với da sẽ tạo ra một trở kháng cỡ 150 - 200Ω Sự thay đổi trở kháng trong mỗichu kì thở sẽ dao động trong khoảng 1% điện trở gốc trên

Hình 1 21 : Nguyên lý phương pháp đo trở kháng phổi

Hình trên là sơ đồ nguyên lý phương pháp đo trở kháng phổi hai điện cực Việcdùng 2 điện cực để cảm nhận trở kháng thì chỉ phù hợp với bệnh nhân nằm Vì nếu như

có bất cứ sự dịch chuyển nào của đối tượng thì sẽ làm thay đổi trở kháng tiếp xúc củađiện cực Để giảm sự thay đổi thì ta sử dụng 4 điện cực Khi đó tín hiệu phát ra từ bộ daođộng kí được đưa tới hai điện cực, dòng điện từ bộ dao động kí sẽ không đi qua trở khángtiếp xúc của điện cực đo Các sơ đồ này thường được dùng cho các monitor mà đối tượng

đo là trẻ em

1.5.6 Phương pháp đo nồng độ CO2

Xác định nồng độ CO2 trong khí thở ra là một cách khác để xác định nhịp thở.Hình 3.18 minh họa nồng đồ CO2 hít vào và thở ra Việc xác định dựa vào các tia hồngngoại được hấp thụ từ các khí Các bộ lọc cần thiết được sử dụng để tập trung các khí đặcbiệt như: CO2, CO, N2O trong thành phần khí thở ra, các khí hiếm và khí đa nguyên tử

sẽ không hấp thụ tia hồng ngoại Khi cho các tia hồng ngoại đi qua khí thở ra có chưamột hàm lượng CO2 thị một phần năng lượng của tia hồng ngoại được hấp thụ bởi khínày Các bộ cảm nhận sẽ nhận biết được sự suy giảm năng lượng của tia và thực hiệnchuyển đổi thành tín hiệu điện Tín hiệu này sẽ được sử dụng để tính nhịp thở trung bình

Trong các phương pháp phân tích hấp thụ hồng ngoại, có 2 phương pháp đo CO2

là sidestream và mainstream

• Phương pháp đo CO2 – sidestream

Phương pháp này hít thở liên tục để lấy mẫu khí và phân tích hàm lượng CO2 của mẫu

đó Sự thiết lập không đúng tốc độ thở, khí dò ra hệ thống mẫu, sự ngưng tụ hơi nước lý

do tình trạng bao phủ và tất cả các bụi nguyên tử là các nguồn gây lỗi Các đồ dùng đựngcác chất pha chế có nước được thiết kế để ngăn chặn sự đi vào của các chất lỏng thành ra

sự đo đạc như các chất lỏng có độ hấp thụ hồng ngoại cao Sau khi các khí được phântích, các khí thải có thể lấy lại để gây mê trước khi hydroxit natri với hydroxit canxi tronghộp nhỏ

• Phương pháp đo CO2 – mainstream

Phương pháp này sẽ phân tích toàn bộ khí thở tại một thời điểm gây mê Cuvett đođược đặt càng gần thì có thể đặt trong ống quản Dụng cụ phân tích sử dụng hấp thụ hồngngoại để phát hiện CO2 Ống được đốt nóng tới 400C để ngăn chặn sự ngưng tụ của hơinước có mặt trong các khí Hạt vật chất như nước nhầy hoặc nước miếng từ ống thông sẽgây ra sai lệch do sự hấp thụ hồng ngoại nếu chúng đi vào trong ống cuvette Tuy nhiên,đáp ứng thời gian của dụng cụ phân tích nhanh hơn phương pháp CO2- sidestream,phương pháp khối phổ kế hoặc các dụng cụ phân tích Raman Tất cả các phương pháp đoCO2 được chuẩn định kì để ngăn chặn sự sai lệch của thiết bị

Hình 1 22: Nồng độ CO2 khi hít vào và thở ra

Hình dưới đưa ra sơ đồ khối trong việc phân tích khí CO2 trong hơi thở ra Haichùm tia có cường độ tương đương nhau tạo ra các tia hồng ngoại từ các sợi đốt được gắntrên một nửa của mỗi bình ngưng Bộ dò gồm có 2 phần giống hệt nhau được cách biệtbởi một lớp kim loại mỏng Các đầu dò được làm đầy bởi các mẫu CO2 tinh khiết Do sựtập trung của khí CO2 trong tế bào phân tích nên chùm tia trên bề mặt thử nghiệm củađầu dò sẽ yếu hơn là mặt xem xét Do đó khí ở bề mặt xem xét sẽ được đốt nóng hơn ở bềmặt phân tích Màng ngăn ở đây là một tấm của tụ điện Các chùm tia hồng ngoại được

chặn ở tần số 25Hz và tín hiệu xoay chiều xuất hiện ở đầu dò sẽ được khuếch đại phù hợp

để đưa ra nhịp thở tương ứng

Hình 1.23: Sơ đồ khối của quá trình phân tích khí CO2 trong hơi thở

1.5.7 Ghi tín hiệu điện tim ECG

Ghi tín hiệu điện tim

Điện tim ECG là các hoạt động điện của tim được tạo ra bởi quá trình co bóp của

cơ tim Việc theo dõi điện tim ECG nhằm kiểm tra một số chức năng của tim là rất quantrọng trong việc theo dõi tình trạng của bệnh nhân trong suốt quá trình gây mê bệnh nhântrong phòng mổ Việc theo dõi ECG được sử dụng để tính nhịp tim, phân tích chứng tạonhịp, phát hiện chức năng tạo nhịp và chứng thiếu máu Tín hiệu điện tim được lấy trên

da bệnh nhân thông qua hệ thống điện cực ECG và cáp nối Số điện cực có thể là 3,5 hay

12 điện cực tuỳ theo loại máy Càng nhiều điện cực thì thông tin đo được càng chính xác.Tuy nhiên hầu hết các Bedside thường sử dụng cáp điện tim tiêu chuẩn 3 hoặc 5 điệncực.Vị trí đặt điện cực trên người bệnh nhân tuỳ thuộc vào số điện cực của cáp điện tim

Với hệ thống 3 điện cực ( 3 đạo trình ) các điện cực này sẽ được gắn ở R/RA( rightarm), L/LA ( left arm), F/LL( left leg) của bệnh nhân Đối với cáp điện tim 5 điện cực thìthêm các vị trí C/V(chest) và N/RL(right leg) Số lượng đạo trình phụ thuộc vào số điệncực

Các điện cực ECG gắn trên da bệnh nhân để thu nhận các tín hiệu điện ECG vàđược nối với một mạch đầu vào của monitor bằng các dây dẫn/ cáp Các tín hiệu ECG thuđược sẽ được khuếch đại và xử lý bởi modul hoặc khối đo ECG và sau đó dữ liệu đượcchuyển tới BSM và hiển thị dạng sóng ECG trên màn hình.

Hình 1 24: Các đạo trình chuẩn

Hình 1 25: Các đạo trình chi đơn cực

Hình 1 26:Các đạo trình trước ngực

Nếu sử dụng cáp điện tim 12 điện cực ta sẽ đo được dạng sóng của 12 đạo trìnhtrên Nếu sử dụng cáp 3 hoặc 5 điện cực có dạng sóng của 3 đạo trình hoặc 6

Hình 1 27 Điện tim 12 kênh ghi

Hình 1 28 Điện tim 6 kênh ghi

Hình 1 29 Điện tim 3 kênh ghi

Hình 1 30 Điện tim 3 kênh ghi + 1 nhịp tim chuẩn

Các điện cực ECG gắn trên da bệnh nhân để thu nhận các tín hiệu điện ECG vàđược kết nối với một mạch đầu vào của monitor bằng các dây dẫn/ cáp Mạch đầu vàobao gồm mạch cách ly và mạch bảo vệ Mạch cách ly có chức năng cách ly bệnh nhânkhỏi các dòng điện nguy hiểm có thể phát ra trong quá trình thu tín hiệu ECG và mạchbảo vệ để tránh monitor không bị phá hỏng bởi các điện áp cao có thể xuất hiện trong quátrình khử rung tim bệnh nhân Bộ khuếch đại ECG gồm bộ tiền khuếch đại và bộ khuếchđại điều khiển Các tín hiệu ECG thu được ban đầu có biên độ rất nhỏ sẽ được khuếch đại

vi sai có hệ số khuếch đại rất lớn Bộ khuếch đại này có trở kháng đầu vào lớn và tỉ sốMode chung CMRR cao Bộ khuếch đại điều khiển sẽ khuếch đại các tín hiệu ECG tớimột biên độ đủ lớn và truyền tín hiệu ECG này tới bộ chuyển đổi AD và khối xử lý trungtâm, sơ đồ khối được mô tả như hình dưới:

Hình 1 31 Sơ đồ khối của việc thu nhận và xử lý tín hiệu ECG

1.5.8 Độ bão hòa oxi trong máu SpO2

Hemoglobin là một loại protein và là thành phàn chính của các tế bào hồng cầu, nóvận chuyển oxi từ phổi nơi nồng độ hay áp lực oxi SpO2 rất cao, tới các mô nơi mà nồng

độ oxi thấp Độ bão hòa oxi SpO2 trong máu được định nghĩa là tỉ số giữa lượng oxi tớihạn với tỏng khả năng có thể chứa oxi của máu động mạch, tức là tỉ số giữa oxihêmoglobin với tổng số hemoglobin trong máu động mạch theo công thức:

[O2Hb] : nồng độ oxi hemoglobin

Độ bão hòa ôxi được tính để xác định hiệu quả cảu việc điều trị , chẩn đoán,đồng thời cũng cần cho theo dõi tình trạng và sự phát triển của một số lọai bệnh Để đo

độ bão hòa ôxi người ta sử dụng pulse oximetor, cảm biến của thiết bị này gồm nguồnsáng kép, phôtodetector

Hình 1 32: Sơ đồ khối xử lý tín hiệu của Pulse Oximetor

 Nguyên lý đo SpO2:

Ánh sáng đỏ và tia hồng ngoại được phát ra liên tục từ nguồn sáng kép đi xuyênqua mô Xương, mô, sắc tố da và máu động mạch sẽ hấp thụ một lượng ánh sáng cố địnhtheo thời gian Còn động mạch thường sẽ đập và hấp thụ các lượng ánh sáng khác nhau