NGHIÊN cứu NGUYÊN lý DOPPLER và ỨNG DỤNG

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tạinguồn là f0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần với: c là tốc độ lan truyền của sóng tron

trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ vàpháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ DOPPLER 3

1.1 Hiệu ứng Doppler 3

1.2 Ứng dụng phổ biến của hiệu ứng Doppler trong y khoa 5

1.2.1 Doppler liên tục 8

1.2.2 Doppler xung 9

1.3 Ứng dụng radar Doppler: 12

1.3.1 Tìm hiểu về radar 12

1.3.2 Radar Doppler 21

1.4 Kết luận chương 1 23

Chương 2 KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU ỨNG DỤNG 24

2.1 Giới thiệu 24

2.2 Khảo sát các phương pháp đo trong và ngoài nước 27

2.2.1 Phương pháp thủ công 27

2.2.2 Phương pháp xâm lấn 28

2.2.3 Phương pháp không xâm lấn 29

2.3 Xây dựng mô hình của đề tài 30

2.4 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài.30 2.5 Phương pháp đo nhịp tim, nhịp thở bằng radar Doppler 31

2.5.1 Radar Doppler (I/Q) 35

2.5.2 Mô hình hệ thống 37

2.6 Mức độ an toàn của thiết bị nghiên cứu 44

2.6.1 Khái quát về phơi nhiễm RF 44

2.6.2 Ảnh hưởng của sóng radio đối với sức khỏe con người: 45

2.6.3 Khảo sát độ an toàn của một số thiết bị phát sóng radio so với thiết bị dự kiến 49

2.7 Kết luận chương 2 50

Chương 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 52

3.1 Kết quả nghiên cứu 52

3.1.1 Tổng quan về hệ thống 52

3.1.2 Khối radar 24 GHz 53

3.1.3 Khối nguồn cung cấp cho ra đa 55

3.1.4 Bộ khuếch đại và mạch lọc 57

3.1.5 Khối xử lý tín hiệu 57

3.1.6 Hệ thống hiển thị kết quả 57

3.1.7 Hoàn thiện hệ thống 58

3.1.8 Tiến hành đo kiểm và so sánh với các phương pháp khác 59

3.2 Phân tích, đánh giá kết quả 61

3.2.1 Phân tích kết quả 61

3.2.2 Đánh giá kết quả 61

3.3 Kết luận chương 3 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

TÓM TẮT LUẬN VĂN

+ Họ và tên học viên: Âu Bắc Ninh

+ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Khóa: 29A

+ Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Vũ Văn Sơn

+ Tên đề tài: Nghiên cứu nguyên lý Doppler và ứng dụng

+ Tóm tắt: Tiến hành nghiên cứu và hiểu rõ về nguyên lý Doppler qua đóứng dụng hiệu ứng Doppler trong đo nhịp tim, nhịp thở bằng radar Doppler24GHz và tìm hiểu cách thức để ứng dụng chúng vào các thiết bị đo đạc hiệnnay

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AC Cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu

thay đổi truyền qua động mạchAM/FM Biên độ sóng/ Tần số sóng

VCO Bộ dao động điều khiển điện áp

UWB Công nghệ mạng không dây siêu băng rộng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Hiệu ứng Doppler 3

Hình 1.2 Hiệu ứng Doppler với tai người khi nge tiếng còi xe cứu thương 4

Hình 1.3 Các thành phần của sóng âm 6

Hình 1.4 Sơ đồ truyền sóng âm 6

Hình 1.5 Sơ đồ phản hồi sóng âm 7

Hình 1.6 Tần số Doppler 8

Hình 1.7 Doppler liên tục 9

Hình 1.8 Phản hồi sóng CW qua hai mạch máu 9

Hình 1.9 Doppler xung 9

Hình 1.10 Phản hồi sóng PW qua hai mạch máu 110

Hình 1.11 Phổ Doppler 10

Hình 1.12 Các dạnh sóng Doppler với các tần số khác nhau 11

Hình 1.13 Độ sáng tương ứng với các biên độ sóng khác nhau 11

Hình 1.14 Quy ước dấu của dòng máu 12

Hình 1.15 Nguyên lý radar 13

Hình 1.16 Phân loại theo chức năng của radar 17

Hình 1.17 Phân loại theo chức năng của radar 18

Hình 2.1 Hệ tim mạch 25

Hình 2.2 Cách đo thủ công bằng tay 28

Hình 2.3 Đo thủ công bằng ống nghe 29

Hình 2.4 Đo bằng điện cực 30

Hình 2.5 Đo bằng quang học 31

Hình 2.6 Hình ảnh camera ở định dạng trắng-đen 31

Hình 2.7 Sơ đồ kết quả tần số tim 32

Hình 2.8 Kết quả biến đổi Fourier 32

Hình 2.9 Mô hình sử dụng các tia laze và tia sáng để xác định tần số tim 33

Hình 2.10 Sơ đồ khối radar Doppler (I/Q) 35

Hình 2.11 Cấu trúc lớp của hệ thống radar Doppler đo các dấu hiệu sống 37

Hình 2.12 Phần cứng của hệ thống radar Doppler đo các dấu hiệu sống 38

Hình 2.13 Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi tín hiệu trong hệ thống radar 39

Hình 2.14 Phổ sóng điện từ 44

Hình 2.15 Hấp thụ bức xạ trường điện từ của cơ thể người theo tần số 46

Hình 2.16 Mô phỏng mô hình thiết bị 50

Hình 3.1 Mô hình hệ thống 51

Hình 3.2 Hình ảnh radar 24GHz 52

Hình 3.3 Cấu trúc của radar 52

Hình 3.4 Sơ đồ khối của radar 53

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn 54

Hình 3.6 Bộ khuếch đại 55

Hình 3.7 Sơ đồ mạch lọc 56

Hình 3.8 Mạch hiển thị 57

Hình 3.9 Sơ đồ thiết kế thiết bị theo dõi tần số tim và tần số thở 57

Hình 3.10 Thiết bị hoàn chỉnh 58

Hình 3.11 Chuẩn bị thiết bị 58

Hình 3.12 Kết quả đo được hiển thị trên màn hình 59

Hình 3.13 Sơ đồ điện cực đeo ở hai tay và đai quấn bụng 59

Hình 3.14 Kết quả thu được từ điện cực đeo tay và đai quấn bụng 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Bảng số liệu nhịp tim nghỉ ngơi theo tuổi cho nam giới 25

Bảng 2.2 Bảng số liệu nhịp tim nghỉ ngơi theo tuổi cho nữ giới 26

Bảng 2.3 Thống kê các bệnh gây tử vong 26

Bảng 2.4 Xây dựng cấu trúc của hệ thống cảm biến radar 39

Bảng 2.5 Bảng so sánh công suất phát sóng của ra đa 24 GHz với Iphone và wifi 48

Bảng 3.1 So sánh kết quả thu được từ thiết bị thiết kế với phương pháp điện cực đeo tay và đai quấn bụng 60

MỞ ĐẦU

Sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và các thành tựu củanhững cuộc cách mạng công nghiệp đã tạo ra những tác động rất lớn trênnhiều lĩnh vực của cuộc sống Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, conngười có những đòi hỏi cao hơn về đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe Lĩnhvực y tế theo đó không ngừng vận động và phát triển ngày càng đáp ứng tốthơn cho công tác chăm sóc sức khỏe con người, với mục tiêu nâng cao hiệuquả điều trị, an toàn và tạo được cảm giác thoải mái nhất cho người bệnh.Trong chẩn đoán cũng như điều trị, các phương pháp đòi hỏi sự tiếp xúc, xâmnhập và gây ra những khó chịu trong nhiều hoàn cảnh nhất định không cònđược bệnh nhân chấp nhận Chính điều này, đòi hỏi những phương phápkhông tiếp xúc và đem lại sự thoải mái nhất cho con người được ra đời

Ở một góc độ khác, cùng với sự phát triển của nền kinh tế là vấn đề về

ô nhiễm môi trường, nó khiến cho xã hội ngày nay xuất hiện nhiều loại bệnh

về hô hấp, truyền nhiễm ở hầu khắp các quốc gia Điển hình trong đó ta thấy

vi rút cúm có khả năng gây bệnh cao H5N1 gây ra hội chứng hô hấp cấp rấtnghiêm trọng ở người, dễ dẫn đến tử vong, gây ra các mối đe dọa đại dịch.Khi một đại dịch xảy ra việc sàng lọc nhanh các bệnh nhân nặng có thể giúpcác bác sĩ lâm sàng đưa ra các quyết định y khoa tốt hơn và khả năng chămsóc bệnh nhân được cải thiện Để tiến hành kiểm tra được số lượng lớn nhữngngười có nguy cơ cao bị cúm, nhất là tại các sân bay, cửa khẩu, việc sàng lọcnhững bệnh nhân từ vùng dịch di chuyển qua vùng lành bệnh càng trở nên cấpthiết nhằm tránh lây truyền bệnh Một hệ thống sàng lọc không tiếp xúc đểthực hiện kiểm tra trong vòng 10 giây sử dụng các dấu hiệu quan trọng được

đo (tức là nhịp tim, tỷ lệ hô hấp và nhiệt độ khuôn mặt) Do người bị nhiễmbệnh, không chỉ nhiệt độ cơ thể mà cả nhịp tim và tỷ lệ hô hấp sẽ tăng lên bấtthường Vì thế bằng cách thêm nhịp tim và hô hấp như các tham số sàng lọc

mới, hệ thống cung cấp một độ nhạy sàng lọc cao hơn là chỉ sử dụng tham sốnhiệt độ cơ thể Phân tích bằng mạng lưới nhiều chỉ số lâm sàng cung cấp mộtphương pháp phân loại hiệu quả các dữ liệu đa chiều giúp sàng lọc nhanh vàchính xác các đối tượng kiểm soát thông thường Hơn nữa, trong một sốtrường hợp như bệnh nhân bị bỏng toàn thân hay bị nhiễm trùng phần da mà

ta không thể mắc các điện cực nhằm theo dõi các chỉ tiêu sống như nhịp tim,nhịp thở được thì đòi hỏi các thiết bị theo dõi các chỉ tiêu này phải không tiếpxúc với cơ thể cũng như để theo dõi trong một thời gian dài Do vậy, trong đềtài luận văn cao học của mình, em tập trung nghiên cứu về các phương pháp

đo nhịp tim, nhịp thở sử dụng radar Doppler Qua đấy, nghiên cứu phươngpháp ứng dụng các phương pháp này với mục đích chẩn đoán nhanh chóng,chính xác các đối tượng có nguy cơ mắc bệnh cúm nói riêng cũng như cácbệnh truyền nhiễm nói chung hay để theo dõi các chỉ tiêu sống ở những bệnhnhân nặng

Tên của luận văn là: “Nghiên cứu nguyên lý Doppler và ứng dụng”.Nội dung của luận văn được chia thành ba chương với những nội dungsau:

Chương 1: Tổng quan về nguyên lý Doppler

Chương 2: Khảo sát và xây dựng chỉ tiêu ứng dụng

Chương 3: Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ DOPPLER

1.1 Hiệu ứng Doppler

Năm 1842, nhà vật lý người Áo, Johann Christian Doppler (1803-1852)

đã mô tả sự biến đổi trong tần số của sóng âm mà người quan sát thu được khi

có sự dịch chuyển tương đối giữa người và nguồn Cụ thể là khi nguồn âmtiến gần đến người quan sát thì tần số sóng người quan sát thu được sẽ tănglên so với tần số thực của nguồn (là tần số mà người quan sát và nguồn đềuđứng yên) Còn khi nguồn âm rời xa người quan sát thì tần số thu được sẽgiảm đi Ta sẽ dễ dàng thấy được hiện tượng này qua tiếng còi hụ của xe lửahay xe cứu thương Khi chúng còn ở xa ta, tiếng còi nghe nhỏ và càng tiến lạigần thì tiếng còi nghe càng lúc càng to và chát Hiện tượng biến đổi này đượcgọi là hiệu ứng Doppler.

Lúc đó ông dùng nó để giải thích hiện tượng lệch màu sắc của các ngôisao đang chuyển động: Khi ngôi sao tiến lại gần quả đất thì ánh sáng của nó

sẽ chuyển thành màu xanh (tức là bước sóng giảm và tần số của sóng ánhsáng tăng lên) Ngược lại, khi ngôi sao đi xa quả đất thì ánh sáng của nóchuyển thành màu đỏ (tức là bước sóng tăng lên và tần số giảm xuống)

Hình 1.1 Hiệu ứng Doppler

Hình 1.1 Hiệu ứng Doppler

Định nghĩa: “Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của sóng khi có sự dịch chuyển tương quan giữa nguồn phát sóng và người quan sát, tần số sóng

phản hồi tăng lên khi nguồn phát sóng và/hoặc người quan sát tiến lại gần nhau, tần số này sẽ giảm xuống trong trường hợp ngược lại”.

Một hình ảnh quen thuộc đó là khi ta nghe tiếng còi xe cấp cứu ở xa với

âm trầm (do tần số thấp), khi xe chạy lại gần thì ta nghe âm bỗng (do tần sốcao)

Hình 1.2 Hiệu ứng Doppler với tai người khi nge tiếng còi xe cứu thươngĐối với sóng chuyển động trong một môi trường, như sóng âm, nguồnsóng và người quan sát đều có thể chuyển động tương đối so với môi trường.Hiệu ứng Doppler lúc đó là sự tổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởihai chuyển động này

r o s

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tại

nguồn là f0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần

với: c là tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần

vận tốc chuyển động của nguồn so với môi trường theo phương chỉ đến ngườiquan sát (âm nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại)

Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:

Trong hiệu ứng Doppler thật ra tần số của nguồn sóng không bị thay đổi

Để hiểu rõ nguyên nhân tạo ra hiệu ứng Doppler, sự thay đổi tần số, ta lấy ví

dụ của hai người ném bóng Người A ném bóng đến người B tại một khoảngcách nhất định Giả sử vận tốc trái bóng không đổi và cứ mỗi phút người Bnhận được x số bóng Nếu người A từ từ tiến lại gần người B, người B sẽnhận được nhiều bóng hơn mỗi phút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn.Vậy chính số bước sóng bị thay đổi nên gây ra sự thay đổi

1.2 Ứng dụng phổ biến của hiệu ứng Doppler trong y khoa

Năm 1959, Satomura (Nhật) lần đầu tiên ứng dụng hiệu ứng Doppler vào

Y học nhằm khảo sát tim mạch

Sau đó Pourcelot (Pháp) và Franklin (Mỹ) phát triển tiếp kỹ thuật này.Khác với siêu âm B-mode, máy không xử lý tín hiệu sóng phản hồithành

hình ảnh, mà chỉ ghi nhận sự thay đổi tần số do hiệu ứng Doppler xảy ra khichùm sóng siêu âm phát ra gặp các hồng cầu chuyển động trong mạch máuđang tiến lại gần đầu dò hoặc đi xa đầu dò

Sóng âm gồm có hai thành phần: tần số (frequency) và biên độ(amplitude).

Tần số (f) sóng âm liên quan đến độ dài bước sóng (wavelength) λ theocông thức: f = V/ λ

Vận tốc sóng âm đi qua hầu hết các mô trong cơ thể với vận tốc1.540m/giây Do vậy khi thay đổi độ dài bước sóng thì tần số sóng âm cũngthay đổi

Biên độ biểu hiện cường độ của sóng âm

Hình 1.3: Các thành phần của sóng âmSóng âm được truyền đi (transmitted-T) từ một đầu dò Doppler xung vớimột tần số hoặc bước sóng cố định Tần số của sóng âm sẽ không thay đổinếu như các cấu trúc mà nó gặp trên đường đi không chuyển động

Hình 1.4: Sơ đồ truyền sóng âmChuyển động của các tế bào máu làm thay đổi tần số của sóng phản hồi

trở về (reflected-R) đầu dò Nếu chuyển động của dòng máu hướng về đầu dòthì tần số sóng phản hồi sẽ tăng lên và bước sóng ngắn lại Ngược lại, nếudòng máu chuyển động xa đầu dò thì tần số sóng phản hồi sẽ giảm và độ dàibước sóng tăng.

Do vậy tần số của sóng truyền đi và trở về khác nhau, chúng sẽ lệch phavới nhau

Hình 1.5: Sơ đồ phản hồi sóng âmHiệu số của hai tần số này chính là tần số Doppler (∆F)

- c: tốc độ của sóng âm truyền trong cơ thể (≈1540m/s)

- α: góc giữa chùm tia siêu âm và mạch máu

Từ công thức trên ta rút ra:

- Tần số Doppler ∆F tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy

- ∆F có trị số lớn nhất khi chùm tia song song với dòng chảy (cos α =1)

Khi chùm tia vuông góc với dòng chảy thì sẽ không có tín hiệu Doppler (cos

1.2.1 Doppler liên tục

Trong Doppler liên tục người ta sử dụng đầu dò gồm hai tinh thể làm hainhiệm vụ khác nhau: một tinh thể làm nhiệm vụ phát sóng âm liên tục và một

có hai tinh thể, một có chức năng phát sóng liên tục và một có chức năngnhận sóng phản hồi liên tục

Ưu điểm: Doppler liên tục đo được vận tốc dòng máu rất lớn (mà điềunày thường thấy trong tình trạng bệnh lý)

Nhược điểm: Không ghi được tốc độ tại một điểm xác định mà nó chỉ

ghi được tốc độ trung bình của nhiều điểm chuyển động mà chùm sóng âmphát ra gặp trên đường đi của nó Không nhận biết được vị trí của điểm phảnhồi.

Hình 1.7: Doppler liên tụcKhi chùm sóng âm xuyên qua hai mạch máu cạnh nhau (hai động mạchhoặc một động mạch và một tĩnh mạch) thì tốc độ ghi được là tốc độ trungbình của các tốc độ ở hai mạch máu

Hình 1.8: Phản hồi sóng CW qua hai mạch máu1.2.2 Doppler xung

Hình 1.9: Doppler xung

Đối với PW Doppler, người ta chỉ sử dụng một tinh thể vừa làm nhiệm

vụ phát, vừa làm nhiệm vụ thu Sóng âm sẽ được phát đi theo từng chuỗi xungdọc theo hướng quét của đầu dò, nhưng chỉ có những xung phản hồi tại vị trílấy mẫu (hay còn gọi là cổng – gate) mới được ghi nhận và xử lý

Hình 1.10: Phản hồi sóng PW qua hai mạch máuTín hiệu Doppler thu nhận được thể hiện dưới dạng âm thanh, dạng phổ

và hình ảnh

Dưới dạng âm thanh, ta có thể phân biệt được dòng chảy êm dịu, liên tụccủa tĩnh mạch; dòng chảy phụt gọn, cách khoảng của động mạch; dòng chảyphụt kéo dài, thô ráp của động mạch bị hẹp

Hình 1.11: Phổ Doppler

Phổ Doppler gồm có 3 thành phần:

- Thời gian (time): được mô tả theo trục X

- Tần số (frequency): được mô tả theo trục Y

- Biên độ (amplitude): được mô tả bằng độ sáng (brightness) của phổ

Ta phóng đại một phổ Doppler để phân tích:

- Hộp xanh chỉ một điểm thời gian trong chu kỳ tim

- Những hộp màu vàng biểu hiện độ lớn của các tần số riêng biệt

Vào một thời điểm xác định (hộp hồng) các tín hiệu Doppler có tần sốkhác nhau được biểu hiện bằng những vị trí khác nhau trên phổ Doppler (cácmũi tên)

Hình 1.12: Các dạng sóng Doppler với các tần số khác nhau

Sự khác nhau về biên độ biểu hiện bằng độ sáng trên thang độ xám Vớicùng một tần số, biên độ sóng càng cao thì phổ càng sáng

Hình 1.13: Độ sáng tương ứng với các biên độ sóng khác nhau

Theo qui ước, khi dòng máu đi về phía đầu dò thì ta có phổ dương (phía

trên trục X); ngược lại, khi dòng máu đi xa đầu dò thì ta có phổ âm (phía dướitrục X).

Để hiểu được các dòng chảy ta cần phải phân biệt dòng chảy lớp(laminar flow) và dòng chảy cuộn xoáy (turbulent flow)

Hình 1.14: Quy ước dấu của dòng máuDòng chảy lớp thấy được ở các mạch máu có vách song song và nhẵn(smooth), nhờ vậy các hồng cầu ở cùng một vùng sẽ chuyển động với cùngmột vận tốc và cùng hướng

Tuy vậy, do có sự ma sát với thành mạch, dòng chảy ở cạnh thành mạchluôn luôn hơi thấp hơn dòng chảy ở trung tâm

Phần lớn dòng chảy của hệ tim-mạch (bao gồm tim và các mạch máu lớn)

là dòng chảy lớp và hiếm khi có vận tốc > 1,5 m/s

Dòng chảy cuộn xoáy (turbulent flow) xuất hiện khi có sự tắc nghẽnngăn chặn dòng chảy lớp Điều này khiến cho các hồng cầu chuyển động hỗnloạn, không cùng hướng và tạo nên vô số dòng xoáy Nếu tắc nghẽn nặng,hồng cầu có thể chuyển động với vận tốc 7 m/s

với nghĩa là tìm kiếm và đo đạc bằng sóng vô tuyến điện, được sử dụng đầutiên trong hải quân Mĩ vào năm 1940 Từ Thế chiến II khoa học Radar bắt đầuphát triển, chủ yếu phục vụ cho chiến tranh Ngày nay, Radar đã và đangđược ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực dân sự như điều khiển khônglưu trong ngành hàng không, giám sát tốc độ trong giao thông giám sát khítượng địa hình, dự báo thời tiết… Hiện nay, Radar có thể hiểu là thuật ngữchung cho các hệ thống phát hiện, dò tìm, thăm dò vị trí của các vật thể haymục tiêu bằng các dạng năng lượng khác nhau, không nhất thiết là sóng điện

từ như sóng âm, sóng ánh sáng, hay sử dụng năng lượng nhiệt Kỹ thuậtRadar ngày càng được mở rộng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau,như dùng sóng điện từ thăm dò dưới lòng đất (Radar địa thám), thăm dò dựbáo thời tiết (Radar thời tiết); dùng sóng âm thăm dò trong cơ thể người (siêuâm), thăm dò dưới lòng nước sử dụng kỹ thuật SONAR Hệ thống Radar pháthiện và đo đạc tham số mục tiêu từ xa thông qua hệ thống phát, thu và xử lýsóng điện từ

Hình 1.15 Nguyên lý radar

- Nguyên lý:

Nguyên lý cơ bản của Radar là bộ phát sóng bức xạ sóng điện từ địnhhướng trong vùng không gian quan sát Nguồn năng lượng sóng điện từ gặpcác đối tượng (mục tiêu Radar) sẽ phản xạ một phần năng lượng về hướngthiết bị thu sóng điện từ của trạm Radar Sau khi được khuếch đại ở thiết bịthu, các tín hiệu phản xạ cần thiết sẽ được tách ra để đưa vào khối phân tích

và xử lý tín hiệu Radar thu được Căn cứ vào sự thay đổi thông số của hai tínhiệu phát và tín hiệu thu được, hệ thống Radar có thể xác định được vị trí củamục tiêu và các thông tin khác về mục tiêu (như vận tốc, quỹ đạo )

Sóng radio có thể dễ dàng tạo ra với cường độ thích hợp, có thể pháthiện một lượng sóng cực nhỏ và sau đó khuếch đại vài lần Vì thế radar thíchhợp để định vị vật ở khoảng cách xa mà các sự phản xạ khác như của âmthanh hay của ánh sáng là quá yếu không đủ để định vị

Tuy nhiên, sóng radio không truyền xa được trong môi trường nước, do

đó, dưới mặt biển, người ta không dùng được radar để định vị mà thay vào đó

là máy sonar dùng siêu âm Để đo khoảng cách, radar xung sử dụng nguyên lýdùng sóng điện từ siêu cao tần (sóng radio) phát vào không gian dưới dạngxung radio và thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở về

t: thời gian truyền sóng (đi và phản xạ trở về)

Tính chất của sóng radio: lan truyền trong không gian theo đường thẳng,

tốc độ lan truyền không đổi c = 3.108m/s, mang năng lượng lớn, gặp mục tiêu

sẽ phản xạ trở về

Tầm xa cực đại của radar (tầm xa tác dụng): Dmax

Tầm xa tác dụng của radar là khoảng cách lớn nhất mà trong giới hạn đóradar có thể phát hiện được mục tiêu, tức ảnh của mục tiêu còn xuất hiện đủ

để quan sát trên màn hình

Mục tiêu ở càng xa, tín hiệu phản xạ trở về càng yếu Mục tiêu ở xa nhất

là mục tiêu có sóng phản xạ về anten yếu nhất mà bộ thu của radar còn có khảnăng khuếch đại lên đủ lớn thành tín hiệu mục tiêu

Tầm xa cực đại tính theo công thức

 2

2

0 1 2 8

Px: công xuất phát xung của radar

Ga: hệ số phát định hướng của radar (4 n d)

0

S : bề mặt hiệu dụng của mục tiêu

1, 2

h h : chiều cao của anten và mục tiêu

Pth.min: độ nhạy máy thu

Ta thấy rằng tầm nhìn xa cực đại của radar không chỉ phụ thuộc vàokhoảng cách định sẵn trên màn ảnh mà còn phụ thuộc vào:

Độ nhạy máy thu

Công suất máy phát

Điều kiện môi trường

Độ cao anten và mục tiêu

Kích thước, hình dáng, cấu tạo của mục tiêu

- Đường chân trời radar:

Do bề mặt trái đất là hình cầu nên với radar cũng xuất hiện hiện tượngđường chân trời như đối với thị giác (tuy nhiên trong điều kiện bình thường,chân trời radar xa hơn chân trời thị giác khoảng 6%) Nếu mục tiêu không caohơn đường chân trời, sóng điện từ phát đi từ radar không thể phản xạ từ mụctiêu trở về.

Trong khi ta có thể thấy các mục tiêu thấp ở gần thì radar lại có thể bắtđược các mục tiêu ở xa hơn mà cao trên mặt nước Hơn nữa, radar được lắpđặt càng cao thì càng tăng khả năng phát hiện mục tiêu ở xa Tuy nhiên lắpđặt anten quá cao sẽ làm tăng nhiễu biển

Công thức tính Dmaxtrong thực tế:

Trong đó:

Dmax có đơn vị tính là dặm

h1, h2có đơn vị tính là mét

- Chức năng của radar:

 Đo khoảng cách và xác định vị trí của mục tiêu (tính toán khoảng thờigian thu được tín hiệu sóng phản xạ trễ so với tín hiệu phát)

 Xác định vận tốc của mục tiêu (dựa vào tần số Doppler)

 Xác định góc phương vị (dựa vào hướng mũi tàu, xung phương vị đãđược đánh dấu radar phát)

 Xác định độ lớn của mục tiêu (dựa vào độ lớn của tần số sóng phản xạthu được)

 Xác định nhận dạng mục tiêu và một số thành phần khác (thông qua tần

số sóng phản xạ thu được như một hàm có phương hướng)

 Xác định và nhận biết các mục tiêu di chuyển (dựa vào sự thay đổi củatín hiệu phản xạ thu được)

 Xác định mục tiêu có cấu tạo và vật liệu gì (thông qua tính chất của vật

liệu khi phản xạ).

Hiện nay các hệ thống radar dùng cho ngành hàng hải chỉ có chức năng

từ một đến ba nêu ở trên Hệ thống radar SAR (Search and Rescue) đây là hệthống radar tìm kiếm cứu nạn sử dụng hệ thống vệ tinh quan sát trái đất và vớinhiều mục đích khác như: phục vụ cho nghiên cứu trái đất, khí hậu, thủyvăn…

- Phân loại radar:

Các hệ thống Radar nói chung sử dụng các dạng sóng điều chế và antenđịnh hướng để phát năng lượng điện từ vào một thể tích nhất định trongkhông gian nhằm phát hiện mục tiêu Các vật thể (mục tiêu) nằm trong khônggian tìm kiếm sẽ phản xạ lại một phần năng lượng (tín hiệu phản xạ) trở lạiđài radar Các tín hiệu phản xạ này sẽ được máy thu của đài radar xử lý đểtách các thông tin về mục tiêu như cự ly, vận tốc, góc phương vị, và một sốđặc tính khác Radar có thể được phân loại theo vị trí đặt hệ thống radar nhưmặt đất, máy bay, không gian hay tàu thủy Ngoài ra, hệ thống radar cũng cóthể phân ra thành nhiều loại khác nhau dựa vào các đặc tính của radar nhưbăng tần số, loại anten và dạng sóng phát Ta cũng có thể phân loại radar theochức năng nhiệm vụ của đài radar như radar khí tượng, radar cảnh giới, radardẫn đường

Hình 1.16: Phân loại theo chức năng của radarThông thường radar được phân loại theo dạng sóng hay theo tần số hoạtđộng Theo dạng sóng, radar có thể được phân thành hai loại là phát sóng liêntục (CW) và phát xạ xung Radar phát sóng liên tục là loại radar phát nănglượng điện từ liên tục và sử dụng hai anten phát và thu riêng biệt Radar phát

xạ xung liên tục không điều chế có thể đo được chính xác vận tốc xuyên tâmcủa mục tiêu (độ dịch Doppler) và góc phân vị Thông tin về cự ly của mụctiêu chỉ có thể biết được khi sử dụng điều chế Radar xung sử dụng chuỗi cácxung (chủ yếu được điều chế) Trong kiểu radar này hệ thống được phân loạidựa theo tần số lặp lại xung (PRF – Pulse Repetition Frequency) với các dạng

là PRF thấp, PRF trung bình, PRF cao Các radar PRF thấp được sử dụng để

đo cự ly khi không cần quan tâm đến vận tốc của mục tiêu Radar PRF caochủ yếu được sử dụng để đo vận tốc của mục tiêu Radar phát sóng liên tụccũng như radar phát xạ xung đều có thể đo được cả cự ly và vận tốc xuyêntâm của mục tiêu, bằng cách sử dụng các sơ đồ điều chế

Hình 1.17: Phân loại theo dạng sóng của radar

- Sự phản xạ:

Đặc trưng vật lý cho khả năng mà một vật phản xạ hay tán xạ sóngradio là diện tích phản xạ hiệu dụng

Sóng điện từ phản xạ (tán xạ) từ các bề mặt nơi có sự thay đổi lớn

về hằng số điện môi hay hằng số nghịch từ (các chất nghịch từ là các chấtkhông có mômen từ (tổng vecto từ quỹ đạo và từ spin của toàn bộ điện tửbằng 0)) Khi đặt vào từ trường ngoài trong các phân tử sẽ xuất hiện dòngđiện phụ và tạo ra từ trường phụ ngược chiều từ trường ngoài theo xu hướngcảm ứng điện từ (hiệu ứng vật lý lượng tử) Cho nên chất liệu nào cũng phátsinh nghịch từ khi từ trường tác dụng nhưng trong đa số chất liệu hiệu ứngnghịch từ rất nhỏ và khó phát hiện Chỉ trong chất siêu dẫn điện có hiệu ứng

này rất mạnh Do đó độ thẩm điện môi của môi trường μ < 1, độ từ cảm χ < 0.

Các chất nhóm này là các khí hiếm như: I, He, Ne, Ar, Kr và các ion có cáclớp electron giống khí hiếm Nhiều kim loại như: Bi, Zn, Ag, Cu, Pb… vàkhông kim loại như C, NaCl, SiO2, S, H2O Có nghĩa là một chất rắn trongkhông khí hay chân không, hoặc một sự thay đổi nhất định trong mật độnguyên tử của vật thể với môi trường ngoài, sẽ phản xạ sóng radar Điều đóđặc biệt đúng với các vật liệu dẫn điện như kim loại hay sợi cacbon, làm choradar đặc biệt thích hợp để định vị các máy bay hay tàu thuyền Các vật liệuhấp thụ radar, gồm có các chất có điện trở và có từ tính, dùng trong các thiết

bị quân sự để giảm sự phản xạ radar, giúp cho chúng khó bị phát hiện hơntrên màn radar Phương pháp trong kỹ thuật sóng vô tuyến này tương đươngvới việc sơn vật thể bằng các màu tối trong sóng ánh sáng

Sóng radar tán xạ theo nhiều cách phụ thuộc vào tỷ lệ giữa kích thướccủa vật thể tán xạ với bước sóng của sóng radio và hình dạng của vật Nếubước sóng ngắn hơn nhiều so với kích thước vật, tia sóng sẽ dội lại tương tựnhư tia sáng phản chiếu trên gương Nếu như bước sóng lớn hơn so với kíchthước vật, vật thể sẽ bị phân cực, giống như một anten phân cực Điều nàyđược miêu tả trong hiện tượng tán xạ Rayleigh (một hiệu ứng làm bầu trời cómàu xanh lam) Khi hai tia có cùng cường độ thì có hiện tượng cộng hưởng.Bước sóng radar càng ngắn thì độ phân giải hình ảnh trên màn radar càng rõ.Tuy nhiên các sóng radar ngắn cần nguồn năng lượng cao và định hướng,ngoài ra chúng dễ bị hấp thụ bởi vật thể nhỏ (như mưa và sương mù ), không

dễ dàng đi xa như sóng có bước sóng dài Các radar thế hệ đầu tiên dùng sóng

có bước sóng lớn hơn mục tiêu và nhận được tia phản hồi có độ phân giảithấp đến mức không nhận diện được, trái lại các hệ thống hiện đại sử dụngsóng ngắn hơn (vài centimet hay ngắn hơn) có thể họa lại hình ảnh một vậtnhỏ như bát cơm hay nhỏ hơn

Sóng radio phản xạ từ bề mặt cong hay có góc cạnh, tương tự như tiasáng phản chiếu từ gương cầu Ví dụ, đối với tia sóng radio ngắn, hai bề mặttạo nhau một góc 90° sẽ có khả năng phản chiếu mạnh Cấu trúc bao gồm bamặt phẳng gặp nhau tại một góc, như là góc của hình hộp vuông, luôn phảnchiếu tia tới trực tiếp trở lại nguồn Thiết kế này áp dụng cho vật phản chiếugóc dùng làm vật phản chiếu với mục đích làm các vật khó tìm trở nên dễdàng định dạng, thường tìm thấy trên tàu để tăng sự dò tìm trong tình huốngcứu nạn và giảm va chạm Cùng một lý do đó, để tránh việc bị phát hiện,người ta có thể làm cho các bề mặt có độ cong thích hợp để giảm các góctrong và tránh bề mặt và góc vuông góc với hướng định vị Các thiết kế kiểunày thường dẫn đến hình dạng kỳ lạ của các máy bay tàng hình Các thiết kếthận trọng như thế không hoàn toàn loại bỏ sự phản xạ gây ra bởi sự nhiễu xạ,

đặc biệt với các bước sóng dài Để giảm hơn nữa tín hiệu phản xạ, các máybay tàng hình có thể tung ra thêm các mảnh kim loại dẫn điện có chiều dàibằng nửa bước sóng, gọi là các miếng nhiễu xạ, có tính phản xạ cao nhưngkhông trực tiếp phản hồi năng lượng trở lại nguồn.

Hiện tượng nhiễu sóng: Hệ thống radar phải vượt qua một số nguồn sóngkhác để tập trung trên mục tiêu thật sự Các sóng làm nhiễu bắt nguồn từ cácnguồn bên trong và bên ngoài, gồm chủ động và bị động Khả năng vượt qua

các sóng không mong đợi được định nghĩa là tỉ số tín hiệu trên nhiễu to-noise ratio, SNR) Trong cùng một môi trường nhiễu, tỉ số SNR càng lớn,

(signal-thì hệ thống radar càng dễ định vị vật

- Nhiễu: Sóng nhiễu luôn được phát ra kèm theo tín hiệu từ nội nguồncủa sóng, thường gây ra bởi thiết kế điện tử không thực sự đồng bộ sử dụngcác linh kiện điện tử chưa tối ưu Nhiễu chủ yếu xuất hiện như là sóng dộinhận được từ đầu thu vào thời điểm thật sự không có sóng radar nào đượcnhận Vì thế, hầu hết các nhiễu đều xuất hiện ở đầu thu và các nỗ lực để giảmthiểu yếu tố này tập trung trong thiết kế đầu thu Để lượng hóa độ nhiễu,người ta đưa ra chỉ số nhiễu, là tỷ số giữa cường độ sóng nhiễu thu được trênđầu nhận so với một đầu nhận lý tưởng Chỉ số này cần được giảm thiểu.1.3.2 Radar Doppler

Radar Doppler là một loại radar sử dụng hiệu ứng Doppler để tạo ra dữliệu vận tốc của các vật thể ở xa Nguyên tắc hoạt động của nó là nhờ vào sựphản hồi của sóng vi ba trên vật thể muốn đo và phân tích sự chuyển động củavật thể dựa trên sự thay đổi của tín hiệu phản hồi Sự thay đổi của tín hiệu chobiết hướng và vận tốc của vật thể một cách tương đối đối với radar RadarDoppler được dùng rộng rãi trong ngành hàng không, vệ tinh thời tiết, ngànhkhí tượng, súng ra đa, chẩn đoán hình ảnh, y tế, quân sự (tên lửa đất đốikhông)

Các radar sử dụng tần số Doppler để tách ra vận tốc xuyên tâm của mụctiêu cũng như để phân biệt giữa mục tiêu đứng yên và mục tiêu di động Hiệuứng Doppler là hiệu ứng dịch tần số trung tâm của sóng tới theo sự chuyểnđộng của mục tiêu so với nguồn phát Tùy theo hướng chuyển động của mụctiêu mà giá trị tần số dịch này có thể dương hay âm Hiệu ứng Doppler chỉ

xảy ra khi mục tiêu chuyển động so với đài phát, tần số Doppler fDlà độ dịch

tần giữa tần số sóng phát xạ ft và tần số sóng phản xạ fr, trong radar, hiệu ứng

Doppler xuất hiện 2 lần:

Lần đầu: Do mục tiêu chuyển động so với đài phát nên tần số dao động

điện từ “nhận được” bởi mục tiêu chuyển động fr(tần số của tín hiệu phản xạ),

Lần thứ hai: Tần số dao động nhận được bởi máy thu của đài radar (tần

số của tín hiệu thu .'

Dấu (+) tương ứng trường hợp radar và mục tiêu dịch lại gần nhau

Dấu (–) tương ứng trong trường hợp ngược lại

Với : f D v f t

c

 là dịch tần Doppler

Tốc độ xuyên tâm của mục tiêu (gọi tắt là thành phần xuyên tâm của tốc

độ mục tiêu) phụ thuộc vào độ dịch tần Doppler của tín hiệu:

Vậy vận tốc mục tiêu là:

2 t

c f v

f



Thuật ngữ "Radar Doppler" thường hay bị lầm tưởng là một loại radar

sử dụng trong ngành khí tượng, một phần vì sự phổ biến của các nhà khítượng học sử dụng trên tivi thông minh để báo thời tiết Hầu hết các radar thời

tiết hiện đại sử dụng công nghệ xung Doppler để đo lượng mưa Do đó, radar Doppler không chỉ giới hạn trong lĩnh vực thời tiết mà còn được sử dụng

trong nhiều lĩnh vực khác

Đối với lĩnh vực Y tế, radar đã được ứng dụng rộng rãi Đặc tính pháthiện chuyển động mà không tiếp xúc của radar Doppler cung cấp một phươngtiện phát hiện và giám sát nhịp tim cũng như nhịp thở mà không cần phải tiếpxúc với người bệnh Nó cũng không cần thiết phải có các trang thiết bị bổsung, chẳng hạn như bộ phận cảm biến vật lý hoặc quần áo đặc biệt, có thểhữu ích cho các ứng dụng y tế nhất định Hơn nữa, radar Doppler chống lạicác yếu tố môi trường, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ môi trường xungquanh, nhiễu từ các tín hiệu khác chiếm cùng băng thông, giảm hiệu ứng,giảm các ảnh hưởng của môi trường và tăng khả năng sử dụng radar Dopplertrong đo nhịp tim và tần số hô hấp dài hạn như nghiên cứu về giấc ngủ

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương 1, luận văn đã khái quát những nội dung cơ bản về hiệuứng Doppler và ứng dụng phổ biến của hiệu ứng Doppler trong y khoa đó là

các kỹ thuật siêu âm Doppler trong y học Đồng thời, trong chương này cũng

đề cập đến các vấn đề cơ bản của radar và radar Doppler như định nghĩa, phânloại, chức năng của radar, radar Doppler Với đặc tính phát hiện chuyển động

mà không tiếp xúc của radar Doppler đã cung cấp một phương pháp đo nhịptim, nhịp thở bằng radar Doppler sẽ được xây dựng và nghiên cứu trongchương tiếp theo

Chương 2 KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU ỨNG DỤNG 2.1 Giới thiệu

Trái tim là một trong những cơ quan quan trọng nhất trong cơ thể conngười Nó hoạt động như một máy bơm lưu thông oxy và chất dinh dưỡngđưa đi khắp cơ thể để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hoạt động sống của cơthể Máu lưu thông cũng loại bỏ các sản phẩm chất thải phát sinh từ cơ thể lọc

bỏ qua thận Khi cơ thể được hoạt động khác nhau thì tốc độ mà tim đập sẽkhác nhau, tỷ lệ thuận với tần số hoạt động của cơ thể Bằng cách phát hiệncác điện áp tạo ra bởi các nhịp đập của tim, tốc độ của nó có thể dễ dàng quansát và sử dụng cho một số mục đích y tế

Hình 2.1 Hệ tim mạchNhịp tim là số lần tim đập trên mỗi phút Nó phụ thuộc vào từng cá nhân,

tuổi tác; trọng lượng cơ thể; trạng thái hoạt động như ngồi yên hay di chuyển;các bệnh lý mắc phải; các thuốc đang sử dụng, thậm chí nhiệt độ không khícũng có thể ảnh hưởng tới nhịp tim Một yếu tố gắn liền với chúng ta hàngngày và có tác động đến nhịp tim một cách rõ ràng, dễ nhận biết nhất đó chính

là cảm xúc Khi chúng ta bị kích thích hay sợ hãi, vui mừng hay lo lắng đều

có thể làm tăng nhịp tim Nhưng tất cả yếu tố trên đều được dung hòa để đưanhịp tim ổn định lại nhờ sự phối hợp nhịp nhàng của hệ thần kinh trung ương,

hệ thần kinh tim, hệ mạch và các chất trung gian hóa học để làm cho cơ timhoạt động hiệu quả trở lại

Theo Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ, nhịp tim khi nghỉ ngơi ở người trưởngthành khỏe mạnh dao động trong khoảng từ (60 – 100) nhịp/ phút Với cácvận động viên chuyên nghiệp, nhịp tim có thể duy trì ở (40 – 60) nhịp/ phút.Nhịp tim bình thường của mỗi người có thể thay đổi khác nhau tùy thuộcvào lứa tuổi, giới tính… và đây là “thông số” quan trọng để đo lường sứckhỏe, khả năng chịu đựng, thể lực của mỗi người Ta có thể tham khảo bảng

số liệu nhịp tim nghỉ ngơi theo tuổi dưới đây cho nam giới và nữ giới

Bảng 2.1 Bảng số liệu nhịp tim nghỉ ngơi theo tuổi cho nam giới

Nhịp tim (mức

độ)

Độ tuổi18-25 26-35 36-45 46-55 56-65 65+Vận động viên 49-55 49-54 50-56 50-57 51-56 50-55Xuất sắc 56-61 55-61 57-62 58-63 57-61 56-61Tốt 62-65 62-65 63-66 64-67 62-67 62-65Trên mức trung

bình 66-69 66-70 67-70 68-71 68-71 66-69Trung bình cộng 70-73 71-74 71-75 72-76 72-75 70-73

Dưới mức trung

bình 74-81 75-81 76-82 77-83 76-81 74-79Tiên lượng xấu 82+ 82+ 83+ 84+ 82+ 80+

Bảng 2.2 Bảng số liệu nhịp tim nghỉ ngơi theo tuổi cho nữ giới

18-25 26-35 36-45 46-55 56-65 65+Vận động viên 54-60 54-59 54-59 54-60 54-59 54-59Xuất sắc 61-65 60-64 60-64 61-65 56-64 60-64Tốt 66-69 65-68 65-69 66-69 65-68 65-68Trên mức trung bình 70-73 69-72 70-73 70-73 69-73 69-72Trung bình cộng 74-78 73-76 74-78 74-77 74-77 73-76Dưới mức trung bình 79-84 77-82 79-84 78-83 78-83 77-84Tiên lượng xấu 85+ 83+ 85+ 84+ 84+ 84+

- Trên thế giới:

Theo WHO, bệnh tim mạch đang là nguyên nhân tử vong hàng đầu ởngười trên toàn thế giới và chiếm nhiều nhất ở các nước đang phát triển Mỗinăm, người chết do bệnh tim và đột quỵ nhiều hơn cả ung thư, lao, sốt rét vàHIV cộng lại

- Ở Việt Nam:

Bệnh tim mạch là bệnh có nguy cơ gây tử vong cao Năm 1980, bệnh timmạch là bệnh gây tử vong cao đứng ở hàng thứ tư, còn từ năm 2000 thì bệnh

này gây tử vong hàng đầu.

Bảng 2.3 Thống kê các bệnh gây tử vong

2000 Tim mạch Ung thư Các nguyênnhân khác Nhiễm khuẩn

Theo GS Phạm Gia Khải, nguyên Chủ tịch Hội tim mạch học Việt Nam,đây là điều đáng báo động, tuy nhiên đa số người Việt Nam chưa đủ kiến thức

để hiểu hết các nguy cơ do bệnh tim mạch gây ra

"Tỉ lệ mắc bệnh tim tại Việt Nam rất cao, có thể là cao nhất về bệnh suất

và tử suất Nó được ví như một sát thủ thầm lặng Những người bị tăng huyết

áp hoặc biến chứng tim đại đa số không biết Chết vì suy tim, loạn nhịp tim,tắc mạch vành hết sức phổ biến", GS Khải nói

2.2 Khảo sát các phương pháp đo trong và ngoài nước

Có rất nhiều phương pháp để đo và xác định nhịp tim khác nhau hiệnnay trong và ngoài nước Nhìn chung các phương pháp đo là giống nhau, chỉkhác nhau ở hình thức đo và được chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâmlấn, không xâm lấn

2.2.1 Phương pháp thủ công

Đo nhịp tim bằng nhấn ngón tay: Sử dụng mặt trong của hai ngón tay ápsát vào mặt trong của cổ tay bên kia - chỗ có những nếp gấp cổ tay (hai tayngược nhau) Bấm nhẹ vào đó cho đến khi cảm thấy nhịp đập Nếu cần thiết,

có thể di chuyển ngón tay xung quanh đó cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập.Sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim Hoặc đặt hai ngón tay vào mộtbên cổ nơi giao nhau giữa khí quản và các cơ lớn ở cổ Bấm nhẹ cho đến khibạn cảm thấy nhịp đập

Hình 2.2 Cách đo thủ công bằng tay

Đo nhịp tim bằng ống nghe: Đeo tai nghe và kiểm tra ống nghe, mùađông cần xoa làm ấm loa nghe trước khi nghe Đặt ống nghe lên các vị trínghe tim, mỗi lần đặt ống nghe (10 -20) giây Sau đó dùng đồng hồ để xácđịnh số nhịp tim

Hình 2.3 Đo thủ công bằng ống ngheNhận xét: là phương pháp phổ biến, đơn giản, dễ đo Chi phí khi đokhông đáng kể Kết quả đo có độ chính xác phụ thuộc vào người đo, có sự sai

số do chênh lệch thời gian đếm của người đo và đồng hồ đếm thời gian Tốnnhiều thời gian, công sức để đo

2.2.2 Phương pháp xâm lấn

Sử dụng các điện cực để đo nhịp tim trong một khoảng thời gian, dòngđiện từ nguồn sẽ đi qua các điện cực vào cơ thể rồi phản hồi lại các thông tinnhịp tim Trước khi đo phải cần lưu ý những vấn đề: không ăn uống, không sửdụng các loại phấn, dầu hay mỹ phẩm vùng ngực Các điện cực sẽ được gắn

lên vùng ngực đã được cồn khử trùng, dùng băng dán cố định dây và điện cực,dụng cụ sẽ được khởi động và đo liên tục từ (24 - 48) tiếng, dữ liệu sẽ đượclưu trữ vào một bộ nhớ.

Nhận xét: là phương pháp có độ chính xác cao, được sử dụng nhiềutrong các bệnh viện, trung tâm khám sức khỏe, có thể đo được nhiều thông sốtrong cùng một khoảng thời gian Nhưng có thể gây ra các tác dụng phụ như

dị ứng da do tiếp xúc dòng điện cực hay các chất để dán cố định, gây cảmgiác khó chịu Vì thiết bị hiện đại nên sai số trung bình của thiết bị đo là 1 %

và chi phí trung bình mỗi lần đo là 150 USD

Hình 2.4 Đo bằng điện cực2.2.3 Phương pháp không xâm lấn

Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sựthay đổi về áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch

Vì thế ta có thể đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó Khi lượngmáu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức hấp thụ ánh sángcủa động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì cường

độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim Khi nhịptim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sángsau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào,