Mô hình thiết bị đo một số dấu hiệu sinh tồn theo nguyên lý iot

Với tinh thần trên, luận văn này trình bày thiết kế mô hình hệ thống theo dõi một số dấu hiệu sinh tồn: nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, tín hiệu điện cơ.. Hệ thống sử dụng mạng cảm biến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH MINH

MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐO MỘT SỐ DẤU HIỆU SINH TỒN

THEO NGUYÊN LÝ IoT

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Quang Linh

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Nguyễn Thanh Minh MSHV : 1870598

Ngày, tháng, năm sinh : 19 - 10 - 1981 Nơi sinh : Hưng Yên

Chuyên ngành : Vật Lý Kỹ Thuật Mã số : 8520401

I TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế mô hình thiết bị đo tín hiệu sinh tồn theo nguyên lý IoT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Tổng quan về tín hiệu sinh tồn con người : nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, điện cơ

- Tìm hiểu cơ chế vật lý của cảm biến đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu theo phương

pháp đo quang, đo tín hiệu điện cơ

- Thiết kế hệ đo các tín hiệu sinh tồn IoT : kết hợp cảm biến với Arduino Uno, Wifi

ESP8266 tạo thành một mạch đo tín hiệu sinh tồn theo dõi qua ứng dụng Blynk trên điện thoại thông minh

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19-08-2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 08-12-2019

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Huỳnh Quang Linh

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS Huỳnh Quang Linh Thầy đã tận tình hướng dẫn, góp ý định hướng cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp tại Bộ Môn Vật Lý - Khoa Khoa Học Ứng Dụng - Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến tất cả các quý Thầy Cô Bộ Môn Vật Lý Kỹ Thuật – Khoa Khoa Học Ứng Dụng – Trường Đại Học Bách Khoa – Thành Phố Hồ Chí Minh Những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà em học được từ Thầy Cô trong suốt quá trình học sẽ là hành trang tốt nhất giúp em vững bước trong cuộc sống và sự nghiệp của mình

TP.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019 Học Viên

Nguyễn Thanh Minh

Tín hiệu sinh tồn của con người nhóm các tín hiệu sinh học quan trọng nhất cho biết tình trạng của các chức năng quan trọng duy trì sự sống của cơ thể Sự theo dõi các tín hiệu này được thực hiện để giúp đánh giá sức khỏe thể chất chung, phát hiện các bệnh có thể

và theo dõi sự tiến triển phục hồi bệnh Với nguyên lý và các phương tiện Internet vạn vật (IoT), các thiết bị theo dõi tín hiệu sinh tồn từ xa, không dây và theo thời gian thực

có thể giúp cho các bác sĩ theo dõi đánh giá chính xác hơn tình trạng bệnh nhân, giúp cho mọi người có thể chủ động quản lý sức khỏe của mình theo nguyên tắc y học 4P dự phòng và cá nhân hóa

Với tinh thần trên, luận văn này trình bày thiết kế mô hình hệ thống theo dõi một số dấu hiệu sinh tồn: nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, tín hiệu điện cơ Hệ thống sử dụng mạng cảm biến không dây để theo dõi liên tục các thông số trên: tín hiệu thu được từ các cảm biến đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và tín hiệu điện cơ được xử lý bằng mạch Arduino Nano và gửi đến máy chủ Blynk sử dụng giao tiếp không dây ESP8266 Thông qua ứng dụng Blynk (ứng dụng IoT) trên điện thoại thông minh, người sử dụng có thể xem và đánh giá các tín hiệu đó, hoặc tích hợp vào các phần mềm hỗ trợ chẩn đoán khác Kết quả luận văn thể hiện bước đầu thử nghiệm việc thu nhận và xử lý theo thời gian thực nhiều tín hiệu đồng thời theo nguyên lý IoT

Vital signs are the group of the most important biosignals that indicate the state of the vital (life-sustaining) functions of the body These signals are monitored to help assessing overall physical health, detecting possible diseases and evaluating the progress

of health recovery With the principle of Internet of Things (IoT), electronic devices monitoring vital signs remotely, wirelessly and in real-time can help physicians to evaluate patient’s states more accurately and help people to manage effectively their health according to the principles of P4 medicine

Under mentioned context, this thesis presents the design of a system to monitor some vital signs: heart rate, blood oxygen level, electromyographic signal The system uses wireless sensor network to continuously monitor the above parameters: signals received from heart rate, blood oxygen level and electromyographic sensors processed by Arduino Nano circuit and sent to the Blynk server using the ESP8266 wireless interface Through the Blynk application (IoT application) on the smartphone, users can view and evaluate mentioned signals, or integrate them into other diagnostic support software The results show the initial test of real-time reception and processing of multiple biosignals based

on IoT principles

Em xin cam đoan luận văn: “Mô hình thiết bị đo một số dấu hiệu sinh tồn theo nguyên

lý IoT” là do em tìm hiểu, nghiên cứu, hoàn thành và được PGS.TS Huỳnh Quang Linh trực tiếp hướng dẫn Các số liệu và kết quả thu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Luận văn tốt nghiệp đánh dấu cho những thành quả, kiến thức em đã thu nhận được trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường

Trong luận văn này, em đã sử dụng một số tài liệu tham khảo: sách, các bài báo quốc tế, bài báo trong nước, các trang web mã nguồn mở, được chỉ ra trong danh mục Tài liệu tham khảo

TP.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019 Học Viên

Nguyễn Thanh Minh

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

ANN: Artificial Neural Network – Mạng Neuron nhân tạo

DSP: Digital Signal Processing – Xử lý tín hiệu số

ECG: Electrocardiography – Điện tâm đồ

EEG: Electroencephalography – Điện não đồ

EMG:Electromyogram – Điện cơ đồ

EHW: Evolvable Hardware Chip – Chip phần cứng có thể phát triển

Hb: Hemoglobin – Huyết sắc tố

IDE: Intergrated Development Environment – Môi trường phát triển tích hợp

IoT: Internet of Thing – internet vạn vật

NCS: Nerve Conduction Studies – Nghiên cứu dẫn truyền thần kinh

MES: Myoelectric Signal – Tín hiệu điện cơ

PWM: Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung

SaO2: Saturation of Oxygen – Độ bão hòa oxy

SEMG: Surface Electromyography – Điện cơ bề mặt

SMU: Single Motor Unit – Đơn vị vận động đơn

SFT: Short Fourier Transform – Biến đổi Fourier ngắn

ROM: Read Only Memory – Bộ nhớ chỉ đọc

RAM: Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập tạm thời

HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mặt cắt của một quả tim 14

Hình 2.2 Cấu tạo của hệ truyền dẫn tim 16

Hình 2.3 Điện tâm đồ của người bình thường 19

Hình 2.4 Sơ đồ khối của quy trình thí nghiệm phân tích wavelet 36

Hình 2.5 Thiết bị ống hít thông minh của hãng Propeller Health 43

Hình 3.1 Sơ đồ khối của cảm biến Max30100 44

Hình 3.2 Arduino Uno 50

Hình 3.3 Module Wifi ESP8266 50

Hình 3.4 Sơ đồ hoạt động của Blynk 52

Hình 3.5 Giao diện Arduino IDE 53

Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống 54

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối hệ thống 55

Hình 4.1 Mô hình mạch đo 62

Hình 4.2 Kết quả đo Nhịp tim và SpO2 trên mạch và máy Smiths Medical PM của người 1 63

Hình 4.3 Kết quả đo trên mạch mô hình hiển thị trên ứng dụng Blynk của người 1 64

Hình 4.4 Kết quả đo Nhịp tim và SpO2 trên mạch và máy Smiths Medical PM của người 2 65

Hình 4.5 Kết quả đo trên mạch mô hình hiển thị trên ứng dụng Blynk của người 2 66

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu………6

2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn……… 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Dấu hiệu sinh tồn 9

2.1.1 Nhiệt độ cơ thể 9

2.1.2 Huyết áp 10

2.1.3 Nhịp tim 10

2.1.4 Nhịp thở 11

2.1.5 Nồng độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) 11

2.1.6 Tín hiệu điện cơ 12

2.2 Tín hiệu điện tim (ECG) 12

2.2.1 Cấu tạo hoạt động của tim và đặc trưng sinh lý của cơ tim 12

2.2.2 Khái niệm về tín hiệu điện tim 18

2.2.3 Nhiễu trong tín hiệu điện tim 22

2.2.4 Phương pháp xác định nhịp tim 22

2.3 Nồng độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) 25

2.3.1 Sự cần thiết của oxy trong máu 25

2.3.2 Sự vận chuyển oxy trong máu 26

2.3.3 Nồng độ bão hòa oxy trong máu 27

2.3.4 Các phương pháp đo độ bão hòa oxy trong máu 29

2.4 Tín hiệu điện cơ (EMG) 30

2.4.1 Tín hiệu điện cơ 30

2.4.2 Phương pháp phát hiện tín hiệu điện cơ 31

2.4.3 Phân tích tín hiệu điện cơ 34

2.4.4 Xử lý tín hiệu điện cơ 35

2.4.5 Nhiễu điện và các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu điện cơ 38

2.5 Một số thiết bị IoT y tế trên thị trường 40

2.5.1 Apple watch 40

2.5.2 Máy giám sát glucose liên tục (CGM) và bút thông minh insulin 41

2.5.3 Ống hít kết nối thông minh và máy theo dõi hen suyễn ADAMM 42

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Nguyên lý cảm biến – Arduino – Blynk 44

3.1.1 Cảm biến Max30100 44

3.1.2 Cảm biến điện cơ (EMG) 46

3.1.3 Arduino UNO 47

3.1.4 Module wifi ESP8266 50

3.1.5 Blynk 51

3.1.6 Phần mềm Arduino IDE 52

3.2 Thiết kế 54

3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 54

3.2.2 Sơ đồ kết nối hệ thống 55

3.2.3 Mô tả hệ thống 55

3.2.4 Chương trình điều khiển 56

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 Kết quả 62

4.1.1 Mô hình mạch hoàn chỉnh

4.1.2 Kết qủa đo nhịp tim, SpO2, điện cơ 62

4.2 Bàn luận

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 67

5.1.1 Ưu điểm 67

5.1.2 Nhược điểm 67

5.2 Hướng phát triển 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 71

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Dấu hiệu sinh tồn là các dấu hiệu thể lực cho thấy bệnh nhân đang sống: nhịp tim, nhịp thở, nhiệt độ, huyết áp, bão hòa oxy trong máu Nó cung cấp cho bác sĩ: các thông tin hỗ trợ chẩn đoán bệnh, theo dõi tình trạng bệnh diễn biến bệnh, theo dõi kết quả điều trị chăm sóc, phát hiện biến chứng của bệnh, kết luận sự sống của bệnh nhân

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, IoT (Internet of things) có vai trò quan trọng trong cuộc sống của chúng ta IoT là một mạng lưới các thiết bị điện

tử, phần mềm, cảm biến và internet được kết nối với nhau, do đó có khả năng thu thập và trao đổi dữ liệu IoT có tác động lên tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội, trong đó tác động trong lĩnh vực y tế được coi là quan trọng nhất

Sự hội tụ của y học và công nghệ thông tin, tin y học sẽ làm biến đổi các cách thức chăm sóc sức khỏe truyền thống, đồng thời cắt giảm chi phí, tăng tính hiệu quả và cứu sống được nhiều người bệnh hơn

Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0: AI, Robotic, Big Data, IoT AI và Big Data có vai trò như bộ xử lý dữ liệu, nhận về một lượng lớn dữ liệu, xử lý

và đưa ra những quyết định đúng đắn trong mọi trường hợp Với Robotic, nhiệm

vụ của nó là chế tạo ra các cỗ máy có thể đảm nhận các công việc nặng nhọc mà còn người phải làm, đồng thời thực hiện các yêu cầu mà con người đưa ra, mục tiêu cuối cùng của Robotic là thay thế sức lao động của con người bằng khả năng vận động không mỏi mệt của máy móc Và cuối cùng, việc kết nối các thiết bị, các quy trình thu thập, xử lý và phản ứng sẽ do IoT đảm nhận

Cảm biến có vai trò quan trọng trong phát triển khoa học kỹ thuật Cảm biến

là linh kiện chuyển đổi tín hiệu đầu vào có tính chất vật lý thành đầu ra điện, nó

là công cụ phát hiện sự có mặt vật chất, chất hóa học và sinh học, đưa ra phương

thức lưu đo lường và lưu giữ các thông về dấu hiệu đó Các thuộc tính vật chất

có thể cảm nhận được bao gồm: nhiệt độ, áp suất, chuyển động, mức độ âm thanh, cường độ ánh sáng, tải hoặc trọng lượng, tốc độ dòng chảy của không khí

và nước, độ lớn của từ trường và điện trường, mật độ các phân tử trong cấu trúc của không khí, chất lỏng, chất rắn

Với sự tiến bộ của khoa học máy tính và công nghệ thông tin Các bác sĩ và chuyên gia y tế thường sử dụng các cảm biến y sinh, máy tính và phần mềm liên quan để thực hiện chẩn đoán y tế, kiểm tra các khu vực bị tổn thương và theo dõi các tín hiệu y sinh quan trọng Để chuẩn đoán chính xác các bệnh khác nhau, các bác sĩ cần phải có tín hiệu y sinh chất lượng cao được lấy từ các cơ quan khác nhau của cơ thể người Do đó, các cảm biến y sinh giao tiếp giữa cơ thể người và hệ thống máy tính rất quan trọng trong chẩn đoán y học hiện đại và sử dụng để thu thập tin y tế

Cảm biến y sinh đóng vai trò là cửa ngõ giữa hệ thống sinh học và hệ thống điện tử Nó lấy các tín hiệu sinh học như: nhiệt độ cơ thể, huyết áp, nhịp tim, tín hiệu điện cơ để đo sự vận động của cơ bắp sự hiện diện của một số hợp chất hóa học hoặc hoạt động hóa học trong cơ thể người làm đầu vào và chuyển chúng thành tín hiệu điện tử dưới dạng kỹ thuật số để xử lý bằng vi điều khiển hoặc máy tính

2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn

• Luận văn tập trung nghiên cứu về đo: nhịp tim, nồng độ oxy trong máu bằng phương pháp đo quang và tín hiệu điện cơ (EMG) đo dòng điện được tạo ra trong cơ bắp trong quá trình co bóp của các hoạt động thần kinh cơ

• Nguyên lý, cấu tạo của cảm biến MAX30100 và cảm biến điện cơ

• Nghiên cứu nguyên lý, cấu trúc và các tập lệnh của Arduino Uno, Module Wifi ESP8266

• Blynk là phần mềm ứng dụng trên điện thoại thông minh mã nguồn mở để điều khiển, lưu trữ và truy xuất dữ liệu thời gian thực thông qua internet

• Kết hợp các thiết bị cảm biến với bộ vi xử lý Arduino Uno, Module Wifi ESP8266 và Blynk thành một hệ thống IoT sinh học trong y tế

• Trong chẩn đoán và theo dõi tình trạng bệnh nhân trong y tế các bác sĩ cần phải theo dõi liên tục các thông số quan trọng của cơ thể như: nhịp tim, điện tâm đồ, nồng độ oxy trong máu, tín hiệu điện cơ đo các hoạt động của cơ bắp để có thể đưa ra những điều chỉnh và pháp đồ điều trị phù hợp

• Thông thường các bác sĩ khi khám chữa bệnh cho bệnh nhân, phải thực hiện qua thăm khám, đo và các xét nghiệm tốn rất nhiều thời gian mà không thể theo dõi tình trạng bệnh nhân liên tục Với sự phát triển của công nghệ đặc biệt là ứng dụng IoT vào trong chăm sóc sức khỏe giúp nhân viên y tế, bác sĩ theo dõi tình trạng bệnh nhân theo thời gian thực và lưu trữ dữ liệu quan trọng của bệnh nhân một cách dễ dàng với độ bảo mật và chính xác cao Căn cứ vào đó đưa ra những phác đồ điều trị một cách kịp thời và hiệu quả

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Dấu hiệu sinh tồn

Dấu hiệu sinh tồn bao gồm 4 dấu hiệu chính: nhiệt độ cơ thể, huyết áp, nhịp tim, nhịp thở và có thêm dấu hiệu thứ 5: nồng độ oxy trong máu, dấu hiệu thứ 6: tín hiệu điện cơ Những dấu hiệu này giúp đánh giá tình trạng sức khỏe thể chất chung của một người, cũng như xác định các manh mối bằng chứng bệnh

có thể xảy ra và cho thấy tiến trình hồi phục của bệnh nhân Phạm vi bình thường cho các dấu hiệu này thay đổi theo độ tuổi, giới tính, cân nặng và các yếu tố khác

2.1.1 Nhiệt độ cơ thể

Nhiệt độ cơ thể bình thường thay đổi theo người, tuổi, hoạt động và thời gian trong ngày Nhiệt độ cơ thể bình thường thường được chấp nhận là 37ºC Nhiệt độ trên 38ºC thường báo hiệu cho biết ta bị sốt do nhiễm trùng hoặc bệnh tật

• Phương pháp đo

Đo nhiệt độ của một người là một phần ban đầu của kiểm tra lâm sàng đầy

đủ Có nhiều loại nhiệt kế y tế khác nhau, cũng như các vị trí được sử dụng

để đo lường bao gồm: ở trực tràng, trong miệng, dưới cánh tay, trong tai, trên da trán trên động mạch thái dương

o Tăng thân nhiệt

Tăng thân nhiệt xảy ra khi cơ thể sản xuất hoặc hấp thụ nhiệt nhiều hơn mức có thể tiêu tan Nó thường được gây ra bởi tiếp xúc kéo dài với nhiệt

độ cao Các cơ chế điều chỉnh nhiệt của cơ thể cuối cùng trở nên quá tải

và không thể đối phó hiệu quả với sức nóng, khiến nhiệt độ cơ thể tăng lên Tăng thân nhiệt ở khoảng 40 ° C sẽ đe dọa tính mạng đòi hỏi phải điều

trị y tế ngay lập tức Các triệu chứng phổ biến bao gồm: đau đầu, nhầm lẫn và mệt mỏi Nếu đổ mồ hôi dẫn đến mất nước, thì người bị ảnh hưởng

có thể bị khô, đỏ da

Điều trị bao gồm làm mát và bù nước cho cơ thể, di chuyển ra khỏi ánh sáng mặt trời đến môi trường mát mẻ, uống nước, cởi bỏ quần áo có thể giữ nhiệt gần cơ thể hoặc ngồi trước quạt Tắm trong nước ấm hoặc nước mát, rửa mặt và các khu vực tiếp xúc khác của da

o Hạ thân nhiệt

Hạ thân nhiệt khi nhiệt độ cơ thể giảm xuống dưới mức cần thiết cho sự trao đổi chất bình thường và các chức năng cơ thể Điều này thường là do tiếp xúc quá nhiều với không khí lạnh hoặc nước Các triệu chứng thường xuất hiện khi nhiệt độ của cơ thể giảm 1ºC đến 2ºC dưới nhiệt độ bình thường

2.1.2 Huyết áp

Huyết áp là thước đo áp lực hoặc lực của máu đối với thành động mạch Huyết áp được viết dưới dạng hai số, chẳng hạn như: 120/80 mmHg Số đầu tiên được gọi là huyết áp tâm thu và đo áp lực trong động mạch khi tim đập và đẩy máu ra khỏi cơ thể Số thứ hai được gọi là áp suất tâm trương và đo áp lực trong động mạch khi tim nghỉ giữa các nhịp đập Huyết áp khỏe mạnh cho một người trưởng thành, thư giãn khi nghỉ ngơi khi chỉ số dưới 120/80 mm Hg Huyết áp tâm thu 120-139 hoặc huyết

áp tâm trương 80-89 được coi là "tiền tăng huyết áp" và cần được theo dõi chặt chẽ Tăng huyết áp khi chỉ số 140/90 mm Hg hoặc cao hơn Huyết áp duy trì ở mức cao trong một thời gian dài có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe như xơ vữa động mạch, suy tim và đột quỵ

Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến chỉ số huyết áp bao gồm: hút thuốc, nhiệt độ lạnh, tập thể dục, đầy bụng, uống cà phê, uống rượu, một số loại thuốc, tăng hoặc giảm cân…

2.1.3 Nhịp tim

Nhịp tim là số lần tim đập mỗi phút Mạch thấp hơn khi cơ thể nghỉ ngơi

và tăng lên khi cơ thể vận động tập thể dục Nhịp tim bình thường cho một người trưởng thành khỏe mạnh khi nghỉ ngơi dao động từ 60 - 80 nhịp một phút Phụ nữ có xu hướng có nhịp tim nhanh hơn nam giới Mạch có thể được đo bằng cách ấn mạnh nhưng ấn nhẹ ngón tay thứ nhất và thứ hai vào một số điểm nhất định trên cơ thể, phổ biến nhất là ở cổ tay hoặc cổ nhưng cũng có thể được đo ở phần uốn cong của cánh tay, ở háng, sau đầu gối, bên trong mắt cá chân, trên đỉnh bàn chân, sau đó đếm số lần đập của tim trong khoảng thời gian 60 giây Nhịp tim nhanh hơn mức trung bình

có thể chỉ ra các vấn đề sức khỏe như: nhiễm trùng, mất nước, căng thẳng,

lo lắng, rối loạn tuyến giáp, sốc, thiếu máu hoặc một số bệnh tim Nhịp tim thấp hơn cũng phổ biến đối với những người tập thể dục nhiều Nhịp tim đập đều nhau, không quá mạnh chỉ ra một trái tim khỏe mạnh

2.1.4 Nhịp thở

Nhịp thở của một người là số hơi thở hít vào mỗi phút Tốc độ hô hấp bình thường của một người trưởng thành khi nghỉ ngơi là 12 - 20 nhịp thở mỗi phút Tốc độ hô hấp dưới 12 hoặc trên 25 nhịp thở mỗi phút trong khi nghỉ ngơi được coi là bất thường

Trong số các điều kiện có thể thay đổi nhịp hô hấp bình thường là: hen suyễn, lo lắng, viêm phổi, suy tim sung huyết, bệnh phổi, sử dụng ma túy hoặc dùng thuốc quá liều

2.1.5 Nồng độ oxy trong máu (SpO2)

Khí oxy rất cần thiết đối với sự sống của con người Khi chúng ta hít thở, oxy sẽ đi vào phổi Máu và hemoglobin sẽ vận chuyển oxy từ phổi đến mọi nơi trong cơ thể để đảm bảo duy trì sự sống Quá trình vận chuyển này được thực hiện khi hemoglobin (Hb) kết hợp với oxy tạo thành HbO2 Một phân tử hemoglobin có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn

đủ 4 phân tử oxy được gọi là bão hòa oxy Chỉ số SpO2 còn được gọi là

độ bão hòa oxy trong máu, biểu thị cho tỷ lệ hemoglobin có oxy trên tổng

lượng hemoglobin trong máu Nếu tất cả các phân tử hemoglobin trong máu đều gắn với oxy thì độ bão hòa oxy là 100% Một người khỏe mạnh bình thường, độ bão hòa oxy động mạch dao động trong khoảng 95% - 100%

Nếu nồng độ bão hòa oxy trong máu dưới 90% được coi là thấp và được gọi là giảm oxy máu Nồng độ oxy trong máu động mạch dưới 80% có thể ảnh hưởng đến chức năng cơ quan, chẳng hạn như não và tim và cần được trợ giúp y tế kịp thời Nồng độ oxy trong máu thấp có thể dẫn đến ngừng

hô hấp hoặc ngừng tim

Chỉ số SpO2 đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với sức khỏe mỗi người Việc theo dõi chỉ số SpO2 cần được thực hiện thường xuyên để người bệnh nắm rõ lượng oxy trong máu, biết được khi nào cần thêm oxy cho cơ thể và có biện pháp ứng phó kịp thời khi lâm vào tình trạng nguy hiểm

2.1.6 Tín hiệu điện cơ

Tín hiệu điện cơ (electromyography) được sử dụng để nghiên cứu phản ứng điện của thần kinh và cơ hoặc đánh giá sự mất phân bố thần kinh của

cơ Đây là kỹ thuật được sử dụng phổ biến trong thăm khám và chẩn đoán bệnh

Những tế bào thần kinh vận động dẫn truyền các tín hiệu điện tới vùng

cơ, phản ứng với tín hiệu nhận được sẽ gây ra sự co cơ Bản ghi điện cơ chính là một bản phiên dịch các tín hiệu này thành âm thanh, biểu đồ hay các giá trị bằng số mà các bác sĩ nhìn vào đó sẽ đọc và hiểu được

2.2 Tín hiệu điện tim (ECG)

2.2.1 Cấu tạo hoạt động của tim và đặc trưng sinh lý của cơ tim

Tim là một bộ phận trung tâm và rất quan trọng trong hệ tuần hoàn của cơ thể người Với chức năng bơm đều đặn và đẩy máu dẫn theo các động mạch, đưa dưỡng khí cùng các chất dinh dưỡng đi nuôi toàn bộ cơ thể, đồng thời loại

bỏ các chất thải trong quá trình trao đổi chất Tim hút máu từ tĩnh mạch về tim sau đó đẩy máu đến phổi để trao đổi khí CO2 và lấy khí O2

❖ Cấu tạo của tim

• Tim được cấu tạo từ một loại cơ đặc biệt là cơ Tim

• Tim là một khối cơ rỗng, được chia thành 4 buồng: 2 tâm nhĩ và 2 tâm thất

• Nhĩ phải và nhĩ trái, thành mỏng, nhận máu tĩnh mạch, đưa xuống thất

• Thất phải và thất trái, thành dày, bơm máu vào động mạch với áp lực cao

• Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai tâm thất ngăn cách nhau bởi vách liên thất

• Cấu tạo của tim gồm: Buồng tim, van tim, sợi cơ tim, hệ thống nút tự động của tim và hệ thần kinh

o Buồng tim: Tim người được chia thành bốn buồng: hai tâm nhĩ và hai tâm thất Nhĩ phải và nhĩ trái nhận máu từ tĩnh mạch, thất phải và thất trái bơm máu vào động mạch Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai tâm thất ngăn cách nhau bởi vách liên thất

o Van tim: Các van tim là những lá mỏng, mềm dẻo gồm có: van nhĩ thất, van tổ chim Tất cả các van đóng mở một cách thụ động, sự đóng mở này tùy thuộc vào sự chênh lệch áp suất qua van

o Sợi cơ tim: Ðó là những tế bào nhỏ có vân chia nhánh và chỉ có một nhân Các tế bào cơ tim có tính chất trung gian giữa tế bào cơ vân và tế bào cơ trơn Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, chúng hoạt động như một đơn vị duy nhất khi đáp ứng với kích thích Khác với cơ vân, các tế bào cơ tim có các cầu nối kết với nhau thành một khối vững chắc

o Hệ thống nút tự động của tim: Hệ thống nút là một cấu trúc đặc biệt gồm các tế bào mảnh có khả năng phát nhịp cho toàn bộ tim có tính hưng phấn cao, chúng tạo thành hệ thống dẫn truyền, dẫn truyền điện thế qua cơ tim

Hệ thống dẫn truyền này đảm bảo cho các buồng tim co rút đồng bộ Hệ thống nút tự động của tim gồm có: nút xoang, nút nhĩ thất, bó his

o Hệ thần kinh: hệ phó giao cảm, hệ giao cảm

Hình 2.1 Mặt cắt của một quả tim [15]

• Nhịp tim chuẩn có thể khác nhau ở mỗi người, tùy thuộc vào độ tuổi, thể trạng, giới tính Đối với người từ 18 tuổi trở lên, nhịp tim bình thường trong lúc nghỉ ngơi dao động trong khoảng từ 60 đến 100 nhịp mỗi phút Thông thường, người có thể trạng càng khỏe mạnh, thì nhịp tim càng thấp Đối với những vận động viên chuyên nghiệp, khi ở chế độ nghỉ ngơi, nhịp tim trung bình của họ chỉ khoảng 40 nhịp một phút Ví dụ như vận động viên đua xe đạp Lance Armstrong – huyền thoại của làng thể thao thế giới, tim của anh chỉ đập khoảng

32 nhịp mỗi phút [15]

• Theo nghiên cứu của Cơ quan y tế quốc gia tại Vương quốc Anh, dưới đây là bảng tiêu chuẩn nhịp tim lý tưởng theo từng độ tuổi

Độ tuổi Tiêu chuẩn nhịp tim (Nhịp/phút)

Bảng 2.1 Bảng tiêu chuẩn nhịp tim [16]

• Nhịp tim của chúng ta vào từng thời điểm thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu

tố khác nhau, chẳng hạn như: hoạt động thể chất của cơ thể trước lúc đó, tình hình sức khỏe và bệnh lý, nhiệt độ môi trường, tư thế đứng, ngồi hay nằm Ngoài

ra, trạng thái tinh thần và cảm xúc cũng ảnh hưởng ít nhiều như cảm xúc giận

dữ, vui mừng, sợ hãi, lo lắng Bên cạnh đó, một số loại thuốc cũng có khả năng ảnh hưởng đến nhịp tim Tuy nhiên, khi đề cập đến nhịp tim chuẩn hay nhịp tim bình thường nghĩa là nhịp tim được đo lúc cơ thể đang nghỉ ngơi hoàn toàn [16]

❖ Hoạt động của tim

• Tim bơm máu thông qua cả hai hệ thống tuần hoàn Máu có nồng độ oxy thấp

từ hệ tuần hoàn đi vào tâm nhĩ phải từ tĩnh mạch chủ trên và dưới và đi đến tâm thất phải Từ đây máu được bơm vào hệ tuần hoàn phổi, tại đó máu nhận được oxy và thải ra carbon dioxit Máu được tăng cường oxy trở về tâm nhĩ trái, đi qua tâm thất trái và được đẩy ra thông qua các động mạch chủ vào hệ tuần hoàn máu, nơi oxy được sử dụng và chuyển hóa thành carbon dioxit Ngoài ra máu mang dưỡng chất từ gan và hệ tiêu hóa đến các cơ quan khác nhau của cơ thể, đồng thời vận chuyển chất thải đến gan và thận Thông thường với mỗi nhịp tim đập, tâm thất phải bơm cùng một lượng máu vào phổi như các tâm thất trái đẩy máu vào cơ thể Tĩnh mạch vận chuyển máu đến tim, trong khi động mạch đẩy máu ra khỏi tim Tĩnh mạch thường có áp lực thấp hơn so với động mạch

• Tim hoạt động dựa vào một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự động,

hệ thống thần kinh tự động này còn được gọi là hệ dẫn truyền tim, bao gồm:

o Nút xoang: tự động phát nhịp tim và xung được truyền từ tâm nhĩ tới hai tâm nhĩ theo chiều từ trên xuống dưới và đến nút nhĩ thất

o Nút nhĩ thất: nằm giữa tâm nhĩ và tâm thất, tiếp nhận xung từ nút xoang nhĩ

o Bó his và mạng lưới Purkinje: dẫn truyền xung thần kinh theo chiều từ dưới lên

Hình 2.2 Cấu tạo của hệ truyền dẫn tim [16]

o Hoat động của hệ dẫn truyền tim: nút xoang nhĩ tự phát xung điện -> lan

ra khắp cơ tâm nhĩ -> tâm nhĩ co -> lan truyền đến nút nhĩ thất -> bó his -> mạng lưới Purkinje -> Lan khắp cơ tâm thất -> tâm thất co Kết quả là tim có khả năng co bóp theo chu kỳ

• Chu kỳ hoạt động của tim: Mỗi chu kỳ tim bắt đầu từ pha co tâm nhĩ -> pha co tâm thất -> pha giãn chung Mỗi chu kỳ tim gồm 3 pha kéo dài 0,8 giây:

o Pha co tâm nhĩ 0,1 giây: nút xoang nhĩ lan truyền xung điện tới hai tâm nhĩ -> hai tâm nhĩ co -> van bán nguyệt đóng lại -> thể tích tâm nhĩ

giảm, áp lực tâm nhĩ tăng -> van nhĩ thất mở -> dồn máu từ tâm nhĩ xuống hai tâm thất

o Pha co tâm thất 0,3 giây: nút xoang nhĩ lan truyền xung điện tới nút nhĩ thất, bó his và mạng lưới purkinje -> hai tâm thất co, van nhĩ thất đóng lại -> áp lực trong tâm nhĩ tăng lên -> van bán nguyệt mở -> máu đi

từ tim vào động mạch

o Pha giãn chung 0,4 giây: tâm thất và tâm nhĩ cũng giãn, van nhĩ thất mở, van bán nguyệt đóng -> máu từ tĩnh mạch chảy về tâm nhĩ, máu từ tâm nhĩ dồn xuống tâm thất

❖ Đặc tính sinh lý của cơ tim

• Khi tim hoạt động do cấu tạo đặc biệt nên cơ tim có những đặc tính sinh

lý cơ bản: tính hưng phấn, tính dẫn truyền của sợi cơ tim, tính trơ, tính nhịp điệu

o Tính hưng phấn: Tim gồm hai loại tế bào cơ là tế bào phát sinh và dẫn truyền xung động, đó là các tế bào nút xoang, nút nhĩ thất và của mạng Purkinje và tế bào trả lời các xung động này bởi sự co rút, đó là các tế bào

cơ nhĩ và cơ thất

Những đặc tính này khiến cho tim mang tính tự động, đặc tính này không

có ở cơ vân Các hoạt động điện trong tim sẽ dẫn đến sự co bóp của tim

Sự rối loạn hoạt động điện của tim sẽ đưa đến rối loạn nhịp Sự kích thích một sợi cơ nhĩ nào đó sẽ gây một hoạt động điện qua khối cơ nhĩ, tương

tự như vậy đối với cơ thất Nếu bộ nối nhĩ-thất hoạt động tốt, điện thế sẽ truyền từ nhĩ xuống thất Khi tác nhân kích thích đủ mạnh đưa điện thế trong màng tới ngưỡng, cơ tim co bóp ngay tới mức tối đa Dưới ngưỡng

đó cơ tim không phản ứng gì, tim cũng không co bóp mạnh hơn được

o Tính dẫn truyền của sợi cơ tim: Thuộc tính này có ở tất cả hai loại sợi cơ tim Ðiện thế động lan truyền dọc sợi cơ tạo thành một làn sóng khử cực Vận tốc dẫn truyền xung động khác nhau giữa các vùng của tim Ở trạng thái sinh lý, xung động từ nút xoang vào cơ nhĩ với vận tốc vừa phải 0,8-1m/s Sự dẫn truyền chậm lại 0,03-0,05m/s từ tâm nhĩ qua nút nhĩ-thất

Sau đó vận tốc tăng lên trong bó His (0,8-2m/s) và đạt rất cao trong mạng Purkinje: 5m/s Cuối cùng chậm lại khi đi vào các sợi cơ thất, với vận tốc 0,3-0,5m/s Như vậy, sự dẫn truyền xung động từ nút xoang phải mất 0,15s

tử vong Ở pha 3, khi điện thế trong màng tăng đến -50mV, sợi cơ tim bắt đầu đáp ứng với các kích thích tuy còn yếu, đó là thời kỳ trơ tương đối

o Tính nhịp điệu: ở trạng thái sinh lý, nút xoang tự động phát ra các xung động theo một nhịp điệu đều đặn với tần số trung bình 80 lần/phút Tiếp

đó hai tâm nhĩ được khử cực đầu tiên, nhĩ phải trước nhĩ trái, đồng thời lan tới nút nhĩ-thất theo những bó liên nút Sự dẫn truyền trong nút nhĩ-thất chậm hẳn lại để cho hai nhĩ có thời gian co bóp xong Sự trì hoãn này

có thể bị rút ngắn bởi sự kích thích của hệ giao cảm và kéo dài bởi dây X Xung động tiếp tục theo hai nhánh của bó His vào mạng Purkinje với vận tốc lớn, do đó những sợi cơ thất được khử cực trong vòng 0,08-0,1s Mỏm tim được khử cực trước đáy tim, do đó nó co bóp trước đáy tim, giúp dồn máu từ mỏm lên phía đáy và tống máu vào các động mạch

Như vậy nút xoang phát xung động với tần số cao nhất, còn gọi là nút tạo nhịp của tim, nó luôn giữ vai trò chủ nhịp chính cho toàn bộ quả tim Trong những trường hợp bệnh lý, nút nhĩ-thất hoặc cơ nhĩ, cơ thất cũng có thể tạo nhịp, dành lấy vai trò của nút xoang, đứng ra chỉ huy nhịp đập của tim

2.2.2 Khái niệm về tín hiệu điện tim

Trái tim trong hệ tuần hoàn là bộ phận có cấu tạo hoàn toàn bằng cơ Mỗi khi co lại trong quá trình bơm máu nó sẽ tạo ra điện trường sinh học và truyền qua khối dẫn liên hợp từ ngực, bụng tới bề mặt da Do đó ta có thể đó được

sự chênh lệch điện thế sinh học từ hai điểm trên bề mặt của da Biên độ và dạng sóng của tín hiệu phụ thuộc vào cặp điện cực được đặt ở trên bề mặt da của bệnh nhân

Điện tâm đồ (ECG: Electrocardiogram) là đồ thị ghi những thay đổi của dòng điện trong tim Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển của một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim Những dòng điện tuy rất nhỏ, khoảng một phần nghìn volt nhưng có thể dò thấy được từ các cực điện đặt trên tay, chân, ngực bệnh nhân và chuyển đến máy ghi Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ

Hình 2.3 Điện tâm đồ của người bình thường [17]

• Thay đổi cường độ: sự thay đổi cường độ của cả hai tiếng tim phụ thuộc vào: thành ngực, môi trường giữa tim và ngực, máu, cơ tim và van tim

Cường độ tăng: hai tiếng tim đều mạnh hơn khi bị kích thích như khi bị cảm động, sau khi tập thể thao, lao động nặng, khi sốt, trong bệnh cường tuyến giáp

Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để chẩn đoán các bệnh về tim như:

o Chẩn đoán nhồi máu cơ tim khi cơ tim bị thiếu máu và dưỡng khí, bị tổn thương hay hoại tử, khả năng dẫn truyền điện của cơ sẽ thay đổi Sự thay đổi này có thể ghi nhận được trên điện tâm đồ, đây là một trong những giá trị nhất của phương pháp cận lâm sàng này

o Chẩn đoán thiếu máu cơ tim: cơ tim bị thiếu máu sẽ cho thấy hình ảnh sóng

T trên điện tâm đồ dẹt, âm

o Chẩn đoán và theo dõi rối loạn nhịp tim bất thường tại vị trí phát nhịp và dẫn truyền một chiều của tim sẽ cho thấy hình ảnh nhịp tim bất thường trên điện tâm đồ

o Chẩn đoán và theo dõi rối loạn dẫn truyền nhịp tim đập do một hệ thống dẫn truyền khoa học, việc tổn thương hay mất sự mạch lạc dẫn truyền cho thấy các bất thường về các nhánh điện học của tim trên điện tâm đồ

o Chẩn đoán các chứng tim lớn khi cơ tim dày hay dãn, quá trình khử cực, tái cực của từng thành phần trong cơ tim sẽ thay đổi, qua đó trên giấy ghi sẽ cho những gợi ý nhất định về tình trạng lớn buồng tim, tuy nhiên giá trị của ECG không ưu thế là trường hợp này, vì thay đổi nhiều vào chủng tộc, nhiều yếu

tố gây nhiễu và độ nhạy kém, y học cũng có nhiều công cụ chẩn đoán tim to tốt hơn

o Chẩn đoán một số thay đổi sinh hóa máu vì điện tim là do sự di chuyển của các ion như natri, kali, canxi Khi có thay đổi lớn trong nồng độ các chất này, điện tâm đồ có khả năng thay đổi

o Chẩn đoán một số ngộ độc thuốc: Thuốc digoxin làm thay đổi đoạn ST của mọi cực Thuốc chống trầm cảm 3 vòng làm dài đoạn QT

• Ý nghĩa cơ bản của các thành phần trên điện tâm đồ

o Sóng P hình thành do quá trình khử cực tâm nhĩ (cả nhĩ trái và nhĩ phải), bình thường biên độ của sóng P thường dưới 2mm (0.2mmV) và thời gian của sóng P là từ 0.08 đến 0.1 giây, việc tăng biên độ và kéo dài thời gian của sóng gợi ý đến một tình trạng tâm nhĩ lớn

o Phức bộ QRS thể hiện quá trình khử cực của tâm thất, tùy vào chiều khử cực

và vị trí đặt điện cực mà trên giấy ghi sẽ cho thấy các phức bộ khác nhau, ưu thế sóng R hay S, bình thường QRS kéo dài từ 0.06 đến 0.1 giây

Sóng Q là sóng âm đầu tiên của phức bộ QRS, sóng Q trên bệnh nhân bình thường thường nhỏ và ngắn, một sóng Q sâu biên độ âm lớn và kéo dài cho thấy một tình trạng hoại tử cơ tim

Sóng R là sóng dương đầu tiên của phức bộ, sóng âm sau nó là S, đây là hai sóng hình thành do khử cực thất, về bản chất là giống nhau, nếu điện cực đặt

ở vị trị chiều khử cực hướng đến thì sóng R sẽ ưu thế

o Sóng T: Là sóng theo sau phức bộ QRS, thể hiện quá trình tái cực muộn của

2 tâm thất, sóng T có giá trị rất lớn trong việc nhận định một tình trạng cơ tim thiếu máu

o Sóng U: Bình thường không thấy sóng U trên điện tâm đồ, nếu có thì là sóng nhỏ sau sóng T, sóng U đảo ngược hay nhô cao nhọn gặp trong rất nhiều loại bệnh lý tim: bệnh mạch vành, tăng huyết áp, bệnh van tim, tim bẩm sinh, bệnh lý cơ tim, cường giáp, ngộ độc, rối loạn điện giải

o Khoảng PQ: Là thời gian dẫn truyền từ nhĩ đến thất, bình thường từ 0.12 – 0.2 giây, việc kéo dài thể hiện quá trình chậm dẫn truyền, PQ ngắn sẽ gợi ý đến một hội chứng kích thích sớm

o Đoạn ST: Ý nghĩa là giai đoạn tái cực thất sớm, thời gian của ST thường không quan trọng bằng hình dạng của nó, bình thường ST nằm chênh lệch lên hoặc chênh xuống khỏi đường đẳng điện rất ít đoạn ST cực kỳ quan trọng trong việc chẩn đoán nhồi máu cơ tim

ST gọi là chênh lệch nếu cao hơn đường đẳng điện 1mm ở chuyển đạo chi

và hơn 2mm ở chuyển đạo trước ngực

ST gọi là chênh xuống khi nằm dưới đường đẳng điện hơn 0.5mm

o Đoạn QT: Là thời gian tâm thu điện học của tâm thất, khoảng giá trị bình thường của QT phục thuộc vào tần số tim, QT kéo dài bất thường có liên quan với tăng nguy cơ loạn nhịp thất, đặc biệt là xoắn đỉnh Gần đây, hội

chứng QT ngắn bẩm sinh đã được tìm thấy có liên quan với tăng nguy cơ rung nhĩ và thất kịch phát và đột tử do tim

Cường độ giảm: cơ tim yếu nên van tim cũng đập yếu, mặt khác van được bao phủ bởi lớp màng Bình thường màng trong tim nhẵn nhụi, khi bị viêm,

bị phù van đập không mạnh nữa

o Thay đổi về nhịp: Bình thường nhịp tim rất đều do hệ thống thần kinh tự động chi phối Khi hệ thống này bị tổn thương, nhịp tim sẽ nhanh, chậm hoặc loạn nhịp

Khi nghe kỹ tim một số người bệnh có khi chúng ta thấy ở tiếng thứ nhất hoặc ở tiếng thứ hai có hai tiếng chồng nhau Trong những trường hợp này,

ta thấy tim đập theo một nhịp ba tiếng Nếu cả hai tiếng tim đều phân đôi, ta

sẽ nghe được nhịp 4 tiếng [17]

2.2.3 Nhiễu trong tín hiệu điện tim

Sóng điện tim có biên độ nhỏ do đó dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu Các can nhiễu chính ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu điện tim:

• Nhiễu do điện lưới cung cấp có tần số thay đổi ngẫu nhiên

• Nhiễu do sóng cơ khi bệnh nhân mất bình tĩnh gây ra

• Nhiễu do tiếp xúc không tốt giữa các điện cực và bệnh nhân

• Nhiễu tần số thấp gây trôi đường nền

• Nhiễu do tồn tại hai nguồn tín hiệu điện tim trong cùng một cơ thể Tuy nhiên nhiễu ảnh hưởng tới chất lượng ghi tín hiệu điện tim do mạng lưới điện cung cấp khó kiểm soát Các loại can nhiễu còn lại do có dải tần

ổn định nên có thể sử dụng các bộ lọc cố định để loại bỏ

2.2.4 Phương pháp xác định nhịp tim

❖ Xác định nhịp tim bằng ống nghe

Bác sĩ thường đeo ống nghe vào hai lỗ tai Trong mỗi chu kỳ chuyển tim

sẽ nghe được hai tiếng: tiếng thứ nhất nghe trầm dài, tiếng thứ hai nghe thanh và gọn hơn

• Tiếng Tim bình thường: tiếng thứ nhất cách tiếng thứ hai bởi một khoảng nghỉ ngắn, tiếng thứ hai cách tiếng thứ nhất của chu chuyển sau bằng một

khoảng nghỉ dài Tiếng thứ nhất xem như đồng thời với tiếng mạch đập, tức là mở đầu thì tâm thu Tiếng thứ hai tương ứng với lúc mạch chìm,

mở đầu thì tâm trương

• Sự thay đổi tiếng Tim

• Phương pháp xác định nhịp tim bằng ống nghe bác sĩ có thể xác định được nhịp tim bình thường hoặc có sự thay đổi về cường độ hay thay đổi

về nhịp để xác định được tình trạng của bệnh nhân đó ở mức độ nào để cho những chẩn đoán điều trị phù hợp

❖ Điện tâm đồ (ECG) và siêu âm tim

• Phương pháp điện tâm đồ (ECG)

o Điện tâm đồ ghi lại các tín hiệu điện của tim, đây là một xét nghiệm phổ biến được sử dụng để phát hiện các vấn đề và theo dõi tình trạng của tim trong nhiều tình huống Điện tâm đồ còn được gọi là ECG hoặc EKG thường được thực hiện tại phòng khám của bác sĩ hoặc bệnh viện Điện tâm đồ đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong phòng mổ và trên xe cứu thương

o Điện tâm đồ là một xét nghiệm không xâm lấn, không gây đau và cho kết quả nhanh Trong điện tâm đồ, các điện cực dùng để phát hiện hoạt động điện của tim được gắn vào ngực và đôi khi gắn vào chân Các điện cực cảm biến này thường được giữ trong vài phút

o Sau khi đo bác sĩ sẽ biết được nhịp tim, biết lưu lượng máu đến cơ tim

và dùng nó để chẩn đoán các bệnh về tim mạch

• Phương pháp siêu âm tim

o Siêu âm tim là sử dụng sóng âm thanh để tạo ra hình ảnh của tim Phương pháp này cho phép bác sĩ quan sát cách tim đập và bơm máu Bác sĩ có thể sử dụng hình ảnh từ siêu âm tim để xác định bệnh tim

o Bác sĩ sẽ di chuyển đầu dò qua lại trên ngực và sóng âm thanh tạo ra hình ảnh của tim được ghi lại trên một màn hình quan sát

o Bác sĩ có thể sử dụng xét nghiệm bằng sóng âm để quan sát cấu trúc tim

và kiểm tra xem tim hoạt động như thế nào Xét nghiệm này giúp bác sĩ

tìm ra: Kích thước và hình dạng của tim, kích thước, độ dày và chuyển động của các thành tim, cách tim chuyển động, Sức bơm của tim, các van tim có hoạt động bình thường không, có máu rò rỉ ngược qua van tim không, van tim có bị hẹp không, có một khối u hoặc khối viêm nhiễm xung quanh van tim không

❖ Phương pháp đo nhịp tim Oscillometric

Phương pháp này sử dụng một bao khí có gắn sensor đo, quấn quanh bắp tay của người cần đo, bắp tay nơi quấn bao khí phải được đặt ngang tim Trước tiên bao khí được bơm căng lên để áp suất trong bao cao khoảng 180mmHg, với người cao tuổi có thể phải bơm lên cỡ 200mmHg Lúc này động mạch được bao khí chẹn lại, máu không chảy được trong động mạch ở chỗ bị quấn bao khí Tiếp theo người ta xả từ từ xả khí trong bao ra Khi áp suất trong bao lớn hơn huyết áp cao nhất trong máu thì không thể lưu thông trong động mạch Chỉ khi áp suất trong bao cân bằng với áp suất của máu trong động mạch thì trong mạch máu mới được lưu thông và lúc này áp suất trong bao khí bắt đầu thay đổi theo nhịp đập của tim Chu kì thay đổi của tín hiện điện này đúng bằng chu kì của nhịp tim Với phương pháp này nhịp tim được tính xác định bằng cách đếm số chu

kì này trong một khoảng thời gian nhất định sau đó chia cho khoảng thời gian đếm Phương pháp này tuy đơn giản nhưng độ chính xác sẽ không cao nếu đếm trong thời gian không đủ lớn

❖ Đo nhịp tim áp dụng phương pháp đo quang

• Có một phương pháp có thể nhận tín hiệu đồng bộ với xung của nhịp tim

mà không làm ảnh hưởng tới sự lưu thông của máu tại nơi cảm biến đó dùng cảm biến quang học Tim co bóp máu sẽ được đẩy đi khắp cơ thể, khi tim giãn ra máu được dồn vào trong nó khiến cho áp suất của máu trong động mạch giảm đi Khi tim co lại áp suất trong động mạch tăng lên Chính sự tăng giảm áp suất này sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua mạch máu thì cường độ ánh sáng sau khi qua mạch sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp

tim Khi tim giãn ra, áp suất máu nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào,

áp suất máu lớn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn

• Bố trí một photodiode để nhận ánh sáng sau khi truyền qua động mạch thì ta có thể nhận được tín hiện biến thiên đồng bộ của nhịp tim

2.3 Tín hiệu SpO2

2.3.1 Sự cần thiết của oxy trong máu

• Oxy thường được gọi là dưỡng khí, một trong những chất duy trì sự sống Oxy sẵn trong tự nhiên với hàm lượng lớn, chiếm 20 -21% thể tích không khí nhưng không phải cơ thể ai cũng đủ oxy Oxy vào cơ thể ta còn phụ thuộc vào sự tiếp nhận của phổi, vận chuyển của máu, thông suốt của mạch máu, khả năng làm việc của tim Các bệnh cấp tính, mãn tính ở phổi đều

ít nhiều ảnh hưởng đến sự tiếp nhận oxy của phổi Khả năng vận chuyển oxy của máu trong điều kiện áp suất không khí bình thường phụ thuộc vào hemoglobin có trong hồng cầu

• Khi thiếu máu, phương tiện vận chuyển oxy này bị giảm thiểu, có khi tuy

đủ lượng hemoglobin nhưng khả năng vận chuyển oxy của nó giảm, đó là trường hợp khi cơ thể bị ngộ độc các chất gây methemoglobin

• Những ảnh hưởng của sự thiếu ôxy máu còn ít được bàn đến và thiếu sự vận động của chức năng Tuy nhiên khi thiếu oxy máu có thể là nguyên nhân tử vong vì không đủ oxy vận chuyển từ máu đến cho mô trong cơ thể Mô nhạy cảm nhất với sự thiếu oxy máu trong cơ thể là não Tình trạng xuất hiện khi não không nhận đủ oxy gọi là thiếu oxy não Chỉ cần 5 phút thiếu oxy là tế bào não đã bị chết Nếu thiếu oxy trong một thời gian dài thì có thể dẫn đến: hôn mê, những cơn tai biến thậm chí là chết não Trong chết não, những chức năng sống cơ bản như thở, huyết áp, chức năng tim có thể vẫn còn nhưng hoàn toàn bất tỉnh và không đáp ứng với thế giới xung quanh Có 4 mức độ của sự thiếu oxy đó là thiếu oxy do phù, thiếu oxy mô hypemic, thiếu oxy mô nhiễm độc mô và thiếu oxy mô do

thiếu oxy Thiếu oxy do ứ trệ tuần hoàn xảy ra khi dòng máu đến một vùng trong cơ thể bị tắc nghẽn và ngừng cung cấp oxy

2.3.2 Sự vận chuyển oxy trong máu

Phân áp oxy trong máu động mạch là 95 mmHg, thể tích oxy được vận chuyển là 19,8 O2/dl máu ở dưới hai dạng: dạng hoà tan và dạng kết hợp với hemoglobin Trong đó dạng kết hợp với Hb là 19,5 ml chiếm 97% thể tích oxy chở được

• Dạng hòa tan: Bình thường PO2 máu động mạch 95 mmHg thì có khoảng 0,3 ml oxy tan trong 100ml máu trong đó có 0,17 ml nhường cho mô, so với 5 ml do Hb đem đến cho mô thì quá ít Lượng oxy hoà tan tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần oxy phế nang

• Dạng kết hợp với hemoglobin: Đây là dạng vận chuyển chủ yếu của O2 ở trong máu Hemoglobin vận chuyển O2 bằng cách gắn O2 vào nguyên tử Fe++ của nhân Hem tạo nên Oxyhemoglobin (HbO2) Phản ứng gắn này rất lỏng lẻo nên O2 có thể gắn vào hoặc tách ra dễ dàng:

Hb + O2  > HbO2

1 gam Hb có thể vận chuyển 1,34 ml O2

• Trong 100 ml máu có khoảng 15 gam Hb nên 100 ml máu có thể vận chuyển tối đa 20 ml O2, nhưng thực tế chỉ có khoảng 97 Hb kết hợp với O2, tức là có khoảng 19,5ml O2 được Hb vận chuyển trong máu động mạch Ở phổi PO2 cao, oxy kết hợp thành HbO2, đến mô PO2 thấp, oxy lại tách khỏi hemoglobin

• Như vậy, ngoài chức năng vận chuyển oxy, hemoglobin còn có chức năng đệm oxy giúp PO2 trong máu không bị biến động, mặc dù PO2 phế nang thay đổi lớn

2.3.3 Nồng độ bão hòa oxy trong máu (SpO2)

• Khi chúng ta hít thở, oxy sẽ vào phổi Thành phần quan trọng nhất của máu là Hb sẽ vận chuyển oxy từ phổi đến các nơi cần thiết trong cơ thể

để đảm bảo sự sống Sự vận chuyển đó xảy ra khi Hb kết hợp với oxy

thành HbO2 Tỷ lệ HbO2/ (HbO2+Hb) gọi là độ bão hòa oxy trong máu SpO2, nói cách khác là tỷ lệ hb của máu kết hợp với oxy

• Hemoglobin (Hb): Hemoglobin là những protein hình cầu Hemoglobin

là các Protein tạp thuộc nhóm chromoprotein có nhóm ngoại là Hem (porphyrin) Protein này có chức năng cực kỳ quan trọng trong cơ thể người, chúng là sắc tố hô hấp và làm nhiệm vụ vận chuyển khí và máu

• Hypoxia và hypoxaemia: Hypoxia là tình trạng giảm oxy ở mô bình thường, còn hypoxaemia là tình trạng giảm oxy của máu bình thường

• SPO2 và SaO2

o SaO2: SaO2 là độ bão hòa oxy trong máu (Saturation of oxygen)

o SpO2 là độ bão hòa oxy trong máu đo ở vùng ngoại biên (Saturation of peripheral oxygen) và thông thường thuật ngữ SpO2 hay được đề cập đến nhiều hơn đồng thời thiết bị đo oxy dạng xung nhịp sẽ hiển thị dạng tín hiệu của SpO2

• Cả oxyhemoglobin và hemoglobin đều hấp thụ ánh sáng đỏ với bước sóng là 660nm và ánh sáng hồng ngoại có bước sóng là 940nm và cả hai đều tồn tại trong mạch máu

• Độ bão hòa oxy trong máu: Máu trong cơ thể người mang oxy theo hai cách: Hòa tan dưới dạng chất dịch trong máu hay gọi là huyết tương và kết hợp với hemoglobin

o Lượng oxy ở dạng chất dịch 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 hưởng đến lượng oxy cung cấp: dịch truyền mô, lượng hemoglobin, sự bão hòa hemoglobin bởi oxy

o Nếu mọi phân tử hemoglobin kết hợp với một phân tử oxy thì toàn bộ hemoglobin trong cơ thể bão hòa hoàn toàn (100% bão hòa) Khi hít thở không khí (21% oxy), lượng oxy này là rất ít để hemoglobin được bão hòa hoàn toàn Nhưng ái lực của hemoglobin với oxy là rất cao nên gây

ra sự bão hòa gần như là hoàn toàn trong máu (khoảng 97%)

o Khi hemoglobin không mang oxy tới các mô (mức mao dẫn), sự bão hòa hemoglobin trong mao dẫn tăng dần Thông thường sự bão hòa trong tĩnh mạch vào khoảng 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: 95% – 98% và mức thở kém 85%-90%

là rất thấp Nếu oxyhemoglobin thấp (dưới 90%) thì không đủ lượng oxy cung cấp cho cơ thể

• Chỉ số đo nồng độ oxy trong máu

Lượng oxy trong máu đo được ở khoảng: 97% – 99% là lượng oxy trong máu tốt

Lượng oxy trong máu đo được ở khoảng: 94% – 96% là lượng oxy trong máu bình thường

Lượng oxy trong máu đo được ở khoảng: 90% – 93% lượng oxy trong máu thiếu

2.3.4 Các phương pháp đo độ bão hòa oxy trong máu

❖ Co-oximetry

• Co-oximetry: đo trên từng mẫu máu riêng lẻ Là một quang phổ kế đo được nhiều độ dài sóng Nhờ vậy máy đo được tất cả các loại hemoglobin: O2Hb, RHb, MetHb, COHb và SulfHb

SaO2: độ bão hòa oxy trong máu động mạch: 97 ± 2%

FO2Hb: độ bão hòa oxy trong máu động mạch: 0,96 ± 0,02 SvO2: độ bão hòa oxy trong máu tĩnh mạch: 75%

❖ Pulse oximetry

• Pulse oximetry: là một quang phổ kế đo được hai bước sóng λ = 660nm

và λ = 940nmm và có khả năng đo thể tích (plethysmographic) Nhờ sự thay đổi trong việc hấp thu ánh sáng mỗi khi có sự thay đổi thể tích do nhịp mạch người ta có thể xác định được tỉ lệ của O2Hb và RHb

o Nguyên tắc cơ bản của Pulse oximetry là phân biệt được máu động mạch có nhịp mạch với máu của tĩnh mạch và mao mạch Bình thường

nếu có sự thay đổi trong hấp thụ ánh sáng theo nhịp mạch thì đó là do máu động mạch

o SpO2 cho phép đánh giá khuynh hướng thay đổi độ bão hòa oxy của Hb máu trong động mạch (SaO2) một cách liên tục và đáng tin cậy

o Tuy nhiên Pulse oximetry cũng có một số giới hạn:

Chỉ phân biệt được dạng gắn oxy (HbO2) và không gắn oxy (RHb) của hemoglobin

Các hemoglobin khác như carboxyhemoglobin (COHb), bin (MetHb) và hemoglobin thai nhi (HbF) có thể làm giảm tính chính xác của máy vì máy không thể phân biệt được

methemoglo-Các chất nhuộn như: methylene blue, indocyanine green và mine cũng gây ảnh hưởng lên SpO2

indigocar-Khi Hct < 10% thì độ chính xác SpO2 không còn nữa

❖ Fiberoptic oximetry

• Fiberoptic oximetry: Máy đo độ bão hòa oxy quang học, được đặt trong động mạch phổi Đo được SvO2 liên tục

2.4 Tín hiệu điện cơ (EMG)

2.4.1 Tín hiệu điện cơ

• Electromyograpy (EMG) là tín hiệu điện từ cơ bắp, được điều khiển bởi hệ thống thần kinh và được tạo ra trong quá trình co cơ Tín hiệu đại diện cho các đặc tính giải phẫu và sinh lý của cơ bắp Tín hiệu EMG là hoạt động điện của các đơn vị vận động của cơ, bao gồm hai loại: EMG bề mặt và EMG tiêm bắp Bề mặt EMG và tín hiệu EMG tiêm bắp được ghi lại bằng các điện cực không xâm lấn và điện cực xâm lấn

• Vì hoạt động EMG được đo bằng microvolts liên quan tuyến tính với lượng

co cơ cũng như số lượng cơ bị co lại, hay nói cách khác sự co cơ càng mạnh

và số lượng cơ được kích hoạt càng cao, điện áp được ghi lại càng cao

• Tín hiệu điện cơ có thể được sử dụng cho các ứng dụng lâm sàng, y sinh, như một công cụ chẩn đoán bao gồm các bệnh về: thần kinh cơ, đánh giá đau thắt lưng, rối loạn điều khiển vận động Tín hiệu điện cơ thu được từ cơ

bắp đòi hỏi các phương pháp tiên tiến để phát hiện, phân tách, xử lý và phân loại Các ứng dụng liên quan đến điều khiển tay giả, nhận dạng nắm bắt và tương tác máy tính của con người

• Tín hiệu EMG là tín hiệu y sinh đo dòng điện được tạo ra trong cơ bắp trong quá trình co bóp đại diện cho các hoạt động thần kinh cơ Hệ thống thần kinh luôn kiểm soát các hoạt động cơ bắp Do đó, tín hiệu EMG là một tín hiệu phức tạp, được điều khiển bởi hệ thống thần kinh và phụ thuộc vào đặc tính giải phẫu và sinh lý của cơ bắp Tín hiệu nhiễu EMG thu khi đi qua các mô khác nhau Máy dò EMG, đặc biệt nếu nó ở trên bề mặt da, thu thập các tín hiệu từ các đơn vị vận động khác nhau tại một thời điểm có thể tạo ra sự tương tác của các tín hiệu khác nhau

• Phát hiện tín hiệu EMG với các phương pháp mạnh mẽ và tiên tiến đang trở thành một yêu cầu rất quan trọng trong kỹ thuật y sinh Lý do chính cho sự quan tâm trong phân tích tín hiệu EMG là trong chẩn đoán lâm sàng và ứng dụng y sinh Lĩnh vực quản lý và phục hồi khuyết tật vận động được xác định

là một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng Hình dạng và tốc độ của

là tiềm năng tác động của đơn vị vận động trong tín hiệu EMG cung cấp một nguồn thông tin quan trọng để chẩn đoán rối loạn thần kinh cơ Khi đã có sẵn các thuật toán và phương pháp thích hợp để phân tích tín hiệu EMG, bản chất, đặc điểm của tín hiệu có thể được hiểu đúng và việc triển khai phần cứng có thể được thực hiện cho các ứng dụng liên quan đến tín hiệu EMG khác nhau

• Biến đổi Wavelet rất phù hợp với các tín hiệu không cố định như EMG Cách tiếp cận tần số thời gian sử dụng WVD trong phần cứng có thể cho phép một công cụ thời gian thực có thể được sử dụng để luyện tập các đơn vị cơ cụ thể trong các tình huống phản hồi sinh học Các phương pháp thống kê bậc cao

có thể được sử dụng để phân tích tín hiệu EMG do các thuộc tính duy nhất của HOS được áp dụng cho chuỗi thời gian ngẫu nhiên Phổ bispectrum có

ưu điểm là khử nhiễu Gaussian cũng có thể được sử dụng

2.4.2 Phương pháp phát hiện tín hiệu EMG

EMG là nghiên cứu về các tín hiệu điện cơ EMG đôi khi được gọi là hoạt động điện cơ Mô cơ dẫn điện thế tương tự như cách các dây thần kinh và tên được đặt cho các tín hiệu điện này là tiềm năng hoạt động của cơ Surface EMG là một phương pháp ghi lại thông tin có trong các tiềm năng hành động

cơ bắp này Khi phát hiện và ghi lại tín hiệu EMG, có hai vấn đề quan tâm chính ảnh hưởng đến độ trung thực của tín hiệu Đầu tiên là tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm Đó là tỷ lệ năng lượng trong tín hiệu EMG so với năng lượng trong tín hiệu nhiễu Nhiễu được định nghĩa là tín hiệu điện không phải là một phần của tín hiệu EMG mong muốn Vấn đề khác là sự biến dạng của tín hiệu, có nghĩa là không nên thay đổi sự đóng góp tương đối của bất kỳ thành phần tần số nào trong tín hiệu EMG

Hai loại điện cực đã được sử dụng để thu được tín hiệu cơ: điện cực xâm lấn và điện cực không xâm lấn Khi EMG được thu nhận từ các điện cực gắn trực tiếp trên da, tín hiệu là tổng hợp của tất cả các tiềm năng tác động của sợi cơ xảy ra trong các cơ bên dưới da Những tiềm năng hành động xảy ra trong khoảng thời gian ngẫu nhiên Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào, tín hiệu EMG có thể là điện áp dương hoặc âm Điện thế hoạt động của sợi cơ riêng

lẻ đôi khi có được bằng cách sử dụng điện cực dây hoặc kim đặt trực tiếp vào cơ Sự kết hợp giữa các tiềm năng tác động của sợi cơ từ tất cả các sợi

cơ của một đơn vị vận động là tiềm năng tác động của đơn vị vận động có thể được phát hiện bởi một điện cực bề mặt da (không xâm lấn) nằm gần trường này hoặc bằng kim điện cực (xâm lấn) chèn vào cơ

Tín hiệu được thu tại điện cực và khuếch đại Thông thường, một bộ khuếch đại vi sai được sử dụng như một bộ khuếch đại giai đoạn đầu tiên Các giai đoạn khuếch đại bổ sung có thể làm theo Trước khi được hiển thị hoặc lưu trữ, tín hiệu có thể được xử lý để loại bỏ nhiễu tần số thấp hoặc tần

số cao hoặc các tạo tác có thể khác Thông thường, ta quan tâm đến biên độ của tín hiệu Do đó, tín hiệu thường xuyên được chỉnh lưu và lấy trung bình

ở một số định dạng để biểu thị biên độ EMG

Hệ thống thần kinh là cả hệ thống kiểm soát và thông tin liên lạc của cơ thể Hệ thống này bao gồm một số lượng lớn các tế bào được kết nối dễ bị kích thích gọi là tế bào thần kinh giao tiếp với các bộ phận khác nhau của cơ thể bằng các tín hiệu điện, rất nhanh và cụ thể Hệ thống thần kinh bao gồm

ba phần chính: não, tủy sống và các dây thần kinh ngoại biên Các tế bào thần kinh là đơn vị cấu trúc cơ bản của hệ thống thần kinh và thay đổi đáng

kể về kích thước và hình dạng Tế bào thần kinh là những tế bào chuyên biệt cao thực hiện các thông điệp dưới dạng xung thần kinh từ bộ phận này sang

Mô cơ có bốn chức năng chính: tạo ra chuyển động, chất chuyển động trong cơ thể, cung cấp sự ổn định và tạo nhiệt Ba loại mô cơ có thể được xác định dựa trên cấu trúc, tính chất co bóp và cơ chế kiểm soát: cơ xương,

cơ trơn và cơ tim EMG được áp dụng để nghiên cứu về cơ xương Các mô

cơ xương được gắn vào xương và sự co lại của nó chịu trách nhiệm hỗ trợ

và di chuyển bộ xương Sự co thắt của cơ xương được bắt đầu bởi các xung trong tế bào thần kinh đến cơ và thường được kiểm soát tự nguyện Các sợi

cơ xương được cung cấp tốt với các tế bào thần kinh cho sự co lại của nó Loại tế bào thần kinh đặc biệt này được gọi là "tế bào thần kinh vận động"

và nó tiến gần đến mô cơ, nhưng không thực sự được kết nối với nó Một nơron vận động thường cung cấp sự kích thích cho nhiều sợi cơ

Cơ thể con người nói chung là trung tính về điện, nó có cùng số điện tích dương và âm Nhưng ở trạng thái nghỉ, màng tế bào thần kinh bị phân cực

do sự khác biệt về nồng độ và thành phần ion trên màng plasma Một sự khác biệt tiềm năng tồn tại giữa các chất lỏng trong tế bào và ngoài tế bào của tế bào Để đáp ứng với một kích thích từ tế bào thần kinh, một sợi cơ khử cực