Nghiên cứu thiết kế mạch đo cung lượng tim (CO) và các thông số huyết động bằng phương pháp trở kháng ngực không can thiệp

-------- NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM CO VÀ CÁC THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUY



NGUYỄN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM (CO)

VÀ CÁC THÔNG SỐ HUYẾT ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP

TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hà N ội - 2019

LỜI CAM ĐOAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



NGUYỄN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO CUNG LƯỢNG TIM (CO)

TRỞ KHÁNG NGỰC KHÔNG CAN THIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

ội - 2019

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tự làm và nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo trong nước và nước ngoài Những tài liệu tham khảo này đã được trích dẫn và liệt kê trong mục tài liệu tham khảo

Hà Nội, ngày tháng……năm 2019

Học viên

Nguyễn Thành Trung

TRANG BÌA PHỤ 2

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

LỜI NÓI ĐẦU 11

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 12

1.1 Đặt vấn đề 12

1.2 Cơ sở lý thuyết 13

1.2.1 Giải phẫu học của tim 13

1.2.2 Chu trình hoạt động của tim 15

1.3 Thông số cung lượng tim 17

1.3.1 Khái niệm về cung lượng tim 17

1.3.2 Các thông số ảnh hưởng tới giá trị cung lượng tim 18

1.3.3 Vai trò của cung lượng tim trong y họ 22

1.4 Các phương pháp đo cung lượng tim 22

1.4.1 Phương pháp Fick 23

1.4.2 Phương pháp pha loãng chất chỉ thị màu 24

1.4.3 Phương pháp pha loãng nhiệt 25

1.4.4 Phương pháp PiCCO 27

1.4.5 Phương pháp siêu âm Doppler 27

1.4.6 Phương pháp cộng hưởng từ 29

1.4.7 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực (ICG) 29

1.4.8 So sánh các phương pháp đo cung lượng tim 31

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO CO-ICG 36

2.1 Tổng quan về phương pháp ICG 36

2.1.1 Giới thiệu 36

2.1.2 Yêu cầu dòng điện cấp cho vùng ngực 38

2.1.3 Các cách đặt điện cực 39

2.2 Phân tích tín hiệu ICG 41

2.2.1 Xác định các điểm quan trọng trên tín hiệu tim đồ trở kháng ngực 41

2.2.2 Các thông số huyết động tính được từ ICG 43

2.2.3 Các công thức tính thể tích nhát bóp SV 46

2.3 Phương pháp đo 48

2.3.1 Phân tích các yêu cầu đo 48

2.3.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt khi đo 56

Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CUNG LƯỢNG TIM KHÁC 57

3.1 Phương pháp đo cung lượng tim PiCCO 57

3.1.1 Chỉ định và ưu nhược điểm của phương pháp PiCCO 57

3.1.2 Cấu tạo một thiết bị PiCCO 58

3.1.3 Nguyên lý hoạt động của phương pháp PiCCO 59

3.1.4 Cơ chế đo của phương pháp PiCCO 61

3.1.5 Quy trình thực hiện phương pháp PiCCO 62

3.2 Phương pháp đo cung lượng tim bằng Siêu âm Doppler 63

3.2.1 Ứng dụng siêu âm Doppler trong chẩn đoán tim mạch 63

3.2.2 Thiết bị đo cung lượng tim USCOM 65

3.3 Phương pháp đo cung lượng tim bằng kỹ thuật cộng hưởng từ 69

Chương 4 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÝ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ TRONG MẠCH ĐO CO-ICG 71

4.1 Khối tiền khuếch đại 71

4.1.1 Thiết kế 71

4.1.2 Đánh giá kỹ thuật 72

4.1.3 Kết quả đo 72

4.2 Khối lọc thông dải 80 - 120 KHz 73

4.2.1 Thiết kế 73

4.2.2 Đánh giá kỹ thuật 74

4.3 Khối giải điều chế bình phương 74

4.3.1 Thiết kế 74

4.3.2 Đánh giá kỹ thuật 77

4.4 Khối phân tách Z 0 , ∆Z 78

4.4.1 Thiết kế 78

4.4.2 Đánh giá kỹ thuật 79

4.4.3 Kết quả đo 80

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

Ký hiệu Ý nghĩa

AC/DC Nguồn AC/DC

ACI Chỉ số gia tốc bơm máu

ADC Bộ chuyển đổi tương tự số

BSA Diện tích bề mặt cơ thể

CI Chỉ số cung lượng tim

CMNR Tỷ số nén mode chung

CO Cung lượng tim

CSA Diện tích mặt cắt ngang mà búp sóng siêu âm chiếu tới CT-Scanner Chụp cắt lớp điện toán

CVP Áp lực tĩnh mạch trung ương

ECG Tín hiệu điện tim đồ

EDV Thể tích máu tâm trương

EPCI Chỉ số co bóp trong giai đoạn tống máu

ESV Thể tích máu tâm thu

HI Chỉ số hiệu năng co bóp của tim

HPF Bộ lọc thông cao

ICG Trở kháng ngực

LCW Công cơ trái

LCWI Chỉ số công cơ trái

LPF Bộ lọc thông thấp

LVET Khoảng thời gian thất trái thu

MAP Áp lực trung bình động mạch

MSER Tốc độ trung bình tâm thu

NICO Đo cung lượng tim không xâm lấn

PAOP Áp lực mao mạch phổi bít

PECI Chỉ số co bóp trong giai đoạn tống máu

PEP Thời gian tiền tống máu

QRS Phức bộ QRS của tín hiệu điện tim

SI Chỉ số nhát bóp

SNR Tỷ số tín hiệu nhiễu

STI Thời gian tâm thu

SV Thể tích nhát bóp

SVR Sức cản mạch hệ thống

SVRI Chỉ số sức cản mạch hệ thống TFC Tổng lượng chất lỏng

VCCS Nguồn dòng điều khiển bằng áp VEPT Khối lượng mô tham gia khử cực VET Thời gian tống máu tâm thất

VI Chỉ số tốc độ bơm máu

Bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Các nguyên nhân dẫn đến sự tăng và giảm của cung lượng tim 21 Bảng 1.2 So sánh các tiêu chí của các phương pháp đo cung lượng tim hiện nay 32 Bảng 1.3 So sánh một số tiêu chí của các phương pháp chẩn đoán bệnh về tim 34 Bảng 3.1 Các thông số đo được nhờ phương pháp PiCCO 59 Bảng 3.2 Những rối loạn chức năng tim thường gặp phát hiện bằng siêu âm 67

Hình vẽ,

đồ thị

Hình 1.2 Trình tự dẫn truyền xung động ở các vùng của tim 16 Hình 1.3 Quan hệ giữa Cung lượng tim (CO) và Nhịp tim (HR) 19 Hình 1.4 Biểu đồ mô tả khả năng co bóp của cơ tim tương ứng với tình trạng

hoạt động

20

Hình 1.5 Sự ảnh hưởng của áp suất cuối kì tâm trương tới giá trị CO 21

Hình 1.11 Đường cong thay đổi trở kháng ngực ∆Z và tốc độ thay đổi trở kháng

dZ/dt

31

Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống đo tim đồ trở kháng ngực 37

Hình 2.5 Tim đồ trở kháng ngực ICG cùng các tín hiệu ECG và PCG 41 Hình 2.6 Xác định điểm B và điểm X để tính LVET trong ICG 42

Hình 2.8 Sơ đồ khối mạch xử lý tín hiệu tương tự và nguồn dòng 52

Hình 3.3 Đo tốc độ dòng máu dựa trên nguyên lý siêu âm Doppler 63

Hình 3.5 Thiết bị đo cung lượng tim bằng siêu âm Doppler của Hãng USCOM 66 Hình 3.6 Đồ thị xu hướng thay đổi thông số huyết động theo thời gian 66 Hình 3.7 Đo cung lượng tim bằng phương pháp siêu âm qua đường thực quản 67

Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế mạch tiền khuếch đại 72 Hình 4.2 Kết quả đo tín hiệu đầu ra mạch tiền khuếch đại 73

Hình 4.4 Kết quả đáp ứng tần số của mạch lọc thiết kế 74

Hình 4.11 Kết quả đáp ứng tần số của mạch phần tách Z0 thiết kế 80

Các bệnh lý về tim mạch được mệnh danh là những “kẻ sát nhân thầm lặng” Diễn biến trong âm thầm chính là điều làm nên sự nguy hiểm của bệnh Vì vậy, việc nhận biết sớm các dấu hiệu của bệnh tim mạch cũng chính là bảo vệ cho bản thân và người thân trong gia đình bạn tránh những biến chứng nguy hiểm Vấn đề cấp thiết đặt ra ở đây là phải có thiết bị chẩn đoán bệnh sớm, nhanh gọn, chính xác và mang lại hiệu quả cao Do

đó, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mạch đo cung lượng tim (CO) và các thông

số huyết động bằng phương pháp trở kháng ngực không can thiệp” để nghiên cứu và làm

luận văn tốt nghiệp

Bản luận văn gồm có ba chương sau:

Chương 1 Cơ sở lý thuyết chung

Chương 2 Phương pháp đo CO-ICG

Chương 3 Các phương pháp đo cung lượng tim khác

Chương 4 Thiết kế khối xử lý tín hiệu tương tự trong mạch đo CO-ICG

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Duy Hải đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình thực hiện bản luận văn này Đồng thời tác giả xin được cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ điện tử và Kỹ thuật y sinh

- Viện Điện tử Viễn thông - Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn học viên khác đã đưa ra những ý kiến, đóng góp quý báu để bản luận văn này được hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày 27 tháng 09 năm 2019

Học viên

Nguyễn Thành Trung

ra, bệnh tim mạch cũng tiêu tốn chi phí chăm sóc và điều trị hàng ngàn tỉ đồng mỗi năm (nguồn trích dẫn: VTC news) Có nhiều nguyên nhân dẫn đến nguy cơ bệnh tim mạch chẳng hạn như tăng huyết áp, rối loạn chuyển hóa máu, đái tháo đường Typ2, tăng Protein C, tiền sử gia đình, hút thuốc, lo lắng, stress… Để hỗ trợ chẩn đoán chuyên sâu về các bệnh tim mạch, ngoài điện tim đồ và nhịp tim, các bác sỹ còn phải dựa vào các tham số huyết động như: Thể tích nhát bóp của tim SV (Stroke Volume),

Cung lượng tim CO (Cardiac Output) Cung lượng tim chịu ảnh hưởng bởi hai chỉ số

là Nhịp tim HR (Heart Rate) và SV Thông số CO và các thông số huyết động khác sẽ cho phép bác sĩ phân loại được cụ thể nguyên nhân gây ra một bệnh lý tim mạch bất

kì, đặc biệt là các bệnh lý xuất phát từ tình trạng thiếu máu cục bộ và huyết áp cao hay nhồi máu cơ tim

Ngoài ra, việc đo lường và theo dõi thông số CO liên tục cũng sẽ hỗ trợ rất nhiều cho bác sĩ khi điều trị bệnh nhân trong những trường hợp cấp cứu Ví dụ khi bệnh nhân đang suy tim hay chỉ số cung lượng tim thấp, bác sĩ sẽ không thể tiến hành mổ ngay cho bệnh nhân được vì khi đó bệnh nhân sẽ bị mất máu, tim đã yếu sẽ càng yếu hơn Việc theo dõi liên tục thông số CO cũng cho phép bác sĩ đưa ra phác đồ điều trị thích hợp hơn Tương tự trong trường hợp hồi sức, bác sĩ cũng cần điều trị cho tim

bệnh nhân hoạt động trở lại bình thường sau khi mổ

Có thể thấy rằng, thông số CO là một thông số quan trọng trong việc chẩn đoán

và điều trị bệnh tim mạch, đặc biệt trong hồi sức cấp cứu tim mạch Hiện nay có một

số phương pháp đo lường và theo dõi thông số CO Các phương pháp này được phân thành hai loại chính đó là phương pháp đo can thiệp (xâm lấn) và phương pháp đo không can thiệp (không xâm lấn)

1 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT [1, 2, 3, 4, 5, 6]

1.2.1 Giải phẫu học của tim

Tim có chức năng là bơm máu liên tục trong suốt cuộc đời con người, có kích thước trung bình nặng khoảng 400 g và tương đối nhỏ so với những cơ quan khác trong cơ thể Hệ thống cơ tim muốn hoạt động cần phải có những xung được truyền từ

hệ thống điện của tim Tốc độ và sức co bóp của tim phụ thuộc vào các yếu tố hóa học như oxy, epinephrine và acetacholine

Tim nằm ở trung thất, ngay phía sau xương ức, phía bên trái lồng ngực và nằm ngay phía trên cơ hoành Mỏm tim nằm ở đáy tim hướng về phía bên trái, gần khoảng liên sườn thứ 5 Tim hơi quay về phía trước, do đó phần sau của tim hơi nghiêng sang bên phải Khi nhìn phía trước hoặc phía bên của tim ta sẽ thấy chủ yếu là tâm thất trái Như vậy ví dụ như khi nói rằng nhồi máu cơ tim vùng trước bên thì có nghĩa là nó ảnh hưởng chủ yếu ở tâm nhĩ trái

Tim bao gồm các tế bào cơ chuyên biệt (chiếm đa số) và các tế bào điện Cơ tim đập khoảng 100.000 lần và bơm 7.500 lít máu mỗi ngày Không thể nghỉ trong thời gian quá 2/3 giây, cơ tim phụ thuộc vào độ tập trung các ty lạp thể cao trong mỗi tế bào với lượng cung cấp oxy dồi dào để tạo ra năng lượng liên tục Các tế bào lấy khoảng 70% lượng oxy chứa trong các động mạch vành, nhiều hơn bất kỳ cơ quan nào khác của cơ thể và bất kể nhịp tim như thế nào

Trên Hình 1.1 mô tả giải phẫu học của tim và các đường đi của máu nuôi cơ thể (đã làm giàu oxy) theo động mạch chủ và máu trở về tim (nghèo oxy) theo các tĩnh mạch Chức năng theo từng bộ phận của tim có thể nêu vắn tắt như dưới đây

Hình 1.1 Giải phẫu học của tim

- Bu ồng 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 từ 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 Độ dày của các thành tim ở các buồng thay đổi tùy theo chức năng của nó Thành cơ tim thất trái dày gấp hai đến bốn lần thành thất phải, do nó phải bơm máu với áp lực cao hơn để thắng sức cản lớn của tuần hoàn hệ thống Năng lượng cần thiết cho sự chuyển động của máu xuất phát từ thành cơ tim

- Các l ớp của tim:

Tim được bao bọc bởi 2 lớp bảo vệ Lớp bên ngoài gọi là lớp ngoại tâm mạc, phủ bên ngoài cơ tim Nó tự gấp vào chính nó tại động mạch chủ để tạo thành bề mặt thượng tâm mạc của tim Giữa hai lớp này là một lượng dịch nhỏ làm cho các bề mặt của chúng không dính lại với nhau Nếu lớp màng này bị viêm (viêm ngoại tâm mạc) thì mặt trong của 2 lớp ngoại tâm mạc này sẽ dính vào với nhau, gây ra ma sát và đau

Sự cọ sát giữa hai lớp sẽ tạo ra một âm ngắn xảy ra ở kỳ tâm thu tương tự như tiếng cọ của hai miếng cao su hoặc 2 miếng da thuộc vào với nhau Ngoài ra, một lượng dịch tương đối nhỏ tích tụ bên trong túi ngoại tâm mạc này có thể làm cản trở khả năng co bóp của tim Hiện tượng này được gọi là hiện tượng chèn ép tim (Cardiac Tamponade)

và có thể dẫn đến luồng máu đi ra khỏi tim ít hoặc không có Lớp thượng tâm mạc tạo thành lớp ngoài của tim, còn cơ tim tạo thành lớp giữa của tim và nội tâm mạc là lớp trong cùng của tim Các động mạch vành là các động mạch cung cấp máu cho các tế bào của cơ tim, đi bên trong lớp thượng tâm mạc Cơ tim là lớp dày nhất của tim Lớp nội tâm mạc có mặt trong trơn láng giúp cho máu có thể lưu thông dễ dàng trong các buồng tim Các van tim là một phần của lớp nội tâm mạc

- Cá c động mạch vành:

Tim được cấp máu chủ yếu vào lúc nó nghỉ ngơi và dãn ra trong thì tâm trương Động mạch vành phải đi ra từ động mạch chủ ở phía trên van động mạch chủ chủ yếu cung cấp máu cho thất phải và nhĩ phải Nhánh động mạch vành trái chính bắt đầu từ

bờ trái của động mạch chủ đối diện với động mạch vành phải Nhánh trái chính sau đó

chia ra làm 2 động mạch: 1 - nhánh mũ bao xung quanh bề mặt tim trái và 2 - nhánh trái trước xuống chạy xuống mặt trước của tâm thất trái

- H ệ thống van tim:

Hướng chảy của máu được xác định bởi sự hiện diện của các van tim Các van tim là những lá mỏng, mềm dẽo, là tổ chức liên kết được bao quanh bởi nội tâm mạc

Van nhĩ-thất: ngăn giữa nhĩ và thất, bên trái có van hai lá, bên phải có van ba lá Nó

giúp máu chảy một chiều từ nhĩ xuống thất Các cột cơ gắn với van nhĩ-thất bởi các dây chằng Cột cơ co rút khi tâm thất co, nó không giúp cho sự đóng của van, mà nó kéo chân van về phía tâm thất, ngăn sự lồi của các lá van về tâm nhĩ trong kỳ thất co rút Nếu dây chằng bị đứt hoặc nếu một trong các cột cơ bị tổn thương, máu có thể trào

ngược về tâm nhĩ khi thất co, đôi khi gây nên rối loạn chức năng tim trầm trọng Van

bán nguyệt: giữa tâm thất trái và động mạch chủ có van động mạch chủ, van động

mạch phổi ở giữa tâm thất phải và động mạch phổi Nó giúp máu chảy một chiều từ tâm thất ra động mạch Tất cả các van đóng mở một cách thụ động, sự đóng mở tùy thuộc vào sự chênh lệch áp suất qua van Ví dụ như khi áp lực tâm nhĩ vượt quá áp lực tâm thất thì van nhĩ-thất mở ra, và máu từ nhĩ xuống thất; ngược lại khi áp lực tâm thất lớn hơn áp lực tâm nhĩ, van đóng lại, ngăn máu chảy ngược từ thất về nhĩ

1.2 2 Chu trình hoạt động của tim

- Tính d ẫn truyền của cơ tim:

Thuộc tính này có ở tất cả hai loại sợi cơ tim Điện thế động lan truyền dọc sợi cơ tạo thành một làn sóng khử cực Sóng này có thể so sánh với sóng mà chúng ta quan sát được khi ném một hòn đá xuống nước Vận tốc dẫn truyền xung động khác nhau ở các vùng của tim Ở trạng thái sinh lý, xung động từ nút xoang vào cơ nhĩ với vận tốc vừa phải từ 0,8 ÷ 1 m/s Dẫn truyền chậm lại 0,03 ÷ 0,05 m/s từ tâm nhĩ qua nút nhĩ-thất, điện thế hoạt động rất chậm ở nút nhĩ-thất, do gồm các sợi có đường kính rất nhỏ Sau đó, vận tốc tăng trong bó His từ 0,8 ÷ 2 m/s và đạt rất cao trong mạng Purkinje là 5m/s Cuối cùng chậm lại khi đi vào các sợi cơ thất, với vận tốc 0,3 ÷ 0,5 m/s Như vậy, sự dẫn truyền xung động từ nút xoang phải mất 0,15 giây để bắt đầu khử cực các tâm thất như minh họa trên Hình 1.2

- Tính nh ịp điệu của cơ tim:

Tính nhịp điệu là khả năng kế tiếp phát xung làm tim co giãn nhịp điệu đều đặn Xung động bình thường phát sinh từ nút xoang với tần số trung bình 80 lần/phút Tiếp

đó, hai tâm nhĩ 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 hẵn 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 sợi Purkinje với vận tốc lớn, do đó những sợi cơ thất được khử cực trong vòng 0,08 ÷ 0,1 giây (thời gian của sóng QRS trên ECG) Mõm tim được khử cực trước đáy tim, do đó

nó co bóp trước đáy tim, giúp dồn máu từ mõm lên phía đáy và tống máu vào các động mạch 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 Các chất dẫn truyền thần kinh hoặc các hormon, có thể làm tăng hoặc chậm nhịp tim từ nút xoang Chẳng hạn như, ở một người lúc nghỉ ngơi, acetylcholin của hệ phó giao cảm khiến nhịp tim đập khoảng

75 lần/phút Trong những trường hợp bệnh lý, nút nhĩ-thất hoặc cơ nhĩ, cơ thất cũng có thể tạo nhịp, giành lấy vai trò của nút xoang, đứng ra chỉ huy nhịp đập của tim và được gọi là ổ ngoại vị (ectopic focus), những tác nhân gây ra tình trạng này bao gồm càphê, nicotin, mất cân bằng điện giải, thiếu oxy và do tác dụng phụ của thuốc, chẳng hạn digitalis Như vậy, sự xuất hiện các ổ ngoại vị khiến nhịp tim chậm và có khi máu sẽ không đủ cho não Ở những bệnh nhân như vậy, khi cần thiết, có thể duy trì tần số tim bình thường bằng một máy tạo nhịp nhân tạo (artificial pacemaker) Ngoài ra, còn có những máy tạo nhịp theo yêu cầu, không những cho hoạt động bình thường của tim,

mà còn giúp tim thích nghi bằng cách tăng tần số lúc vận động tăng cường

Hình 1.2 Trình tự dẫn truyền xung động ở các vùng của tim

- Cá c giai đoạn của chu kì tim:

Tim đập nhịp nhàng, đều đặn, khoảng 3 tỷ lần cho một đời người Có thể chia chuỗi hoạt động này thành từng chu kỳ lập đi lập lại riêng rẽ Khoảng thời gian từ đầu của một tiếng tim này đến đầu tiếng tim khác gọi là một chu kỳ tim Trong mỗi chu kỳ tim, sự thay đổi áp lực trong trong tâm nhĩ, tâm thất, khiến chúng co và giãn, máu sẽ đi

từ vùng áp lực cao đến vùng áp lực thấp Ở thất phải thì áp lực thấp hơn nhiều so với thất trái vì thành thất phải mỏng hơn tuy nhiên thể tích tống máu là như nhau Ở một chu kỳ tim bình thường, hai tâm nhĩ co trong khi hai tâm thất giãn và ngược lại Chu kỳ tim bao gồm giai đoạn co (tâm thu), và giai đoạn giãn (tâm trương) của tâm nhĩ và của cả tâm thất

- S ự phối hợp giữa tâm thu và tâm trương:

Với nhịp tim trung bình khoảng 70 nhịp/phút, mỗi chu kỳ tim kéo dài khoảng 0,8 giây Trong 0,4 giây đầu tiên của chu kỳ tim, là giai đoạn tim giãn, cả 4 buồng tim đều

ở kỳ tâm trương Đầu tiên, tất cả các van đều đóng, tiếp đó van nhĩ-thất mở và máu bắt đầu rót xuống thất Ở 0,1 giây tiếp, tâm nhĩ co và van nhĩ-thất mở, nhưng tâm thất vẫn giãn, van bán nguyệt đang đóng Đến 0,3 giây còn lại, tâm nhĩ giãn và tâm thất co Đầu tiên, tất cả các van đều đóng (co đẳng tích), tiếp đó van bán nguyệt mở, đó là giai đoạn tống máu tâm thất Khi nhịp tim nhanh, thời kỳ tâm trương ngắn lại rất nhiều so với tâm thu

1.3 THÔNG SỐ CUNG LƯỢNG TIM [4, 5, 6, 11, 15]

1.3.1 Khái niệm về cung lượng tim

Cung lượng tim là một thông số huyết động quan trọng chỉ lượng máu được bơm

đi bởi tâm thất trái trong thời gian một phút Tâm thất trái được quan tâm nhiều hơn tâm thất phải vì nó bơm máu đi toàn cơ thể để nuôi tế bào và bị ảnh hưởng nhiều bởi

nhịp tim Với một người trưởng thành, cung lượng tim lý tưởng là vào khoảng 5 ÷ 8 lít/phút Với các hoạt động nặng và liên tục, cung lượng tim của người trưởng thành có

thể đạt tới 25 lít/phút để đáp ứng yêu cầu oxy và các chất dinh dưỡng của cơ thể Thông số cung lượng tim chịu ảnh hưởng bởi hai tham số là nhịp tim (HR) và Thể tích nhát bóp (SV) thông qua công thức sau:

Nhịp tim là số lần tim đập trong một phút, đơn vị là nhịp/phút Còn thể tích nhát bóp là lượng máu tâm thất trái bơm đi trong một nhịp, đơn vị là ml/nhịp Như vậy, với

cung lượng tim bình thường khoảng 5 lít/phút, nhịp tim bình thường khoảng 70 nhịp/phút thì thể tích nhát bóp sẽ vào khoảng 5.000/70 = 71 ml/nhịp Khoảng lý tưởng đối với người trưởng thành của thể tích nhát bóp là 50 ÷ 80 ml/nhịp

Trước khi đi sâu vào các đặc trưng của thông số cung lượng tim, cần biết thông

số cung lượng tim có vai trò như thế nào với hoạt động của tim mạch Cung lượng tim

là chỉ lưu lượng máu của tim bơm đi, đồng nghĩa với thông số này cũng đóng vai trò trong việc cung cấp năng lượng cho các tế bào trong cơ thể Nhiều máu đi tới các tế bào cũng có nghĩa là các tế bào sẽ có nhiều năng lượng cho các hoạt động Ngược lại,

ít máu sẽ làm các tế bào có ít năng lượng và như vậy, hoạt động của cơ thể sẽ giảm sút

1.3.2 Các thông s ố ảnh hưởng tới giá trị cung lượng tim

Nh ịp tim và cung lượng tim có mối liên hệ trực tiếp tới nhau Khi nhịp tim tăng

thì cung lượng tim cũng tăng Như đã đề cập phía trên, khi nhu cầu năng lượng tăng thì cung lượng tim cũng tăng theo để đáp ứng, khi đó nhịp tim đóng vai trò quan trọng Nếu nhịp tim 100 lần/phút sẽ cho cung lượng tim lớn hơn so với nhịp tim 80 lần/phút Tuy nhiên, có một giới hạn cho việc tăng lên của nhịp tim Nhịp tim khoảng 260

lần/phút thường đi kèm theo triệu chứng sốc, tức là cung lượng tim thấp Thực tế, khi

nhịp tim vượt quá 150 lần/phút thì cung lượng tim bắt đầu giảm Nguyên nhân cho

hiện tượng này, là vì trong giai đoạn tâm trương, máu được đi xuống tâm thất Thời gian này chính là thời gian đổ đầy thất và có ảnh hưởng lớn tới cung lượng tim Nếu

thời gian đổ đầy thất không đủ, tâm thất sẽ nhận được ít máu hơn, khi đó cung lượng tim và thể tích nhát bóp sẽ giảm Ngược lại, nếu nhịp tim quá thấp, dưới 50 lần/phút,

cung lượng tim cũng sẽ giảm nhanh chóng Dù đủ thời gian đổ đầy thất nên thể tích nhát bóp là rất tốt, tuy nhiên đây không phải là giá trị nhịp tim phù hợp vì cung lượng tim giảm tỉ lệ thuận cùng nhịp tim Trên Hình 1.3 thể hiện mối quan hệ giữa cung lượng tim và nhịp tim Khoảng giá trị 50 ÷ 150 nhịp/phút của nhịp tim là một khoảng

lý tưởng cho CO Trên thực tế, khoảng này sẽ thay đổi với từng nhóm người Với người trẻ tuổi và hay hoạt động thể thao, đặc biệt là các vận động viên, thường có kích thước tim và thể tích nhát bóp lớn hơn những người bình thường Do đó, họ vẫn có thể

có đạt cung lượng tim khoảng 5 lít/phút với nhịp tim cao hơn 150 nhịp/phút hoặc thấp

hơn 50 nhịp/phút Trong khi đó, với những người có bệnh tim mạch (ví dụ như nhồi

máu cơ tim hay suy tim sung huyết) có thể tích nhát bóp nhỏ hơn người bình thường Đối với nhóm người này, nhịp tim 150 nhịp/phút đã có thể gây ra thiếu máu cục bộ Còn nhịp tim chậm 50 nhịp/phút sẽ làm giảm cung lượng tim xuống ngưỡng giá trị gây

sốc, khoảng 2 lít/phút Do vậy, khoảng giá trị nhịp tim cho những người này chỉ vào khoảng từ 65 ÷ 100 nhịp/phút

Hình 1.3 Quan h ệ giữa Cung lượng tim (CO) và Nhịp tim (HR)

Th ể tích nhát bóp cũng là một thông số ảnh hưởng trực tiếp tới cung lượng tim

Khi nhịp tim thay đổi theo yêu cầu cung lượng tim thì thể tích nhát bóp cũng thay đổi Các yếu tố ảnh hưởng tới thể tích nhát bóp bao gồm Tiền gánh và Hậu gánh Tiền gánh

liên quan đến lượng máu được đổ xuống tâm thất Về mặt kĩ thuật, tiền gánh là thể tích hay áp suất trong tâm thất ở cuối thời kì tâm trương Ở đây, "cú đã nhĩ" đóng vai trò quan trọng trong tiền gánh (cung cấp tới 35% lượng máu ở người trẻ tuổi) Tiền gánh có

mối liên hệ với thể tích nhát bóp và cung lượng tim qua luật Frank và Starling Frank và sau đó là Starling đã chỉ ra rằng, khi các cơ tim căng ra thì khả năng co bóp sẽ mạnh hơn Nói cách khác, khi thành tim càng căng thì co bóp càng mạnh, dẫn đến thể tích nhát

bóp tăng Nguyên nhân làm thành tim căng ra là khi máu tràn vào buồng tâm thất làm gia tăng áp lực lên thành tim Như vậy khi áp suất trong buồng tâm thất tăng, tức là tiền

gánh tăng, sẽ làm cho thành tim căng ra và tăng khả năng đẩy máu đi Theo Hình 1.4 dưới đây, một quả tim khỏe mạnh ở trạng thái nghỉ ngơi có đường cong Frank - Starling

mô tả sự co bóp khác nhau của cơ tim khi áp suất tâm thất cuối gian đoạn tâm trương thay đổi (tiền gánh) So sánh giữa quả tim khỏe mạnh và quả tim có bệnh lý có thể thấy,

quả tim khỏe mạnh co bóp mạnh nhất tại tiền gánhcó giá trị là 12 mmHg, trong khí đó

quả tim có bệnh lý cần áp suất lớn hơn mới đạt đỉnh co bóp Điều đó chứng tỏ, quả tim

có bệnh lý phụ thuộc vào tiền gánh nhiều hơn để tăng hiệu quả co bóp Tuy nhiên, tiền

gánh tăng lên đồng nghĩa với cơ tim phải hoạt động mạnh hơn Do đó, trong tình trạng thiếu máu cục bộ, tiền gánh lớn có thể làm cho tim tồi tệ hơn

Hình 1.4 Bi ểu đồ mô tả khả năng co bóp của cơ tim tương ứng với tình trạng

ho ạt động

Sức cản khả năng bơm máu của tâm thất được gọi là Hậu gánh Tâm thất trái,

trong giai đoạn tâm thu, sẽ phải tạo ra áp lực bơm thắng được áp suất động mạch chủ

và sức cản của các mạch máu thì lúc đó, van động mạch chủ mới mở và cho phép máu được bơm đi toàn cơ thể Như vậy, áp suất ở các mạch động mạch cuối thời kì tâm trương sẽ ảnh hưởng tới thể tích nhát bóp theo hướng trái dấu nhau Áp suất ở động

mạch lớn thì thể tích nhát bóp giảm và ngược lại như minh họa trên Hình 1.5 Trong khi áp suất ở động mạch không dễ xác định khi phải sử dụng một ống Catheter đi vào động mạch phổi, thì áp suất máu giai đoạn tâm trương có thể đo dễ dàng Do vậy, biết

áp suất tâm trương của bệnh nhân thì cũng biết được sức cản mà tâm thất trái phải

vượt qua Tóm lại, áp suất tâm trương càng lớn thì hậu gánh càng lớn Cũng giống như

tiền gánh, hậu gánh tăng làm cơ tim phải hoạt động mạnh hơn, từ đó dẫn đến suy tim

hoặc thiếu máu cục bộ Hậu gánh cũng dẫn đến tình trạng phì đại tim Khi mà sức cản

bơm máu tăng lên, đồng nghĩa với thành tim phải co bóp mạnh hơn để thắng sức cản, thành tim sẽ thích ứng với điều kiện này bằng cách tích trữ nhiều chất xơ hơn trong

các tế bào tim Việc này làm các tế bào khỏe hơn nhưng cũng làm cho tế bào to ra,

cuối cùng dẫn đến tim phì đại Việc phì đại tim có thể tạo ra nhiều vấn đề phức tạp như

giảm khả năng co bóp, giảm thể tích nhát bóp và loạn nhịp tim

Hình 1.5 S ự ảnh hưởng của áp suất cuối kì tâm trương tới giá trị CO

Như vậy, thông số cung lượng tim liên quan đến khả năng cung cấp năng lượng cho toàn cơ thể, trong đó cơ chế biến dưỡng hiếu khí hiệu quả hơn và không gây hại như cơ chế biến dưỡng thiếu khí Cung lượng tim chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi hai thông số là nhịp tim và thể tích nhát bóp Thể tích nhát bóp cũng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như cú đá nhĩ, tiền gánh, hậu gánh, thời gian đổ đầy thất, độ căng của cơ tim (luật Frank - Starling) Dưới đây là bảng thống kê lại các nguyên nhân gây ra hai trường hợp tăng và giảm giá trị cung lượng tim

B ảng 1.1 Các nguyên nhân dẫn đến sự tăng và giảm của cung lượng tim

Cung lượng tim tăng Cung lượng tim giảm

Nhịp tim trong khoảng 50 ÷ 150

Cơ tim căng hơn Cơ tim thiếu căng

Tiền gánh tăng (tới một giới hạn) Tiền gánh giảm (tới một giới hạn)

1.3.3 Vai trò c ủa cung lượng tim trong y học

Cung lượng tim có vai trò rất quan trọng trong y học Như đã đề cập phía trên,

việc suy giảm cung lượng tim do nhiều nguyên nhân và liên quan đến mọi quá trình

hoạt động của tim Do vậy, khi kết hợp thông số cung lượng tim cùng các thông số huyết động khác liên quan sẽ cho phép bác sĩ phân loại được cụ thể nguyên nhân gây

ra một bệnh lý tim mạch bất kì, đặc biệt là các bệnh lý xuất phát từ tình trạng thiếu máu cục bộ và huyết áp cao hay nhồi máu cơ tim Ngoài ra, việc đo và theo dõi cung lượng tim liên tục cũng hỗ trợ rất nhiều cho bác sĩ khi điều trị bệnh nhân trong trường

hợp cấp cứu Ngoài ra cũng có thể xảy ra trường hợp tim yếu dễ phản ứng với sự kích thích của thuốc mê Do vậy, các bác sĩ cần điều trị cho bệnh nhân đến khi nào thông số

cung lượng tim ổn định mới có thể tiến hành mổ Việc theo dõi liên tục thông số cung lượng tim cho phép bác sĩ đưa ra phác đồ điều trị thích hợp Tương tự trong trường

hợp hồi sức, bác sĩ cũng cần điều trị cho tim bệnh nhân hoạt động trở lại bình thường sau khi mổ

1.4 CÁ C PHƯƠNG PHÁP ĐO CUNG LƯƠNG TIM [4, 5, 6, 11, 15, 21, 23]

Hiện nay trên thế giới, thông số CO thường được đo bằng 2 kỹ thuật sau: (1) Kỹ

thuật đo can thiệp (trong y học nhiều khi được gọi là xâm lấn - Invasive) và (2) Kỹ

thuật đo không can thiệp (Non Invasive Cardiac Output - NICO) Cụ thể bao gồm:

Các phương pháp can thiệp gồm:

- Phương pháp Fick

- Phương pháp pha loãng chất chỉ thị màu

- Phương pháp pha loãng nhiệt

- Phương pháp PiCCO

Các phương pháp không can thiệp gồm:

- Phương pháp siêu âm Doppler

quả của lượng máu chảy qua cơ quan đó và sự chênh lệch nồng độ của loại vật chất đó trong máu ở tĩnh mạch và ở động mạch Như vậy, sự hấp thụ oxy của máu tại phổi sẽ

là kết quả của lượng máu qua phổi và sự chênh lệch nồng độ oxy trong tĩnh mạch và động mạch Như vây, lượng máu qua phổi, hay chính là lượng máu tim bơm đi (thông

số cung lượng tim), có thể tính được với công thức sau:

VO2: là lượng oxy hấp thụ của phổi trong một phút CaO2 - CvO2: là chênh lệch

nồng độ oxy trong máu ở động mạch và ở tĩnh mạch

Lượng oxy hấp thụ của phổi được đo bằng các thiết bị đặc biệt, còn sự chênh

lệch nồng độ oxy được đo trên các mẫu máu trong động mạch và tĩnh mạch Trong đó, các mẫu máu trong động mạch được lấy từ đường động mạch, còn các mẫu máu trong

tĩnh mạch được lấy từ một ống Catheter đặt ở điểm nối động mạch phổi với tâm thất

phải Trên Hình 1.6 minh họa phương pháp đo này

Hình 1.6 Phương pháp Fick

Phương pháp Fick là một phương pháp cũ, do vậy có nhiều hạn chế Việc phải phân tích khí hít vào và thở ra làm hạn chế ứng dụng của phương pháp này trong một

số tình huống liên quan đến gây mê Với bệnh nhân có cung lượng tim lớn, tức là sự chênh lệch nồng độ oxy trong máu ở động mạch và tĩnh mạch thấp, phương pháp Fick

cũng có sai số lớn Ngoài ra, đối với bệnh nhân có phổi không bình thường không thể

sử dụng phương pháp Fick Một bất lợi nữa của phương pháp này là độ an toàn thấp, khi phải can thiệp trực tiếp vào tim bệnh nhân Tuy nhiên, đối với bệnh nhân có cung lượng tim thấp, phương pháp đo Fick lại là phương pháp đo chính xác hơn cả so với

Phương pháp pha loãng chất chỉ thị màu sử dụng một chất chỉ thị màu và được đưa vào tâm nhĩ phải bằng ống Catheter hoặc bơm vào ống dây bên ngoài nối tới các

tĩnh mạch bằng xi lanh Chất chỉ thị này sẽ được pha loãng với máu khi máu đi qua hệ

thống tĩnh mạch trở về tâm nhĩ phải, sau đó lượng máu này khi đi qua một động mạch

chọn trước sẽ được lấy ra và đo bởi máy đo mật độ quang học (Hình 1.7a) Đường cong đồ thị nồng độ pha loãng của chất chỉ thị màu trong máu sẽ chỉ ra lượng máu đi qua tim, hay là thông số cung lượng tim Chất chỉ thị màu thường được dùng trong

phương pháp này là chất indocyanine green Chất indocyanine green đạt được những

yêu cầu về tính chất hóa học và tính an toàn như tính trơ, không gây ra nguy hiểm đối

với cơ thể bệnh nhân, có khả năng đo được nồng độ khi pha loãng Ngoài ra, khả năng

hấp thụ quang học lớn nhất của chất indocyanine green là 805nm, mà tại bước sóng

này hệ số hấp thụ quang học của máu không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi oxy Phương pháp này đỡ nguy hiểm hơn phương pháp đo Fick khi có thể thay thế ống Catheter bằng xi lanh và tiêm vào tĩnh mạch qua đường ống bên ngoài Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là khó khăn trong khâu chuẩn bị và điều khiển lượng

chất chỉ thị bơm vào và có hạn chế là không đo được nhiều lần khi nồng độ chất chỉ thị màu đã tăng cao trong cơ thể Ngoài ra, với tình trạng cung lượng tim thấp hoặc hở van tim sẽ dẫn đến sai lệch đường cong đi xuống trong đồ thị nồng độ pha của chất chỉ

thị, từ đó tính toán cung lượng tim không còn chính xác Việc đo nhiều lần cũng làm

mất tính chính xác trong tính toán khi đường cơ bản (Baseline) bị xê dịch theo chiều hướng tăng dần (Hình 1.7b)

1.4 3 Phương pháp pha loãng nhiệt

Phương pháp pha loãng nhiệt là phương pháp đo can thiệp phổ biến hơn hai phương pháp trên và được dùng nhiều trong lâm sàng cho tới nay Nguyên lý của phương pháp pha loãng nhiệt cũng tương tự như pha loãng chất chỉ thị màu, nhưng

dựa vào nhiệt độ để đo cung lượng tim Phương pháp sử dụng một ống Catheter đặc

biệt gồm bốn đầu vào được nối chung, trong đó một đầu vào dùng để bơm khí làm

phần cuối ống phình ra dạng quả bóng Ống Catheter này được đưa vào tĩnh mạch cánh tay và "quả bóng" ở cuối ống bơi theo máu đi vào động mạch phổi và dừng lại ở

đó Một ống khác được dùng để bơm chất chỉ thị là nước muối lạnh vào tâm nhĩ phải,

tại đây chất chỉ thị sẽ hòa vào với máu khi có máu chảy qua Kết quả là nhiệt độ của

máu giảm đi được ghi lại bởi một nhiệt điện trở ở gần cuối ống Catheter tại động mạch

phổi Tín hiệu đo được đưa về qua đầu vào thứ ba của ống Đầu vào cuối cùng có thể được dùng để lấy mẫu máu (Hình 1.8) Ống Catheter có thể để tại tim trong 24 giờ, do

vậy có thể ghi lại được cung lượng tim một cách liên tục mà hai phương pháp trên không làm được Như các phương pháp can thiệp, phương pháp pha loãng nhiệt cũng

có nhiều nhược điểm gây nguy hiểm tới người bệnh như: tràn khí màng phổi, thủng thành buồng tim, rối loạn nhịp tim, chèn ép và gây tổn thương van tim Ngoài ra, độ chính xác của việc đo cung lượng tim cũng bị ảnh hưởng bởi một số nguyên nhân như: sai lệch lượng chất chỉ thị tại đầu đưa vào và đầu đo, xảy ra sự trao đổi nhiệt giữa máu

và thành tim, hay giữa máu và thành ống Catheter trước, trong và sau khi đưa chất chỉ

thị vào Tuy nhiên, với lợi thế có thể đo liên tục cung lượng tim, độ chính xác của kết

quả đo có thể hiệu chỉnh được sau một thời gian đo bằng các hệ số hiệu chỉnh Do vậy, phương pháp pha loãng nhiệt độ được coi là tiêu chuẩn vàng cho việc đo cung lượng

tim Hiện nay phát triển loại ống Catheter qua động mạch phổi có tên là

Swan-Ganzcho phép nâng cao độ chính xác phép đo

Hình 1.8 Phương pháp pha loãng nhiệt

1.4 4 Phương pháp PiCCO

Phương pháp PiCCO là phương pháp can thiệp mới xuất hiện ở Việt Nam và là phương pháp đo cung lượng tim có độ chính xác cao, tương đương với phương pháp pha loãng nhiệt Một thiết bị PiCCO bao gồm: một bộ Catheter tĩnh mạch trung tâm 3 nòng, một bộ Catheter động mạch đùi chuyên dụng có đầu là cảm biến nhiệt độ và áp

suất và một máy tính theo dõi PiCCO hoạt động dựa trên sự đồng bộ giữa đường cong pha loãng nhiệt qua phổi và đường cong huyết áp thu ở động mạch, từ đó phân tích và đưa ra cung lượng tim (Hình 1.9)

Hình 1.9 Phương pháp PiCCO

Ưu điểm của phương pháp PiCCO là không nguy hiểm như phương pháp pha loãng nhiệt, khi chỉ can thiệp vào tĩnh mạch trung tâm trên cổ và động mạch ở đùi mà không phải đưa vào tận trong phổi, tuy nhiên độ chính xác là tương đương với phương pháp pha loãng nhiệt

1.4.5 Phương pháp siêu âm Doppler

Phương pháp siêu âm Doppler được đưa ra vào những năm 70 thế kỉ trước, tận

dụng sóng siêu âm với bước sóng đủ ngắn có thể đi xuyên qua da nhưng gặp các tế bào máu thì phản xạ Do vậy, nguyên tắc làm việc của phương pháp là sử dụng sóng siêu

âm để đo tốc độ máu chảy trong động mạch chủ, động mạch phổi, van động mạch hay van hai lá dựa trên hiệu ứng Doppler đo được từ sóng trả về Kết quả đo vận tốc kết

hợp với việc biết được diện tích mặt cắt mang của vùng mà búp sóng siêu âm chiếu đến và nhịp tim của bệnh nhân sẽ tính được cung lượng tim Dưới đây là công thức tính ra vận tốc dòng máu chảy dựa trên hiệu ứng Doppler và công thức tính cung lượng tim:

CO: Cung lượng tim (lít/phút)

v: Vận tốc trung bình của dòng máu chảy (cm/s)

LVET: Khoảng thời gian thất trái thu (s)

CSA: Diện tích mặt cắt ngang mà búp sóng siêu âm chiếu tới (cm2)

HR: Nhịp tim (nhịp/phút)

Một trong những nhược điểm lớn nhất của phương pháp siêu âm Doppler là đo

diện tích mặt cắt ngang của mạch máu mà sóng siêu âm chiếu tới Thông thường, mặt

cắt ngang mạch máu được đo bằng phương pháp siêu âm 2D hoặc M-mode để tìm ra đường kính, từ đó tìm ra diện tích S = π.r2 Như vậy, một sai số trong khi đo đường kính sẽ dẫn đến sai số bình phương diện tích Với thao tác đo, sóng siêu âm cũng phải được chiếu vuông góc tới mặt cắt ngang, tức là song song với dòng máu chảy để vận

tốc được tính chính xác nhất Điều này khó đạt được khi kĩ thuật viên thao tác với đầu phát siêu âm, do vậy vẫn có sai số nhất định Ngoài ra, búp sóng siêu âm phải vừa vặn

diện tích mặt cắt ngang để không bị nhận sóng trả về từ nguồn khác trong trường hợp búp sóng quá rộng Thao tác này cũng khó để thực hiện được Mặc dù với các hạn chế như trên, phương pháp siêu âm Doppler vẫn là một phương pháp phổ biến để đo cung lượng tim và đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới Lợi thế là phương pháp không

can thiệp, cộng với thiết lập đo đạc cũng đơn giản, kĩ thuật viên có thể đo lại liên tục trong trường hợp xảy ra sai số trong lần đo trước Hơn nữa, với một kĩ thuật viên có tay nghề và kinh nghiệm, phương pháp cũng cho kết quả có độ chính xác cao

1.4.6 Phương pháp cộng hưởng từ

Một trong những kĩ thuật chính xác nhất đo dòng chảy của máu trong các mạch máu lớn là kĩ thuật cộng hưởng từ Độ chính xác của kĩ thuật này là tương đương với phương pháp Fick và pha loãng nhiệt, thậm chí còn ít biến động hơn hai phương pháp này Phương pháp cộng hưởng từ hoạt động dựa trên việc xác định sự thay đổi trong giai đoạn Proton tiến động Sự thay đổi này tương ứng với tốc độ chuyển động của các Proton qua một từ trường với một Gradient đã biết Kết quả thu được là các cặp ảnh cho từng thời điểm trong môt chu kì hoạt động của tin Một ảnh là ảnh giải phẫu và ảnh còn lại là ảnh mà có cường độ tín hiệu trong mỗi điểm ảnh là tỷ lệ thuận với vận

tốc đi qua mặt phẳng Vận tốc trung bình của máu trong một mạch máu Ví dụ như trong động mạch chủ hay động mạch phổi, được định lượng bằng cách đo cường độ trung bình tín hiệu của các điểm ảnh và nhân với một hằng số cho trước Như vậy, lưu lượng máu sẽ được tính bằng cách nhân vận tốc trung bình của dòng máu với diện tích

mặt cắt ngang của mạch máu Có thể vẽ được đồ thị lưu lượng theo thời gian dựa trên các dữ liệu thu được Tích phân của đường cong dòng chảy đó trong một chu kì tim chính là thể tích nhát bóp Thời gian một chu kì tim có thể biết được và từ đó xác định được nhịp tim, do vậy cung lượng tim có thể tính được dựa trên nhịp tim và thể tích nhát bóp tìm được Cộng hưởng từ thường tính lưu lượng dòng chảy trong một nhịp đập là giá trị trunh bình trong một vài nhịp, nhưng cũng có thể tính trong từng nhịp

một Trong khi cộng hưởng từ là một công cụ nghiên cứu quan trọng trong đo đặc

cung lượng tim, thì nó lại không được dùng cho việc theo dõi các thông số huyết động trong cấp cứu hay chăm sóc tích cực Cung lượng tim đo bởi cộng hưởng từ hiện nay được sử dụng hàng ngày như một phần trong chẩn đoán các chứng bệnh về tim mạch

1.4.7 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực (ICG)

Hiện nay, trên thế giới có một phương pháp đang được nghiên cứu phát triển tại

các nước tiên tiến, hứa hẹn tương lai có thể ứng dụng đa dạng trong ngành y tế đó là

phương pháp đo CO bằng tim đồ trở kháng ngực Thiết bị sử dụng phương pháp này

có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác như: tiến hành đơn giản, linh động và

nhỏ gọn, giá thành thấp, có khả năng theo dõi liên tục hoạt động của tim, an toàn

Nhược điểm của phương pháp là độ chính xác chưa cao do nhiều đại lượng được tính toán gián tiếp, vì vậy phương pháp này vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu trên thế

giới Phương pháp này hoạt động dựa trên giả thiết về sự tương quan giữa thay đổi thế tích máu qua tim trong một chu kì hoạt động và sự thay đổi tương ứng của trở kháng

lồng ngực con người Cụ thể, lồng ngực con người có một giá trị trở kháng nhất định, bao gồm thành phần cố định như xương, cơ, chất béo, mô…và thành phần thay đổi là

trở kháng của máu Khi thể tích máu trong tim thay đổi thì trở kháng của lồng ngực

cũng thay đổi tương ứng Về nguyên tắc đo, phương pháp sử dụng các điện cực đo

giống với phương pháp điện tim đồ, đưa dòng điện xoay chiều không đổi vào lồng

ngực thông qua các điện cực và thu được điện áp đầu ra ở các điện cực còn lại Điện

áp đầu ra này thay đổi tuyến tính với trở kháng lồng ngực (Hình 1.10) Kết quả cuối cùng của phương pháp tim đồ trở kháng ngực là hai đồ thị gồm tín hiệu trở kháng thay đổi (kí hiệu là ∆Z) và tín hiệu tốc độ thay đổi trở kháng (kí hiệu là dZ/dt) (Hình 1.11) Hai tín hiệu này tiếp tục tham gia vào các công thức tính toán ra các hệ số huyết động

học, trong đó có thông số cung lượng tim

Hình 1.10 Phương pháp tim đồ trở kháng ngực (ICG)

Hình 1.11 Đường cong thay đổi trở kháng ngực ∆Z

và t ốc độ thay đổi trở kháng dZ/dt

Phương pháp tim đồ trở kháng ngực đã được kiểm chứng và vẫn đang được nghiên cứu phát triển tại các nước tiên tiến Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi bật

so với những phương pháp khác như: việc tiến hành đo đạc là tiện lợi và đơn giản vì

sử dụng các điện cực dán ngoài da, lợi thế về mặt giá thành, thiết bị đóng gói nhỏ gọn nên việc chăm sóc được linh động hơn, cho phép theo dõi liên tục hoạt động của tim… Ngoài ra, dựa trên đồ thị trở kháng thay đổi của lồng ngực, phương pháp tim đồ trở kháng ngực cũng cho phép tính toán nhiều thông số huyết động hơn các phương pháp khác Nhược điểm của phương pháp tim đồ trở kháng ngực là độ chính xác chưa thể đạt tới như của phương pháp pha loãng nhiệt, do các công thức tính cung lượng tim từ

kết quả đo trở kháng ngực chưa đúng hoàn toàn, cần có thêm hệ số hiệu chỉnh Ngoài

ra, sai số khi đặt điện cực và nhiễu can vào hệ thống cũng là nguyên nhân làm giảm độ chính xác Tuy nhiên hiện nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là xử lý

số tín hiệu, phương pháp này đang ngày càng tiến bộ, độ chính xác được cải thiện dễ

dàng hơn và thuận lợi trong việc theo dõi liên tục bệnh nhân trong chẩn đoán và hỗ trợ trường hợp điều trị

1.4.8 So sánh các phương pháp đo cung lượng tim

Dưới đây là tổng hợp so sánh các phương pháp đo thông số huyết động tim hiện nay Các tiêu chí được đưa ra so sánh bao gồm: độ an toàn, độ phức tạp khi thiết lập đo đạc, độ chính xác, khả năng theo dõi liên tục bệnh nhân, trường hợp sử dụng và kích thước thiết bị Bảng 1.2 so sánh về các tiêu chí phương thức chẩn đoán, khả năng chẩn đoán sâu tim mạch, trường hợp sử dụng Bảng 1.3 so sánh về việc khám bệnh, điều trị

tại chỗ, theo dõi từ xa và giá thành khám bệnh

B ảng 1.2 So sánh các tiêu chí của các phương pháp đo cung lượng tim hiện nay

TIÊU CHÍ SO SÁNH

Độ an toàn

Độ phức

t ạp trong đo đạc

Độ chính xác

Kh ả năng theo dõi liên t ục

Trường

h ợp sử

d ụng

Kích thước thi ết bị

1 Phương

pháp Fick

Là phương pháp nguy

hiểm

Rất phức tạp do phải can thiệp vào tận

phổi

Cao đối với cung lượng tim thấp, nhưng sai

số nhiều khi cung lượng tim

lớn

Không

Hiện chỉ còn được sử dụng trong nghiên cứu

Cỡ trung bình với thiết bị phân tích đặc

hiểm

Rất phức tạp do phải can thiệp vào tận

phổi

Tương đối chính xác, tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều sai

số

Không

Hiện chỉ còn được sử dụng trong nghiên cứu

Cỡ trung bình với thiết bị phân tích đặc

Rất phức

tạp do

phải can thiệp vào tận phổi

Là phương pháp có độ chính xác cao nhất

hiện nay

Có

Sử dụng trong phẫu thuật và điều trị tại

chỗ

Cỡ trung bình với thiết bị phân tích đặc chủng

hiểm hơn khi

chỉ tìm động, tĩnh mạch ở

Tương đối phức

tạp vì

vẫn phải can thiệp vào động, tĩnh

Là phương pháp chính xác tương đương với pha loãng nhiệt

Có

Sử dụng trong phẫu thuật và điều trị tại chỗ

Cồng kềnh do

sử dụng nhiều thiết bị phân tích

cổ và đùi

bệnh nhân

Dễ dàng

Có độ chính xác tương đói cao

Không

Sử dụng trong khám

bệnh chẩn đoán

Tương đối gọn

Không

Sử dụng để kiểm tra hoạt động của tim

Cồng kềnh

Đơn

giản khi

chỉ sử

dụng các điện cực

đo ngoài

da

Độ chính xác chưa cao

Có

Sử dụng trong khám

bệnh chẩn đoán, theo dõi liên tục tại chỗ và

từ xa, hiệu chuẩn cho đặt pacemarker

Nhỏ gọn, linh hoạt trong các ứng dụng

y tế khác nhau

B ảng 1.3 So sánh một số tiêu chí của các phương pháp chẩn đoán bệnh về tim

Kh ả năng

ch ẩn đoán sâu tim m ạch

Trường hợp sử dụng

Giá thành khám b ệnh Khám

b ệnh

Hỗ trợ điều

tr ị tại

ch ỗ

Theo dõi t ừ

Phương pháp

chẩn đoán hình ảnh tốt nhất hiện nay + phần mềm

xử lý ảnh tiên tiến nên chẩn đoán sâu nhất

về tim

Có Không Không

Giá thành một lần đo rất cao

Phương pháp can thiệp có

độ chính xác cao nhất hiện nay + có khả năng theo dõi liên tục

Phương pháp chẩn đoán hình ảnh về tim, khá chính xác nhưng không bằng phương pháp

chụp cộng hưởng từ

Có Không Không

Giá thành ở mức trung bình

Cũng là phương pháp

chẩn đoán hình ảnh tốt nhất hiện nay, tuy nhiên có mức độ nguy hiểm nhất định

Có Không Không

Giá thành rất cao

An toàn, nhưng độ chính xác chưa cao Sẽ triển vọng phát triển trong tương lai gần

Có Có Có Giá thành

thấp

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO CCO-ICG

Như trên đã trình bày, phương pháp tim đồ trở kháng ngực ICG là một phương pháp đo cung lượng tim không can thiệp, sử dụng các điện cực đo giống như điện tim đồ Ưu điểm của phương pháp này là sự dễ dàng trong thiết lập đo đạc, giá thành đo đạc thấp hơn nhiều phương pháp khác và có khả năng theo dõi liên tục cung lượng tim

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ICG [4, 5, 6, 11, 16, 19, 22]

2.1.1 Giới thiệu

Thông số huyết động học mà phương pháp tim đồ trở kháng ngực thực sự đo được là thể tích nhát bóp (SV) thông qua các công thức chuyển đổi gián tiếp Về nguyên lý, phương pháp tim đồ trở kháng ngực hoạt động dựa trên lý thuyết: sự luân chuyển dòng máu qua tim trong quá trình hoạt động của tim sẽ làm thay đổi

trở kháng của vùng ngực nói riêng Do máu cũng là vật chất có trở kháng nhất định, khi máu được tâm thất trái bơm đi toàn cơ thể đồng nghĩa với một lượng máu máu

sẽ ra khỏi vùng ngực và đi đến các vùng khác, khi đó trở kháng tổng thể của vùng

ngực sẽ có thay đổi tương ứng Đó cũng chính là thông số thể tích nhát bóp, chỉ lượng máu được tâm thất trái bơm đi trong một nhịp đập Về mặt điện sinh học, để

đo được trở kháng vùng ngực bệnh nhân, thiết bị sẽ cấp một dòng điện không đổi đi qua vùng ngực (thường được chọn là Hình sin có tần số khoảng từ 20-100 KHz để đảm bảo an toàn điện cho bệnh nhân) và thu được điện áp đầu ra phỏng theo định

KHỐI “XỬ

LÝ TÍN HIỆU”

Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống đo tim đồ trở kháng ngực

Trở kháng vùng ngực được chia làm hai thành phần: thành phần trở kháng cố định Z0 và thành phần trở kháng thay đổi ∆Z Thành phần trở kháng cố định, hay còn

gọi là thành phần trở kháng nền, bao gồm trở kháng của các mô mỡ, cơ, xương, máu

dự trữ tại các tế bào… là các thành phần không di chuyển trong suốt quá trình bơm máu của tim mạch Về mặt lý thuyết, thành phần này là không thay đổi (biểu diễn bằng tín hiệu điện áp một chiều), tuy nhiên trong khi đo đạc, một sự cử động hay một lần

thở làm cho các mô, tế bào di chuyển và xáo trộn, gây ra sự thay đổi trong trở kháng

cố định Đây cũng là các nhiễu chính bên cạnh nhiễu điện lưới 50 Hz trong thiết bị sử

dụng phương pháp tim đồ trở kháng ngực Việc loại bỏ nhiễu cử động khó hơn nhiều nhiễu thở, vì nhiễu cử động là nhiễu tức thì, không có chu kì như nhiễu thở, nên các thiết bị hiện nay không có bộ lọc nhiễu cử động Do vậy, trong khi đo bác sĩ thường yêu cầu bệnh nhân nằm yên không cử động Thành phần còn lại là trở kháng thay đổi

của vùng ngực trong quá trình di chuyển của máu qua lồng ngực - được biểu diễn là đường cong thay đổi trở kháng, kí hiệu: ∆Z Tín hiệu ∆Z có dải tần số từ 0 đến dưới 49

Hz tùy thuộc vào nhịp tim Như vậy, trở kháng tổng thể của vùng ngực Z(t) sẽ là:

như đóng mở các van nhĩ, thất Tín hiệu này chính là tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG, biểu diễn tốc độ thay đổi trở kháng vùng ngực trong quá trình hoạt động tim

mạch Cả hai tín hiệu trở kháng nền Z0 và tim đồ trở kháng ngực dZ/dt đều tham gia vào công thức tính thông số huyết động là thể tích nhát bóp

Theo các nghiên cứu đã được công bố, giá trị trở kháng nền Z0 của đàn ông có

trở kháng cố định vùng ngực từ 20 ÷ 30 Ω, còn với phụ nữ là từ 25 ÷ 35 Ω và trở kháng thay đổi của vùng ngực ∆Z khoảng từ 0,2 ÷ 1 Ω khi tần số dòng điện đặt vào vùng ngực trong khoảng từ 20 ÷ 100 kHz Trong dải tần số này trở kháng Z0 và ∆Z có thể coi là thuần trở

Về phương thức đo, phương pháp tim đồ trở kháng ngực sử dụng các điện cực để đưa dòng điện vào cũng như để lấy điện áp vùng ngực đầu ra Việc sử dụng loại điện

cực, số điện cực cũng như vị trí đặt đều ảnh hưởng đến kết quả và tỉ số SNR (tỉ số giữa công suất tín hiệu và công suất tạp âm) của tín hiệu tim đồ trở kháng ngực Cách đặt điện cực phổ biến nhất hiện nay là sử dụng 8 điện cực tròn đặt đối xứng trên cổ và

vùng xương sườn cuối cùng

2.1.2 Yêu c ầu dòng điện cấp cho vùng ngực

Theo nghiên cứu, trở suất của các mô sinh học, trong đó máu có trở suất gần bé

nhất, chỉ cao hơn nước muối Còn lại, trở suất máu bé hơn nhiều so với các mô khác

Mà sự thay đổi trở kháng của vùng ngực lại là sự thay đổi của lượng máu khi di chuyển trong cơ thể Điều đó đồng nghĩa với thành phần trở kháng thay đổi ∆Z là rất

bé so với thành phần trở kháng cố định Z0

Dòng điện cấp cho vùng ngực được lựa chọn trong phương pháp tim đồ trở kháng ngực là dòng điện không đổi xoay chiều có biên dộ từ 0,5 ÷ 5 mA để đảm bảo đạt được tỉ số SNR tốt và tần số từ 20 ÷ 100 kHz để đảm bảo độ an toàn về điện Với

dòng điện lớn hơn 0,5 mA tại tần số dưới 20 kHz có thể gây ra hiện tượng tê giật với

các cơ Như đã đề cập phía trên, dòng điện cần có tần số lớn để giảm trở kháng của các

mô sinh học, nhất là trở kháng da Tại tần số 100 kHz, trở kháng vùng da giảm đi khoảng 100 lần so với vùng tần số thấp Điều này giúp giảm thiểu nhiễu cử động tác động lên tín hiệu trở kháng thay đổi Tuy nhiên, tại tần số lớn hơn 100 kHz, bắt đầu

xuất hiện tụ kí sinh gây méo tín hiệu, mà tụ kí sinh lại rất khó để lọc bỏ

2.1.3 Các cá ch đặt điện cực

B ốn điện cực dải: Cách đo sử dụng bốn điện cực dải là cách đo đầu tiên do

Kubicek đưa ra Cách đo gồm bốn điện cực dải quấn quanh vùng cổ và ngực (mầu đen

và trắng) Cụ thể, hai điện cực ở ngoài cùng đóng vai trò đưa dòng điện vào ngực, hai điện cực phía trong dùng để lấy điện áp thu được ở đầu ra Các điện cực được đặt ở cổ

và dưới dạ dạy Khoảng cách giữa hai điện cực dòng điện và điện áp ở cổ và dưới dạ dày lần lượt là 3,2 cm và 6,4 cm như trên Hình 2.2

Hình 2.2 Lo ại bốn điện cực dải

Nhìn chung, cách sử dụng bốn điện cực dải này gặp nhiễu nhiều và cũng không thuận tiện khi đo đạc Hiện nay, cách đặt điện cực kiểu này ít được sử dụng nữa

B ốn điện cực tròn: Đây là cách đo do Penney đưa ra, gồm hai điện cực tròn đặt ở

phía sau cổ ở đốt sống C-7 và đi ngang về hai phía 6 cm Hai điện cực còn lại đặt ở dưới tim ở bề mặt ngực phía bên trái, một cái ở cuối khu nối liên sườn thứ 9 và cái còn lại ở đầu khu nối liên sườn thứ 10 Dòng điện được vào điện cực bên phải cổ và điện cực ở khu nối liên sườn thứ 9 Hai điện cực còn lại để lấy điện áp đầu ra như trên Hình 2.3

Tá m điện cực tròn: Cách đo tám điện cực tròn do Bernstein đưa ra và là phương

pháp phổ biến nhất hiện nay Đúng hơn, cách đo này sử 4 cặp điện cực, với mỗi cặp có vai trò giống nhau Có 2 cặp điện cực đưa dòng điện vào và 2 cặp điện cực đo điện áp đầu ra Một cặp điện cực đưa dòng điện được đặt ở cổ trên và cặp còn lại đặt ở trên

bụng, cách 5 cm tính từ mẩu xương ức cuối cùng Còn 2 cặp điện cực đo điện áp đầu

ra, một cặp ở dưới cặp điện cực dòng điện trên cổ 4,8 cm và một cặp ở phía trên cặp điện cực dòng điện dưới và ngang với cuối đoạn nối xương ức như trên Hình 2.4

Hình 2.4 Lo ại tám điện cực tròn