TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU Y SINH Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH THU NHẬN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ Sinh viên thực : Ngô Sơn Tùng :shsv 2008 Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027 Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716 Giáo viên hướng dẫn : ThS Vũ Duy Hải Hà Nội – 05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật vấn đề sức khỏe người ln đặt lên hàng đầu Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào y tế định đến hiệu việc phòng khám chữa bệnh nâng cao yêu cầu chăm sóc sức khỏe Đến với mơn học Mạch xử lý tín hiêu Y sinh , chúng em nhận thấy để nâng cao kiến thức, kỹ thực hành, khả phân tích, giải vấn để nhóm em chọn đề tài thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tim – ECG Qua đề tài nhóm em mong muốn dựa hiểu biết mạch thực thiết kế chế tạo mạch đơn giản Đồng thời củng cố vận dụng kiến thức học vào thực tế; đồng thời nâng cao khả phân tích, tìm hiểu, thiết kế mạch xử lý tín hiệu y sinh Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Duy Hải tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm em hồn thành đề tài Trong q trình thực đề tài, kiến thức cịn hạn chế nên nhóm em khơng tránh khỏi sai sót, tín hiệu nhận chưa hồn chỉnh… Chúng em mong nhận xét góp ý thầy để đề tài nhóm em hồn thiện Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2012 Nhóm sinh viên thực Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ – ECG” 1.1.1 Lý chọn đề tài Như biết bốn số sinh tồn : nhiệt độ, mạch, huyết áp, nhịp tim việc đo nhịp tim thông số quan trọng Đồng thời giới bệnh tim mạch phổ biến Do đó, việc xây dựng thiết kế máy ghi nhận tín hiệu điện tim với giá thành phù hợp, dễ sử dụng hữu ích Chúng em nhận thấy tín hiệu điện tim người quan tâm nhiều, dạng tín hiệu nhận dễ nhận biết dạng tín hiệu Vì thế, sinh viên tìm hiểu, kỹ chưa có nhiều nhóm em việc xử lý tín hiệu điện tim phù hợp Hơn nữa, qua đề tài nhóm em mong muốn hiểu tín hiệu y sinh cách xử lý chúng Do nhóm em chọn đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ - ECG” 1.1.2 Khả ứng dụng đề tài Khi sống ngày phát triển vấn đề chăm sóc sức khỏe ngày giới quan tâm Đồng thời với công nghiệp phát triển, tần suất công việc, nhịp sống ngày tăng vấn đề tim mạch nguy ngày gia tăng, đặt mối quan tâm người Ngày nay, phòng khám tim mạch ngày nhiều Do có nhiều nhu cầu thiết bị y tế đặc biệt máy điện tâm đồ Nhưng nay, thiết bị y tế thị trường có giá thành khơng phải nhỏ Vì nhóm em mong muốn tạo thiết bị ghi nhận tín hiệu điện tim với giá Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG thành vừa phải với khả chi trả phịng khám nhỏ Nó hỗ trợ cho khả thăm khám, chuẩn đoán bệnh bác sĩ xác Nhóm em nhận thấy phát triển thành sản phẩm hồn chỉnh khả ứng dụng đề tài lớn 1.1.3 Khả thực nhóm Theo yêu cầu mà nhóm đặt ban đầu mạch nhóm cần phải hồn thiện phần (mạch thu nhận tín hiệu điện tim hiển thị oscilloscope); sau hoàn thiện tốt phần tương tự nhóm phát triển để hiển thị tín hiệu thu lên máy tính Về phần bản, mạch yêu cầu cần đạt chức sau: - Mạch thu nhận tín hiệu điện tim - Mạch gồm khối bản: Mạch khuếch đại đo, mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch triệt tần 50 Hz, mạch khuếch đại cách ly, mạch khuếch đại đệm Bộ khuếch đại cần khuếch đại tín hiệu lên khoảng 103 lần 1.2 GIỚI THIỆU VỀ NHÓM VÀ TIMELINE CƠNG VIỆC: Nhóm thiết kế mạch chúng em gồm thành viên gồm : 1.Ngô Sơn Tùng :shsv 20083008 mail : nst2404@Gmail.com 2.Đỗ Đức Cường :shsv 20083278 mail : cuongdoit@Gmail.com 3.Nguyến Hoàng Phương:shsv 20082027 4.Trịnh Ngọc Toàn :shsv 20082716 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Timeline cơng việc nhóm : Cơng việc Phân cơng Thời gian hồn thành Tìm hiều đề tài, tìm kiếm tài liệu Cả nhóm tuần Thiết kế mạch nguyên lý, chạy mô Tùng ,Cường tuần Mua linh kiện Phương,Toàn ngày Thiết mạch thực tế Cả nhóm tuần Test mạch Cả nhóm tuần 1.3 GIỚI THIỆU VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM Tín hiệu điện tim đại lượng sinh học quan trọng việc chẩn đoán chăm sóc bệnh nhân Khi tim co bóp thể thực chức tuần hồn tạo điện trường sinh học qua khối dẫn liên hợp từ ngực bụng tới bề mặt da Sự chênh lệch điện sinh học đo từ hai điểm bề mặt da Biên độ dạng sóng tín hiệu thu phụ thuộc vào cập điện cực đặt đâu bề mặt da bệnh nhân Sóng điện tim tín hiệu biến đổi theo thời gian, phản ánh dòng điện ion gây tế bào tim co lại hay giãn Tín hiệu thường nhỏ Mỗi chu kỳ Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG tim thường khoảng 0,8 giây, thể trình khử cực tái khử cực tâm nhĩ tâm thất Hình 2.1 Lược đồ trình tạo nhịp tim, điện qua màng bó dẫn tim người quan hệ chúng với dạng sóng ECG đạo trình III Một chu kỳ tim chuẩn có chu kỳ 0,8 giây với năm đỉnh P, Q, R, S, T đỉnh U ( đỉnh nhỏ) Biên độ sóng P, Q, S nhỏ khoảng 0,2 – 0,5 mV Biên độ sóng R lớn nhất, khoảng 1,5 – mV Do đỉnh sóng QRS tín hiệu ECG thường nằm dải 400 µV – 2,5 mV Biên độ phụ thuộc vào vị trí đo thể trạng bệnh nhân Dải tần hoạt động khoảng 0,05 Hz – 100 Hz Các đạo trình đo Cơ thể người mơi trường dẫn điện, dịng điện tim phát truyền khắp thể Khi đặt hai điện cực hai điểm thể thu dòng điện hai điểm gọi đạo trình ( hay chuyển đạo) Mỗi đạo trình có dạng sóng khác Thơng thường người ta hay sử dụng 12 đạo trình để ghi tín hiệu điện tâm đồ bao gồm: - Đạo trình mẫu : đạo trình - Đạo trình đơn cực chi: đạo trình - Đạo trình trước ngực: đạo trình Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Hình 2.2 Tín hiệu ECG chuẩn Nhóm em chọn thiết kế mạch thu nhận tín hiệu đạo trình chuẩn tín hiệu điện tim Sau em xin giới thiệu chi tiết đề tài nhóm Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG THIẾT KẾ 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI: Điện cực tiếp xúc Bảo vệ đầu vào đệm Lọc thông thấp OUTPUT Lọc thông cao Khuếch đại đệm Lọc triệt tần 50 Hz Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch xử lý tương tự Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: +12V 2.2.1 Mạch vào CON2 TAY TRAI R3 47k D8 1N4148 L1 OP07 +12V -12V J2 D9 1N4148 U3 + J3 TAY PHAI R4 47k + D10 1N4148 R1 OP07 -12V CON2 D11 1N4148 U4 MACH VAO + R10 10k R21 20K OUT1 - C9 AD620 R6 22k R7 R8 10K 104 5K + U6 - 8 R1 U5 -12V L1 R9 1M OP07 J5 CHAN TRAI CHAN TRAI CON2 -12V R5 22k +12V +12V 2.2.2 Mạch khuếch đại đo Mach Khuech Dai Do Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG +12V 2.2.3 Mạch lọc thông thấp C13 473 R14 R13 22K OUT2 C12 104 + OUT3 OP07 -12V 203 U8 Mach Loc Thong Thap +12V 2.2.4 Mạch lọc thông cao R12 C10 504 C11 OUT1 10uF + 10 OP07 -12V MACH LOC THONG CAO OUT2 - 10uF R11 220k U7 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG C15 104 104 C14 +12V 2.2.5 Mạch lọc lọc tần 50Hz OUT3 R18 10k + OP07 R16 33k C16 104 -12V R15 33k OUT4 - R17 4k7 U9 C17 104 Mach Loc 50Hz 2.2.6 Mạch khuếch đại tín hiệu ra( KĐ Đệm): +12V Khuech Dai Tin Hieu Ra OUT4 + J4 OUTPUT - OP07 U10 CON2 R20 -12V 504 R19 4k7 11 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 2.2.7 Nguồn vào ( điều chỉnh 12V): AC1 D1 J1 VPP2 - + VPP1 CON3 C2 2200uF C4 104 2A + C1 2200uF C3 104 + AC2 Chinh Luu Cau D2 DIODE U1 VIN VOUT +12V 7812 D4 LED + C5 2200uF C6 104 CON2 D3 DIODE J6 1 VPP1 R1 10k Nguon +12V D6 DIODE U2 VPP2 VIN VOUT -12V J7 + C7 2200uF D7 DIODE D5 LED C8 104 CON2 2 1 7912 R2 10k Nguon -12V 12 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG KẾT QUẢ 3.1.HÌNH ẢNH 3.1.1.Mạch sau hồn thành : Mạch sau thiết kế xong 13 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Cắm nguồn bật công tắc, led sáng mạch hoạt động 14 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3.1.2 Hình ảnh sử dụng mạch đo : a) Cắm vào đầu vào tín hiệu hình sin, tần số 97 Hz, kết thu OXILO: 15 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 16 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG b) Dùng điện cực dán lên phần tay trái, tay phải chân phải, hình ảnh thu OXILO: 17 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 3.2 KẾT LUẬN, NHẬN XÉT: Nhóm em ghép nối mạch phần Do kỹ xử lý kinh nghiệm chưa có nhiều nên tín hiệu nhóm thu chưa ổn định Nhóm cố gắng xử lý để tín hiệu thu tốt Kinh nghiệm chùng em cịn chế tạo mạch cho y tế nên có nhiều sai sót mắc phải Qua việc làm với nhóm thấy nhóm có tinh thần tốt làm việc theo nhóm 18 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG 19 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG STT Tên linh kiện Nơi mua Số lượng Giá thành (VNĐ) Biến áp Chợ trời 50 000 OP07 Chợ Trời 7 000 CON2 Chợ Trời 2000 AD620 17A Hàn Thuyên 80000 LED Chợ Trời 500 Đế Chợ Trời 1500 Trở 4K7 Chợ Trời 500 Trở 47K Chợ Trời 500 Trở 22K Chợ Trời 500 10 Trở 10 K Chợ Trời 500 11 Trở 33K Chợ Trời 500 12 7812+7912 Chợ Trời 4000 13 1N4148 Chợ Trời 500 14 1N4007 Chợ Trời 500 15 VR Chợ Trời 3000 16 SW Chợ Trời 3000 17 Cáp nguồn Chợ Trời 15000 18 Tụ Gốm 104 Chợ Trời 10 2000 19 Tụ 2200µF Chợ Trời 16000 20 Tụ 10µF Chợ Trời 2000 21 Cầu 1A Chợ Trời 2000 20 Hà Nội, 18/05/2012 ... viên thực Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Tên đề tài: “ Thiết kế mạch thu nhận tín hiệu điện tâm đồ – ECG? ?? 1.1.1 Lý chọn đề tài Như... 2.2 Tín hiệu ECG chuẩn Nhóm em chọn thiết kế mạch thu nhận tín hiệu đạo trình chuẩn tín hiệu điện tim Sau em xin giới thiệu chi tiết đề tài nhóm Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện. .. Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG KẾT QUẢ 3.1.HÌNH ẢNH 3.1.1 .Mạch sau hoàn thành : Mạch sau thiết kế xong 13 Hà Nội, 18/05/2012 Mạch thu nhận tín hiệu điện tim ECG Cắm nguồn bật