TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO TÌM HIỂU ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM
VÀ MẠCH RIGHT LEG DRIVE
Sinh viên thực hiện: Lê Đình Hạ
MSSV: 20140140
Giảng viên hướng dẫn: TS Đào Việt Hùng
Học phần: Mạch xử lý tín hiệu Y Sinh

Hà Nội, 11-2019

1


LỜI NĨI ĐẦU
Tín hiệu điện tim hiện nay đã trở nên vơ cùng quan trọng, giúp bác sĩ chẩn đốn nhiều
bệnh, hỗ trợ trong phẫu thuật,… Tuy nhiên, việc thu được tín hiệu điện tim tốt nhất, giảm
tối đa nhiễu không đơn giản, đồng thời cần phải đảm bảo khi lắp đặt thiết bị đo tín hiệu
điện tim vào bệnh nhân, giảm thiểu tối đa các rủi ro khi xảy ra dị điện.

Để đáp ứng các nhu cầu đó, mạch Right leg Drive ra đời.

2


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM (ECG)

i
ii
iv
v
1

1.1 Khái niệm

1

1.2 Sơ lược về hệ thống điện tim

2

CHƯƠNG 2. ĐIỆN CỰC VÀ CÁC ĐẠO TRÌNH ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

4

2.1 Điện cực

4

2.1.1 Điện cực sử dụng gel

4

2.1.2 Điện cực khơ


5

2.2 Các đạo trình

5

2.2.1 Đạo trình mẫu I, II, III

5

2.2.2 Đạo trình đơn cực các chi

6

2.2.3 Sáu đạo trình trước ngực

6

CHƯƠNG 3. MẠCH RIGHT LEG DRIVE

8

3.1 Tại sao phải dán điện cực chống nhiễu ở chân?

8

3.2 Mạch Right leg Drive

8


3.2.1 Mạch Right leg Drive trong việc cải thiện CMRR

9

3.2.2 Cực trung tâm Wilson

10

KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

12
13

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ECG : Electrocardiogram – tín hiệu điện tim
3


PGA : Programmable gain amplifier
CMRR : Common mode Rejection Ratio – tỉ số nén nhiễu
WCT: Wilson’s Central Terminal – Cực trung tâm Wilson

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tín hiệu điện tim 6Hình 1.2. Di chuyển của xung điện của tim
7Hình 1.3.

Một chu kỳ tín hiệu điện tim
7Hình 2.1 a. Mối liên hệ giữa trở kháng và khu vực, b.
Điện cực và gel, c. Mặt cắt điện cực
8Hình 2.2 Đạo trình mẫu 9Hình 2.3 Đạo trình
đơn cực các chi
10Hình 2.4 Đạo trình trước ngực 11Hình 3.1 . Sơ đồ khối của mạch
thu tín hiệu ECG
12Hình 3.2 . Mạch Right leg Drive cho tín hiệu điện tim
13Hình 3.3 Hệ thống tương tự của một hệ thống Right led drive với dòng điện dẫn
tới khối theo dõi điện cực đã gắn 14Hình 3.4 Biểu diễn sơ đồ khối của WCT
15

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM (ECG)
1.1 Khái niệm
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 dịng điện tuy rất nhỏ, khoảng một phần nghìn volt, nhưng có
thể dị thấy được từ các cực điện đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân và chuyển đến máy
ghi. Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng
trong y học để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ
tim...
Tần số : 0.05 Hz – 100 Hz
Biên độ : 10µV – 5mV

5


Hình 1.1 Tín hiệu điện tim

1.2 Sơ lược về hệ thống điện tim

Tim người có 4 buồng để chứa và bơm máu. Hai phần nhỏ ở phía trên gọi là tâm nhĩ (vì
trơng giống lỗ tai). Hai phần dưới lớn hơn gọi là tâm thất. Máu theo tĩnh mạch từ cơ
thể trở về tâm nhĩ phải, từ phổi trở về tâm nhĩ trái. Tâm nhĩ trái bóp bơm máu vào tâm
thất trái, tâm nhĩ phải đưa máu vào tâm thất phải. Sau đó tâm thất phải bóp để bơm máu
theo động mạch lên phổi và tâm thất trái bóp để bơm máu xuống cơ thể. Tim có khả năng
hoạt động đều đặn và thứ tự như thế là nhờ một hệ thống các tế bào dẫn điện đặc biệt
nằm trong cơ tim.
Trong tâm nhĩ bên phải có nút xoang nhĩ (sinoatrial node) gồm các tế bào có khả năng tự
tạo xung điện (electric impulse). Xung điện này truyền ra các cơ chung quanh làm co bóp
hai tâm nhĩ (tạo nên sóng P trên Điện Tâm đồ). Sau có dịng điện tiếp tục truyền theo 1
chuỗi tế bào đặc biệt tới nút nhĩ thất (atrioventricular node) nằm gần vách liên thất rồi
theo chuỗi tế bào sợi Purkinje chạy dọc vách liên thất lan vào các cơ chung quanh (loạt
sóng QRS) làm hai thất này co bóp. Sau đó xung điện giảm đi, tâm thất giãn ra (tạo nên
sóng T).

6


Hình 1.2. Di chuyển của xung điện của tim

Hình 1.3. Một chu kỳ tín hiệu điện tim

7


CHƯƠNG 2. ĐIỆN CỰC VÀ CÁC ĐẠO TRÌNH ĐO TÍN HIỆU
ĐIỆN TIM
Rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng việc thu được tín hiệu điện tim rõ cực kỳ quan
trọng cho việc chẩn đốn chính xác. Nhưng, việc thu được tín hiệu điện tim “sạch” là một
thử thách, đặc biệt khi sử dụng 12 đạo trình điện tim. Có rất nhiều yếu tố địi hỏi sự chính

xác: thiết bị thu tín hiệu cần lắp đặt chính xác, bệnh nhân phải thoải mái và các điện cực
cần đặt chính xác vào cơ thể, tay, chân đúng vị trí để thu được kết quả chính xác nhất.
Dưới đây sẽ là thơng tin về điện cực và các đạo trình để thu được tín hiệu điện tim.

2.1 Điện cực
2.1.1 Điện cực sử dụng gel
Hiện nay, việc thương mại hóa điện cực dán bề mặt sử dụng một lần để đo tín hiệu ECG
đã vô cùng phổ biến. Loại điện cực này vô cùng rẻ và dễ tìm thấy trên thị trường. Điện cực
được tạo bởi Ag/ AgCl điện cực, bao quanh bởi một loại gel dẫn điện có điện trở suất
khoảng 100Ωm. Gel được bao bởi một loại vật liệu dính, thứ được sử dụng để dính chặt
vào điện cực.
Điện cực có đường kính tổng cộng 25mm, đường kính của gel khoảng 16mm và đường
kính của đĩa Ag/ AgCl khoảng 10mm. Hình ảnh mặt cắt cho thấy gel ở dưới đầu dày khoảng
600µm, dày hơn nhiều so với phần cịn lại, do đó, việc tính tốn vùng đo trở nên khó khăn.

Hình 2.1 a. Mối liên hệ giữa trở kháng và khu vực, b. Điện cực và gel, c. Mặt cắt điện cực

8


2.1.2 Điện cực khô
Điện thế của bệnh nhân thường xuyên được đo với điện cực dùng một lần Ag/ AgCl.
Loại điện cực này thu được chất lượng tín hiệu tốt nhưng gây khó chịu khi sử dụng
thời gian dài. Trước khi sử dụng điện cực da cần phải được cạo và làm sạch với cồn.
Để loại bỏ nhưng khó khăn này, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm điện cực thay thế có
thể được áp dụng trong mơi trường lâm sàng và nghiên cứu. Điện cực khơ có thể hoạt
động khơng cần gel, dính hay cả chuẩn bị da đã được nghiên cứu nhiều thập kỷ.
Chúng đã được sử dụng trong nghiên cứu nhưng vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn
cho y học. Cho đến giờ, việc hoàn thành đánh giá và so sánh của điện cực khô vẫn
chưa được mơ tả rõ ràng.


2.2 Các đạo trình
2.2.1 Đạo trình mẫu I, II, III

Hình 2.2 Đạo trình mẫu

-

Chuyển đạo I: RA (-) tới LA (+)

-

Chuyển đạo II: RA (-) tới LF (+)

-

Chuyển đạo III: LA (-) tới LF (+)
9


2.2.2 Đạo trình đơn cực các chi
-

Chuyển đạo aVR: RA (+) tới [LA & LF] (-)

-

Chuyển đạo aVL: LA (+) tới [RA & LF] (-)

-


Chuyển đạo aVF: LF(+) tới [RA & LA] (-)

Hình 2.3 Đạo trình đơn cực các chi

2.2.3 Sáu đạo trình trước ngực
V1 (C1) : Khoảng trống thứ tư giữa các xương sườn, tại đường viền xương ức bên phải.
V2 (C2) : Khoảng trống thứ tư giữa các xương sườn, tại đường viền xương ức bên trái.
V3 (C3) : một nữa, ở giữa V2 và V4.
V4 (C4) : Khoảng trống liên sườn thứ năm, nằm trên đường trung gian.
V5 (C5) : Đường nách phía trước bên trái, ở mặt ngang như V4.
V6 (C6) : Đường trung thất bên trái, ở mặt ngang như V4 và V5.
RA (R) : Tay phải (bên trong cổ tay).
LA (L) : tay trái (bên trong cổ tay).
RL (N) : chân phải (trong mắt cá).
LL (F) : chân trái (trong mắt cá).

10


Hình 2.4 Đạo trình trước ngực

CHƯƠNG 3. MẠCH RIGHT LEG DRIVE
3.1 Tại sao phải dán điện cực chống nhiễu ở chân?
- Làm loại bỏ tác động không mong muốn từ nguồn điện lưới 50 - 60Hz. Nếu xuất hiện
dòng rò, dòng rò sẽ đi theo chân phải xuống đất, hạn chế khả năng đi qua tim.
- Mạch Right leg Drive ấy tín hiệu từ mạch khuếch đại đo đưa trở về chân phải của bệnh
nhân, làm tăng khả năng loại bỏ nhiễu mode chung khi đo tín hiệu điện tim.
11



- Khi nối điện cực chi với điện trở R = 5kΩ, tạo thành phương pháp đo Wilson Central
Terminal (Cực trung tâm Wilson).
Chương 3 chủ yếu nói về khả năng loại bỏ nhiễu mode chung của mạch Right leg Drive.

3.2 Mạch Right leg Drive

Hình 3.1 . Sơ đồ khối của mạch thu tín hiệu ECG

12


Hình 3.2 . Mạch Right leg Drive cho tín hiệu điện tim

3.2.1 Mạch Right leg Drive trong việc cải thiện CMRR
Với công nghệ này, một điện trở 𝑅𝑝 được sử dụng để có ảnh hưởng tới cơ thể bệnh
nhân ( được gọi là electrode resistance). Giá trị của điện trở làm điện thế của cơ thể
bệnh nhân suy giảm, CMRR của hệ thống được cải thiện. Trong trường hợp cơ thể
bệnh nhân vơ tình nối đất tạo thành vịng khép kín, dịng rị sẽ đi qua điện trở 𝑅𝑝
xuống đất.

o Ảnh hưởng của việc dẫn ngắt kết nối trong hệ thống Right leg Drive
Hệ thống điện tim luôn bao gồm dòng điện dẫn tới bộ kiểm tra kết nối của điện cực
với da. Khi một điện cực bị ngắt kết nối với da, dòng điện dẫn sẽ đưa điện thế của
điện cực tới đường dẫn hoặc đất của nguồn điện áp.

13


Hình 3.3 Hệ thống tương tự của một hệ thống Right led drive với dòng điện dẫn tới khối

theo dõi điện cực đã gắn

Xét trường hợp khi điện cực ở tay phải mở, ở tay trái đóng, nhiễu mode chung đầu ra
của PGA loại bỏ khỏi điện áp tham chiếu dẫn đến vòng hồi tiếp của Right leg Drive
thất bại. Trường hợp này, nhiễu mode chung của cơ thể bệnh nhân được đưa tới
đường dẫn, sau đó ngưng PGA hồn toàn. Bởi vậy, chúng ta vần chú ý khi sử dụng kỹ
thuật Right leg Drive hồi tiếp trong trường hợp khả năng cao có điện cực khơng kết
nối với bệnh nhân.
3.2.2 Cực trung tâm Wilson
Điện cực đơn cực bắt nguồn từ sự chênh lệch điện thế giữa một điểm nguồn sử dụng
một điện cực thăm dị về phía tim (cực dương vào – anode) và một điểm 0 (cực âm
vào – cathode). Theo lý thuyết, trong một môi trường vô hạn đồng nhất, điện thế ở vơ
cùng có thể bằng 0. Thực tế, khơng thể có điện thế 0 thu được từ cơ thể người – vật
thể dẫn. WCT được phát triển trong việc đo tín hiệu điện tim như một điểm 0 cho các
14


đạo trình, là bản ghi đơn cực, trái ngược với các đạo trình chi sử dụng cấu hình lưỡng
cực. Trước khi WCT phát triển, đạo trình chi đã được sử dụng như một “điểm 0” cho
các bản ghi đơn cực trước, tuy nhiên không đem lại nhiều hiệu quả.
WCT tạo một nối đất ảo bởi kết hợp ba điện cực chi (tay phải, tay trái, chân trái) kết
nối với điểm trung tâm qua ba điện trở (khoảng 5kΩ). Cơ sở toán học là coi tim như
một điểm nguồn tại tam giác Einthoven. Kết quả mang lưới là một điện thế chênh lệch
gần như bằng 0. Phương trình và cách giải quyết có thể tìm thấy ở sách của Wilson.
Việc sử dụng điện trở có giá trị lớn đưa hệ thống gặp trở ngại từ bên ngoài như nhiễu
nguồn 50-60Hz, đã được bù trừ với bộ lọc Notch. Hơn thế nữa, việc thêm vào dòng
điện qua chân phải, mạch Drive leg drive cho phép bệnh nhân được điều khiển đến
cùng điện áp với bộ khuếch đại chung, giảm nhiễu mode chung. Nhìn chung, sự
chênh lệch điện thế tồn tại giữa WCT và đất trong khoảng 0.2-0,3mV. Tuy nhiên vẫn
coi WCT như một đất ảo.


Hình 3.4 Biểu diễn sơ đồ khối của WCT

15


KẾT LUẬN
Mạch Right leg Drive hỗ trợ rất lớn trong các thiết bị đo tín hiệu điện tim trong đó là việc
giảm nhiễu mode chung. Mạch Right leg Drive góp phần lớn trong việc thu tín hiệu điện
tim, đảm bảo thu được tín hiệu chính xác và rõ nét nhất, giúp ích trong việc chẩn đốn
bệnh.
Em xin cảm ơn thầy Đào Việt Hùng đã tạo điều kiện tìm hiểu về mạch Right leg Drive,
giúp em biết thêm về tác dụng của nó trong việc thu tín hiệu điện tim.
Em xin cảm ơn thầy.

Sinh viên thực hiện
Lê Đình Hạ

16


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) for the in-situ analysis of metallic
heritage artefacts, S. Grassini, in Corrosion and Conservation of Cultural Heritage
Metallic Artefacts, 2013.
2. Dry electrodes for electrocardiography, N Meziane , J G Webster , M Attari and A J
Nimunkar, 2013 (on website).
3. Improving Common-Mode Rejection Using the Right-leg Drive Amplifier, Texas
Instruments, 2011.
4. Wilson Central Terminal, the keystone to electrogram recording – What, where, why?,

John Silberbauer EP Fellow, San Raffaele Hospital, Milan, 2013.
5. Electrocardiogram circuit design, Nathan M Kestro, 2013.

17