Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đo điện não

Bé c«ng th−¬ng

viÖn nghiªn cøu ®iÖn tö, tù ®éng, tin häc hãa

B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé n¨m 2007

nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o

m¸y ®o ®iÖn n∙o

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Ths . trÇn v¨n tuÊn

6933

04/8/2008

hµ néi - 2007

BÁO CÁO

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN

CẤP BỘ NĂM 2007

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐIỆN NÃO

(Mã số: 138.07 RD/HĐ-KHCN)

Chủ nhiệm đề tài: Ths. Trần Văn Tuấn

Hµ néi, 12.2007

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

----------o0o----------

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 1

TÓM T T TÀI

Tính c p thi t c a tài:

Trong án “Nghiên c u ch t o và s n xu t trang thi t b y t n n m 2010”

ã c Th t ng chính ph phê duy t trong quy t nh S : 18/2005/Q -TTg ngày

21/01/2005 ã ch rõ n n m 2010 c n nghiên c u t s n xu t t i Vi t Nam nhi u

s n ph m thu c nhóm thi t b th m dò ch c n ng. Riêng máy o i n não m i n m

c n t i hàng ch c máy, do ó vi c nghiên c u, ch t o máy o i n não là r t phù h p

v i xu th hi n nay c a ngành y t . S n ph m c a tài này, máy o i n não, có th

s d ng r ng rãi trong nhi u b nh vi n tuy n t nh và huy n n c ta và m t ph n

thay th nh p kh u.

M c tiêu c a tài:

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não v i giá thành phù h p, ng th i

áp d ng các ph ng pháp x lý tín hi u s trong vi c nâng cao ch t l ng tín hi u,

t ng ng v i các s n ph m cùng lo i c a các n c tiên ti n.

D a trên các k t qu ã t c trong giai o n m t n m 2006 là ch t o c

máy o i n não d ng ghép n i máy tính, giai o n này s thi t k , b sung ch c n ng

t o ta m t máy o i n não d ng c l p, hoàn ch nh d a trên c s công ngh

nhúng.

Tình hình nghiên c u trong n c:

Máy o i n não là thi t b t ng i tinh vi và t ti n, u ph i mua n c

ngoài, do v y nhi u c s y t c a n c ta hi n nay v n ch a c trang b . D i góc

nghiên c u phát tri n, x lý nhi u cho tín hi u i n não luôn là thách th c l n nh t,

chính vì v y m c dù có m t s n v trong n c ã ch t o th nghi m song ch a

thành công do không gi i quy t c bài toán tín hi u bé (c V ).

Trong n m 2006, nhóm th c hi n tài ã gi i quy t thành công vi c x lý tín

hi u bé, nghiên c u, ch t o thành công máy o i n não cho ch t l ng t ng ng

v i máy ngo i nh p v i phân gi i hi u d ng <1.5 V . Ngoài ra các ph ng pháp

ánh giá, phân tích tín hi u i n não c ng ã c làm rõ.

Tình hình nghiên c u n c ngoài:

Xu h ng hi n nay c a các hãng s n xu t máy o i n não là ng d ng t i a

các công ngh m i nh t trong các l nh v c i n t và công ngh thông tin t o ra các

máy o có s kênh nhi u h n, g n nh h n, ít nhi u h n, thân thi n v i ng i s d ng

h n, c ng nh cung c p nhi u công c ánh giá k t qu tr giúp các bác s .

Các ch tiêu chính mà các nhà s n xu t nh Nicolet, Nihon Kohden, Neurosoft,

… t p trung vào nghiên c u phát tri n là t ng s kênh u vào, t ng t s tín hi u trên

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 2

t p, m r ng d i t n s x lý tín hi u. T t c các model m i xu t hi n và s xu t hi n

u s d ng công ngh DSP ngay trong các h p i n c c. Vi c u n i gi a các h p

i n c c và máy tính u th c hi n qua USB ho c c ng giao ti p Ethernet.

i v i ph n m m, ngoài các ch c n ng thông th ng nh hi n th , l u tr , phân

tích nh ph , … các hãng c ng a ra nhi u l c ch n cho các bác s nh ng tr giúp

trong vi c o, tính toán, hay t thêm các b l c tín hi u s cho t h p tín hi u khác

nhau.

Ph ng pháp nghiên c u:

- S d ng các quy nh, quy chu n hi n i trong thi t k , ch t o thi t b o

l ng tín hi u sinh h c trong y t .

- u t t p trung vào các linh ki n có ph m ch t t t và m i nh t hi n nay

nh ADC Delta Sigma, IC cách ly s , …

- L a ch n thích h p các module ph n c ng d ng OEM

- ào t o, t p hu n s d ng các công c phát tri n trên h nhúng

- Thi t k và ph n bi n thi t k

N i dung chính n m 2007:

- Nghiên c u kh o sát các lo i máy i n não m u có ch c n ng tiên ti n nh t

hi n nay.

- D a vào k t qu nghiên c u n m 2006, hoàn thi n ph n c ng t o ra máy o

d ng c l p v i 32 kênh tín hi u.

- Vi t ph n m m giao di n trên h nhúng.

- Vi t ch ng trình in.

- Thêm vào m t s u vào b sung khác.

- Áp d ng các ch c n ng x lý tiên ti n, h tr ch n oán vào máy.

- Ti n hành m t s phép o ki m nh an toàn.

- Áp d ng th nghi m t i các c s y t .

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 3

VI T T T

B: Non-cardiac grounded, Applied Part: Ki u thi t b ti p xúc tr c ti p v i b nh

nhân không liên quan n tim m ch mà m t u c n i t.

BF: Non-cardiac floating, Applied Part: Ki u thi t b ti p xúc tr c ti p v i b nh

nhân không liên quan n tim m ch có t n i.

CF: Ki u thi t b ti p xúc tr c ti p v i b nh nhân có liên quan n tim m ch, t

n i (Cardiac floating, Applied Part).

MD: Medical device (product or equipment) under test: Thi t b y t ã c

ki m tra.

FE: Function earth: t ch c n ng

PE: Protective earth: t b o v

NC: Normal conditions: i u ki n th ng

SFC: Single fault conditions: i u ki n x y ra l i n l

EEG: Electroencephalograph – máy o i n não

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 4

M C L C

VI T T T ................................................................................................................. 3

CH NG 1: KH O SÁT M T S MÁY O I N NÃO C L P ....... 9

1.1 M T S MÁY O I N NÃO C L P HI N NAY................................... 9

1.2 YÊU C U AN TOÀN I V I MÁY O I N NÃO.................................. 12

1.2.1 Các ch s an toàn i v i máy o i n não ............................................. 12

1.2.2 Các bài test an toàn i n c a máy o................................................... 12

CH NG 2: HOÀN THI N MÁY O I N NÃO C L P................. 18

2.1 CH TIÊU CH T L NG C A MÁY O I N NÃO BRAINSCOPE II.. 19

2.2 HOÀN THI N PH N C NG.......................................................................... 19

2.2.1 Hoàn thi n thi t k m ch khu ch i và l c: ............................................ 23

2.2.2 Hoàn thi n ch c n ng o i n tr ti p xúc ............................................... 26

2.2.3 Thi t k m ch s ...................................................................................... 28

2.2.4 H p máy tính nhúng: ............................................................................... 33

2.2.5 Kh i cách ly: ........................................................................................... 36

2.3 XÂY D NG PH N M M I U KHI N (FIRMWARE) CHO MÁY O

I N NÃO .............................................................................................................. 39

2.3.1 Thi t k ph n m m cho vi x lý............................................................... 39

2.3.2 X lý tín hi u i n não trên vi x lý......................................................... 41

2.3.3 Giao th c truy n thông v i máy tính........................................................ 44

2.4 XÂY D NG PH N M M TRÊN MÁY TÍNH NHÚNG CHO MÁY O

I N NÃO .............................................................................................................. 45

2.4.1 Thi t k t ng th ph n m m i u khi n trên máy tính nhúng ................... 45

2.4.2 Module ph n m m ghép n i..................................................................... 48

2.4.3 Module x lý tín hi u............................................................................... 50

2.4.4 Module ph n m m hi n th ...................................................................... 52

CH NG 3: TH NGHI M VÀ ÁNH GIÁ K T QU .......................... 55

3.1 PH NG PHÁP ÁNH GIÁ .......................................................................... 55

3.2 TH NGHI M, ÁNH GIÁ PH N C NG VÀ PH N M M:..................... 55

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 5

CH NG 4: K T LU N.............................................................................. 62

TÀI LI U THAM KH O.............................................................................. 63

Nghiên c u, thi t k , ch t o máy o i n não

tài c p b 2007 6

M C L C CÁC HÌNH

Hình 1-1: Máy o i n não c a Phoenix Clinical ........................................................ 9

Hình 1-2: Máy o i n não c a Biosemi ..................................................................... 9

Hình 1-3: Máy o i n não c a Biola........................................................................ 10

Hình 1-4: Máy o i n não c a Neurosoft................................................................. 10

Hình 1-5: Máy o i n não k thu t s ....................................................................... 11

Hình 1-6: Nguyên lý c a h o tín hi u i n não....................................................... 11

Hình 1-7: o tính liên t c c a t b o v .................................................................. 13

Hình 1-8: Ki m tra i n tr tr cách ly i v i các thi t b l p I................................ 13

Hình 1-9: Ki m tra i n tr cách ly i v i các thi t b l p II.................................... 14

Hình 1-10: B trí thi t b o dòng rò ......................................................................... 14

Hình 1-11: o dòng rò d t ........................................................................................ 14

Hình 1-12: o dòng rò v ......................................................................................... 15

Hình 1-13: o rò ph n ti p xúc v i b nh nhân v i các ph n ti p xúc v i b nh nhân

c n i v i nhau ..................................................................................................... 15

Hình 1-14: o dòng rò trên b nh nhân cho riêng m i ph n ti p xúc v i b nh nhân... 16

Hình 1-15: Do dòng d trên b nh nhân ..................................................................... 16

Hình 1-16: Phép o m ng i n l i trên ph n ti p xúc v i b nh nhân....................... 17

Hình 2-1: Thi t k t ng th máy o i n não............................................................. 20

Hình 2-2: Thi t k ph n c ng cho máy o i n não................................................... 21

Hình 2-3:S m t kênh khu ch i ........................................................................ 21

Hình 2-4: H p u n i các i n c c .......................................................................... 22

Hình 2-5: S c p ngu n........................................................................................ 22

Hình 2-6: M i n c c và cách m c i n c c theo chu n 10-20 qu c t .................... 23

Hình 2-7: S nguyên lý c a m ch khu ch i....................................................... 25

Hình 2-8: S nguyên lý b l c Sallen-key b c 5 dùng AD4941 ............................ 26

Hình 2-9. S kh i h o l ng EEG..................................................................... 26

Hình 2-10. S nguyên lý m ch o tr kháng EEG................................................ 27

Hình 2-11. S m ch o tr kháng......................................................................... 27