Luận Án Tiến Sĩ: Loại Trừ Nhiễu Và Nén Tín Hiệu Điện Tim Ứng Dụng Trong Truyền Dẫn Vô Tuyến

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU

1.1. Mục đích nghiên cứu

1.2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án

1.3. Các vấn đề cần giải quyết của luận án

1.4. Phạm vi nghiên cứu của luận án

1.5. Phương pháp nghiên cứu của luận án

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

1.7. Cấu trúc của luận án

1.8. Các đóng góp chính của luận án

2. TỔNG QUAN VỀ THU NHẬN, XỬ LÝ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM TRONG HỆ THỐNG THEO DÕI VÀ HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH NHÂN TIM MẠCH

2.1. Tín hiệu điện tim và đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện tim

2.1.1. Tín hiệu điện tim

2.1.2. Đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện tim

2.2. Ứng dụng của tín hiệu điện tim trong theo dõi, chẩn đoán và nghiên cứu các bệnh tim mạch

2.3. Các loại nhiễu chính ảnh hưởng tới tín hiệu điện tim

2.4. Hệ thống chẩn đoán và theo dõi bệnh nhân tim mạch

2.4.1. Hệ thống chẩn đoán

2.4.2. Hệ thống theo dõi bệnh nhân tim mạch

2.5. Tóm lược một số công nghệ vô tuyến được ứng dụng trong hệ thống theo dõi và hỗ trợ chẩn đoán bệnh tim mạch

2.5.1. Giới thiệu về Zigbee

2.5.2. Tóm lược một số nghiên cứu, ứng dụng Zigbee để truyền tín hiệu điện tim

2.5.3. Sơ lược về Bluetooth

2.5.4. Tóm lược một số nghiên cứu, ứng dụng Bluetooth để truyền tín hiệu điện tim

2.5.5. Giới thiệu sơ lược về công nghệ WiFi

2.5.6. Tóm lược một số nghiên cứu, ứng dụng WiFi để truyền tín hiệu điện tim

2.5.7. Công nghệ GPRS/3G

2.5.8. Giới thiệu sơ lược về công nghệ GPRS/3G

2.5.9. Tóm lược một số nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GPRS/3G để truyền tín hiệu điện tim

2.6. Định hướng các nội dung nghiên cứu của luận án

2.7. Kết luận chương

3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LỌC NHIỄU TRONG TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

3.1. Lọc nhiễu nguồn xoay chiều

3.2. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả lọc nhiễu nguồn xoay chiều dùng bộ lọc triệt tần thích nghi dựa trên biến đổi Fourier nhanh và nhiều vòng lặp

3.3. Phương pháp thực hiện

3.4. Kết quả thử nghiệm

3.5. Lọc nhiễu trôi dạt đường cơ sở

3.6. Đề xuất phương pháp lọc nhiễu trôi dạt đường cơ sở trong miền thời gian dựa trên các điểm đẳng thế

3.7. Phương pháp thực hiện

3.8. Kết quả thực hiện

3.9. Kết luận chương

4. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU ĐIỆN TIM (ECG) ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG THEO DÕI VÀ CHẨN ĐOÁN BỆNH TIM MẠCH TỪ XA

4.1. Thuật toán nén hai trạng thái

4.1.1. Tổng quan về thuật toán nén hai trạng thái

4.1.2. Phân loại trạng thái của tín hiệu ECG

4.1.3. Nén các mẫu chênh lệch dựa trên trạng thái

4.1.4. Đánh dấu sự thay đổi trạng thái

4.1.5. Biểu diễn các mẫu chênh lệch

4.1.6. Phân loại lại trạng thái dữ liệu

4.1.7. Khôi phục các mẫu chênh lệch

4.1.8. Thử nghiệm và kết quả

4.1.9. Các tiêu chí đánh giá thuật toán nén

4.1.10. Thử nghiệm với cơ sở dữ liệu MIT-BIH

4.1.11. Thử nghiệm với cơ sở dữ liệu nhịp nhanh tâm thất CU ventricular tachyarrhythmia

4.1.12. Ảnh hưởng của việc chọn tỷ lệ nén tới hiệu quả thuật toán

4.1.13. Tính linh hoạt của thuật toán

4.1.14. So sánh hiệu quả của thuật toán với một số phương pháp khác

4.2. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THUẬT TOÁN NÉN HAI TRẠNG THÁI TÍN HIỆU ECG TRONG MÔI TRƯỜNG WIFI

4.2.1. Lựa chọn điều kiện thử nghiệm

4.2.2. Thử nghiệm hệ thống truyền–nhận với tín hiệu ECG, ứng dụng công nghệ WiFi và thuật toán nén hai trạng thái tín hiệu ECG

4.2.3. Xây dựng mô hình hệ thống thử nghiệm

4.2.4. Quy trình thử nghiệm và các tham số đánh giá chất lượng hệ thống thử nghiệm

4.2.5. Lựa chọn số lượng mẫu nén và tỉ lệ nén dữ liệu ECG

4.2.6. Các tham số đánh giá chất lượng hệ thống thử nghiệm

4.2.7. Điều kiện thử nghiệm hệ thống

4.2.8. Kết quả thử nghiệm

4.2.9. Thử nghiệm hệ thống trong điều kiện có vật cản

4.2.10. Thử nghiệm hệ thống trong điều kiện không có vật cản (tầm nhìn thẳng)

4.2.11. Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tín hiệu điện tim và ứng dụng trong y tế

Tín hiệu điện tim (ECG) là một công cụ quan trọng trong chẩn đoán và theo dõi các bệnh lý tim mạch. Nó ghi lại hoạt động điện của tim, phản ánh các bất thường như loạn nhịp, thiếu máu cục bộ, và các vấn đề khác. Ứng dụng trong y tế của ECG bao gồm theo dõi bệnh nhân từ xa, hỗ trợ chẩn đoán, và nghiên cứu các bệnh tim mạch. Các hệ thống truyền dẫn vô tuyến như Zigbee, Bluetooth, WiFi, và GPRS/3G đã được sử dụng để truyền tín hiệu ECG, giúp bệnh nhân được theo dõi liên tục mà không cần đến bệnh viện.

1.1. Đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện tim

Tín hiệu điện tim bao gồm các sóng P, QRS, và T, mỗi sóng đại diện cho một giai đoạn hoạt động của tim. Các đặc điểm cơ bản như biên độ, thời gian, và hình dạng của các sóng này cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng tim mạch. Nhiễu từ các nguồn như nguồn xoay chiều, trôi dạt đường cơ sở, và nhiễu trắng có thể ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, làm giảm độ chính xác của chẩn đoán.

1.2. Ứng dụng của tín hiệu điện tim trong y tế

Ứng dụng trong y tế của ECG bao gồm theo dõi bệnh nhân từ xa, hỗ trợ chẩn đoán, và nghiên cứu các bệnh tim mạch. Các hệ thống truyền dẫn vô tuyến như Zigbee, Bluetooth, WiFi, và GPRS/3G đã được sử dụng để truyền tín hiệu ECG, giúp bệnh nhân được theo dõi liên tục mà không cần đến bệnh viện. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc giảm tải cho các bệnh viện và cung cấp dịch vụ y tế kịp thời cho bệnh nhân ở vùng sâu vùng xa.

II. Loại trừ nhiễu trong tín hiệu điện tim

Loại trừ nhiễu là một bước quan trọng trong xử lý tín hiệu điện tim để đảm bảo chất lượng tín hiệu. Các loại nhiễu phổ biến bao gồm nhiễu nguồn xoay chiều, nhiễu trôi dạt đường cơ sở, và nhiễu trắng. Các phương pháp lọc nhiễu như bộ lọc triệt tần thích nghi và lọc trong miền thời gian dựa trên các điểm đẳng thế đã được đề xuất để nâng cao hiệu quả lọc nhiễu.

2.1. Lọc nhiễu nguồn xoay chiều

Nhiễu nguồn xoay chiều thường có tần số 50Hz hoặc 60Hz, gây ảnh hưởng lớn đến tín hiệu ECG. Phương pháp lọc triệt tần thích nghi dựa trên biến đổi Fourier nhanh và nhiều vòng lặp đã được đề xuất để loại bỏ nhiễu này. Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp này cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR), giúp tín hiệu ECG trở nên rõ ràng và dễ phân tích hơn.

2.2. Lọc nhiễu trôi dạt đường cơ sở

Nhiễu trôi dạt đường cơ sở thường xuất hiện do sự thay đổi điện thế trên da hoặc do chuyển động của bệnh nhân. Phương pháp lọc trong miền thời gian dựa trên các điểm đẳng thế đã được đề xuất để loại bỏ nhiễu này. Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp này hiệu quả trong việc giảm nhiễu trôi dạt, giúp tín hiệu ECG ổn định và dễ dàng phân tích các sóng thành phần.

III. Nén tín hiệu điện tim trong truyền dẫn vô tuyến

Nén tín hiệu điện tim là một kỹ thuật quan trọng để giảm lượng dữ liệu cần truyền trong các hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Thuật toán nén hai trạng thái đã được đề xuất để nén tín hiệu ECG, giúp giảm kích thước dữ liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu. Kết quả thử nghiệm cho thấy thuật toán này hiệu quả trong việc nén tín hiệu ECG với tỷ lệ nén cao và sai số tái tạo thấp.

3.1. Thuật toán nén hai trạng thái

Thuật toán nén hai trạng thái dựa trên việc phân loại các mẫu tín hiệu ECG thành hai trạng thái: trạng thái cao và trạng thái thấp. Các mẫu chênh lệch giữa hai trạng thái được nén lại để giảm kích thước dữ liệu. Kết quả thử nghiệm với cơ sở dữ liệu MIT-BIH cho thấy thuật toán này đạt tỷ lệ nén cao và sai số tái tạo thấp, đảm bảo chất lượng tín hiệu sau khi giải nén.

3.2. Ứng dụng trong môi trường WiFi

Ứng dụng trong môi trường WiFi của thuật toán nén hai trạng thái đã được thử nghiệm trong các điều kiện có và không có vật cản. Kết quả cho thấy thuật toán này hiệu quả trong việc truyền tín hiệu ECG qua mạng WiFi, giảm thiểu lỗi gói dữ liệu và đảm bảo chất lượng tín hiệu. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống theo dõi bệnh nhân từ xa sử dụng công nghệ WiFi.

Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử: Loại Trừ Nhiễu Và Nén Tín Hiệu Điện Tim Ứng Dụng Trong Môi Trường Truyền Dẫn Vô Tuyến