Chương 1: Tác giả trình bày tóm lược về tín hiệu ECG và các đạo trình đo cơ bản; ứng dụng của tín hiệu ECG trong theo dõi, chẩn đoán và nghiên cứu các bệnh tim mạch; sự ảnh hưởng của nhiễu tới tín hiệu ECG; trình bày cơ bản về hệ thống chẩn đoán và theo dõi bệnh nhân tim mạch; tóm lược một số công nghệ vô tuyến được ứng dụng trong hệ thống này và cuối cùng là định hướng các nội dung chính cần nghiên cứu của luận án. Chương 2: Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả lọc nhiễu trong tín hiệu điện tim: Trình bày sơ lược về một số phương pháp gần đây được sử dụng để lọc hai loại nhiễu: Nhiễu nguồn xoay chiều 50Hz và nhiễu trôi dạt đường cơ sở. Đánh giá hiệu quả của các phương pháp đã nghiên cứu. Trên cơ sở các nhận xét, tác giả đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả lọc nhiễu đối với hai loại nhiễu này để giúp cho việc theo dõi và hỗ trợ chẩn đoán bệnh tim mạch đạt được hiệu quả cao.
Chương 3: Phân tích các phương pháp nén dữ liệu điện tim đã được nghiên cứu, đánh giá ưu điểm, nhược điểm của các phương pháp này. Đề xuất phương pháp nén dữ liệu điện tim mới và thử nghiệm phương pháp đề xuất với hai bộ cơ sở dữ liệu điện tim chuẩn gồm 48 bản ghi điện tim loạn nhịp và 9 bản ghi nhịp nhanh tâm thất. So sánh hiệu quả của thuật toán nén đề xuất với một số phương pháp khác. Chương 4: Thiết lập hệ thống thử nghiệm trong môi trường thực tế để truyền-nhận tín hiệu ECG sử dụng công nghệ WiFi với hai loại dữ liệu là dữ liệu điện tim không nén và có nén bằng phương pháp đề xuất.
Đánh giá chất lượng tín hiệu ECG thu nhận trong hệ thống thông qua các tham số điển hình. Kết luận và hướng phát triển: Các đóng góp chính của luận án Đề xuất phương pháp lọc nhiễu nguồn xoay chiều dùng phương pháp lọc triệt tần thích nghi dựa trên biến đổi Fourier nhanh và nhiều vòng lặp. 6 Đề xuất phương pháp lọc nhiễu trôi dạt đường cơ sở trong miền thời gian dựa trên các điểm đẳng thế (isoelectric points) của tín hiệu điện tim. Đề xuất phương pháp nén hai trạng thái tín hiệu điện tim nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu trên đường truyền trong môi trường WiFi.
Đánh giá thuật toán nén - giải nén hai trạng thái tín hiệu ECG trong môi trường truyền- nhận sử dụng công nghệ WiFi trong thời gian thực và môi trường truyền thực tế. 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 1. Tín hiệu điện tim và đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện tim 1. Tín hiệu điện tim Tín hiệu điện tim (Electrocardiography - ECG) ghi lại những hoạt động mang tính chất điện của tim.
Tín hiệu ECG được gọi là bình thường (trạng thái tim hoạt động bình thường) bao gồm năm đỉnh lồi, lõm được gán bởi năm chữ cái là P,Q,R,S và T tương ứng với các sóng thành phần cơ bản gồm sóng P, phức bộ QRS và sóng T [23]. Trong một số trường hợp có thêm đỉnh U (sóng U). Trong trường hợp bệnh nhân bị nhịp tim chậm (< 60 nhịp/phút) và được đo tín hiệu điện tim theo đạo trình trước tim bên phải thì sóng U được thể hiện rất rõ.1 thể hiện dạng tín hiệu điện tim bình thường được đo theo các đạo trình chi của Willem Einthoven [61].1 Dạng tín hiệu điện tim b nh thường đo theo đạo trình chi (nguồn: [61]) 1. Đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện tim Tín hiệu điện tim có tần số từ 0.05Hz ÷ 100Hz (đây là dải tần số dành cho chẩn đoán bệnh tim mạch), và từ 0.
Một số đặc điểm về biên độ và khoảng thời gian của các sóng thành phần trong tín hiệu điện tim được thể hiện trong bảng 1.1 iên độ của các sóng thành phần trong tín hiệu điện tim (nguồn:[23]) Sóng thành phần Biên độ (mV) Sóng P < 0.25 Phức bộ QRS 1.6 Mức ST 0 ng 1.2 Kho ng thời gian của các sóng thành phần trong tín hiệu điện tim (nguồn: [23]) Sóng thành phần Khoảng thời gian (S) Sóng P 0.16 Phức bộ QRS 0. Ứng dụng của tín hiệu điện tim trong theo dõi, chẩn đoán và nghiên cứu các bệnh tim mạch. Chẩn đoán và theo dõi bệnh tim mạch dựa trên tín hiệu điện tim là một phương pháp rất cơ bản và luôn luôn được sử dụng [3]. Vì vậy, việc thu nhận tín hiệu ECG trung thực và không có nhiễu là nhiệm vụ quan trọng đầu tiên trong quy trình chẩn đoán bệnh.2f lần lượt minh họa tín hiệu ECG bình thường và các bệnh lý thường gặp.
Qua các hình vẽ này cho thấy với nhiều loại bệnh, tín hiệu điện tim bị méo dạng khá nhiều đặc biệt là các đỉnh P, Q, R, S và T như thay đổi độ lớn hoặc chênh lên, chênh xuống so với đường biên (đường cơ sở - baseline) hoặc khoảng cách không đều giữa các phức bộ QRS và có thể thay đổi hoặc dựa theo cả đoạn ST, QT….Những sự thay đổi này đã được các nhà y khoa phân chia thành các loại bệnh cụ thể như nhồi máu cơ tim, xơ hóa cơ tim, ngoại tâm thu, dày tâm thất, loạn nhịp,…. Do quá trình thu nhận tín hiệu ECG có nhiều loại nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu ECG, trong đó có hai loại nhiễu ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng tín hiệu ECG đó là: Nhiễu nguồn xoay chiều 50Hz và nhiễu trôi dạt đường cơ sở hay còn gọi là nhiễu trôi dạt đường cơ sở (baseline wander). Hai loại nhiễu này tác động khá mạnh 9 lên dạng tín hiệu ECG làm cho việc nhận dạng chính xác tín hiệu ECG trở nên khó khăn hơn và dễ dẫn đến chẩn đoán nhầm. a) Dạng tín hiệu điện tim b nh thường b) Nhịp nhanh thất (nguyên nhân thường gặp do nhồi máu cơ tim) c) lock nhĩ thất độ 3 (một bệnh lý về cơ tim) II III AVF d) Nhồi máu cơ tim e) Cơn đau thắt ngực (cơn đau đặc trưng cho bệnh mạch vành) với đoạn ST chênh xuống f) Cơn đau thắt ngực (cơn đau đặc trưng cho bệnh mạch vành) với đoạn ST chênh lên nh 1.
Minh họa tín hiệu điện tim b nh thường và một số tín hiệu điện tim thể hiện bệnh lý thường gặp về tim mạch (nguồn: [1],[3]) 10 1. Các loại nhiễu chính ảnh hưởng tới tín hiệu điện tim Trong khi thu nhận tín hiệu điện tim từ cơ thể người, có một số loại nhiễu xen lẫn trong tín hiệu điện tim như nhiễu nguồn xoay chiều, nhiễu do tiếp xúc giữa điện cực và da kém, nhiễu điện cơ (do hoạt động của cơ), nhiễu trôi dạt đường cơ sở được tạo ra do sự thở của con người và nhiễu do các thiết bị y tế khác đặt ở trong phòng cùng với thiết bị đo điện tim [23]. Trong số các loại nhiễu này, thì nhiễu nguồn xoay chiều và nhiễu trôi dạt đường cơ sở là ảnh hưởng nhiều nhất đến tín hiệu điện tim và khó khăn trong việc loại bỏ vì tần số của chúng nằm trong dải tần số của tín hiệu điện tim. Đặc điểm của nhiễu nguồn xoay chiều: nhiễu nguồn xoay chiều ảnh hưởng tới quá trình đo tín hiệu điện sinh học nói chung và tín hiệu điện tim nói riêng.
Biên độ của nhiễu nguồn xoay chiều khá lớn (thường có giá trị là 30% so với biên độ đỉnh – đỉnh của tín hiệu điện tim, đôi khi lên tới 40-50%) [23]. Loại nhiễu này rất dễ ảnh hưởng tới sóng T và sóng P trong tín hiệu ECG, gây ra sai lệch khi chẩn đoán bệnh tim mạch (vì hai loại sóng này liên quan đến nhiều bệnh lý về tim mạch - xem mục 1. Ngoài ra, loại nhiễu này còn có thể gây ra sự méo dạng thành phần phức bộ QRS hoặc đoạn QT. Đây cũng là những tham số quan trọng để chẩn đoán bệnh tim mạch.
Do vậy, cần phải có phương pháp loại bỏ một cách triệt để loại nhiễu này khỏi tín hiệu ECG.3 thể hiện tín hiệu điện tim bị ảnh hưởng bởi nhiễu nguồn xoay chiều. Đặc điểm của nhiễu trôi dạt đường cơ sở: là loại nhiễu có tần số thấp, thông thường nó có tần số từ 0.05Hz đến dưới 0. Nguyên nhân gây ra loại nhiễu này là do sự dao động trở kháng giữa điện cực và da, sự chuyển động cơ thể và do sự thở của bệnh nhân [8], [76]. Tuy nhiên, việc đặt điện cực cũng như sự cử động của cơ thể có thể chủ động khắc phục được bằng sự thao tác và dặn dò bệnh nhân từ phía bác sỹ.
hi đo, thì nhiễu do thở là yếu tố khách quan tác động lên tín hiệu vì không thể bắt bệnh nhân nín thở lâu trong khi đo (thông thường bệnh nhân thở đều khi đo tín hiệu ECG). Một dạng nhiễu trôi dạt đường cơ sở có tần số 0.8Hz ảnh hưởng tới tín hiệu điện tim được thể hiện ở trong hình 1. Tín hiệu điện tim bị nh hưởng bởi nhiễu nguồn xoay chiều (được thực hiện mô phỏng bằng phần mềm LabView) 11 Biên độ (mV) Thời gian (s) nh 1. Tín hiệu điện tim bị nh hưởng bởi nhiễu trôi dạt đường cơ sở có tần số 0.8 z (được thực hiện mô phỏng bằng phần mềm LabView) Qua khảo sát sự ảnh hưởng của các loại nhiễu đến tín hiệu điện tim, trong tài liệu [49] đề cập đến việc lọc nhiễu nguồn xoay chiều là rất cần thiết vì tính phổ biến và không dễ dàng kiểm soát loại nhiễu này.
Chương 2 của luận án trình bày về một số phương pháp lọc nhiễu nguồn xoay chiều và đề xuất phương pháp nâng cao hiệu quả lọc loại nhiễu này. Theo tài liệu [39], nhiễu trôi dạt đường cơ sở cần phải được loại bỏ khỏi tín hiệu điện tim. Loại nhiễu này gây ra sự khó khăn cho việc phát hiện thành phần phức bộ QRS trong quá trình thu nhận tín hiệu điện tim và gây khó khăn cho việc phân tích đoạn S-T trong tín hiệu điện tim và không dễ dàng lọc loại nhiễu này mà không ảnh hưởng tới đoạn S-T khi sử dụng các phương pháp lọc thông thường. Để lọc nhiễu đường cơ sở thì người ta thường dùng các phương pháp lọc số, các phương pháp này sẽ được giới thiệu sơ liệu ở trong Chương 2 của luận án, từ đó tác giả đề xuất một giải pháp nâng cao hiệu quả lọc nhiễu đối với loại nhiễu này.
Hệ thống chẩn đoán và theo dõi bệnh nhân tim mạch 1. Hệ thống chẩn đoán Yêu cầu tín hiệu điện tim ghi được phải trung thực, ít nhiễu, dải tần số của tín hiệu ECG dùng trong chẩn đoán bệnh tim mạch từ 0.