Chương 1: Tông quan: Phân tích, đánh giá công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên quan mật thiết đến luận văn, nêu ra những vấn đề còn tồn đọng, chi ra những van đề mà luận văn tập trung nghiên cứu, giải quyết và khái quất nội dung luận văn. Ngoài ra, luận văn còn trình bảy các cơ sở hình thành tín hiệu điện tim và nhiễu trong tín hiệu điện tim. Chương 2: Các phương pháp xử lý tín hiệu: Nội dung chính của chương này chính là phép biến đổi Wavelet Packet — phép biến đổi được phát triển dựa trên nền tang của phép biến đôi Wavelet rời rac. Chương 3: Phương pháp thực hiện: trình bày phương pháp khử nhiễu trên tín hiện điện tim bang phép biến đổi Wavelet Packet.
Trong phần này, mô hình và nguyên tắc khử nhiễu được đưa ra. Ngoài ra, tôi còn trình bày các hệ số đánh giá chất lượng tín hiệu điện tim, từ đó đưa ra thuật toán khử nhiễu của mình. Chương 4: Kết quả: trình bày các kết quả thu được trong quá trình ứng dụng thuật toán khử nhiễu dé khảo sát quy tắc entropy tôi ưu và đưa ra đánh giá hiệu qua khử nhiễu giữa phép biến đôi Wavelet rời rac và phép biến đổi Wavelet Packet. Mặc khác, luận văn còn đưa ra giao điện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim băng phép biến đôi Wavelet Packet và đánh giá so với giao diện GUI trong Wavelet toolbox.
Đông thời, giao diện ngân hàng tín hiệu điện tim được xây dựng bằng lập trình giao điện GUI. Giới thiệu tổng quan Trên thé giới, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tín hiệu điện tim từ rất sớm. Galvani đã nhận thấy sự co cơ đùi của con ếch khi bị phóng điện, từ đó, ông đưa ra giả thuyết về dong điện trong động vật và đặt nền tảng ban đầu cho nghiên cứu về tín hiệu điện tim. Năm 1887 - 1888, Augustus Desiree Waller ghi nhận điện thế tương ứng với nhịp đập của tim trên bề mặt cơ the người.
Năm 1934, Frank Wilson đưa ra các đạo trình lay ý tưởng từ tam giác “Eithoven”. Sau đó, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện và phát triển lý thuyết vẻ tín hiệu điện tìm. Ngoài ra, phân tích và xử lý tín hiệu y sinh trong đó có tín hiệu điện tim là một trong những chủ dé nóng nhận được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học trong những năm gan đây. Trong [11], Himanshu Gothwal đã sử dụng FFT (Fast Fourier Transform) và mang Neutron nhân tạo dé dò tìm các dấu hiệu bệnh lý của chứng réi loạn nhịp tim.
Trong [12], Mahajan, R đã sử dụng DCT (Discrete Cosin Transform) và FFT dé nén tín hiệu điện tim. Mặc khác, phép biến đổi Wavelet Packet đã được ứng dụng trong phân tích và xử lý các đối tượng tín hiệu khác nhau va bước đầu cho thay những hiệu quả đáng ké so với phép biến đổi Wavelet rời rac. Trong công trình [13], Wang Jungchen và cộng sự đã sử dụng biến đổi Wavelet Packet dé khử nhiễu tín hiệu âm thanh dưới nước và kết quả cho thấy khử nhiều bằng biến đôi Wavelet Packet thì tốt hon so với biến đổi Wavelet rời rac. Trong [6], Đỗ Huy Khôi và cộng sự đã dùng biến đôi Wavelet Packet kết hợp với thông kê bậc cao (HOS) dé khử nhiễu xung tín hiệu RE và kết quả vẫn tốt hơn so với biến đôi Wavelet rời rạc.
Có nhiều phương pháp nâng cao chất lượng tín hiệu điện tim, trong đó, phương pháp được sử dụng rộng rãi là thuật toán thích nghỉ LMS nhưng thuật toán này không thích hợp với những tín hiệu không ồn định như tín hiệu điện tim, nó gây ra sự dư thừa các thông số trung bình trong lọc thông thấp [3]. Mặc khác, biến đổi Fourier cũng được ứng dụng trong phân tích và xử lý tín hiệu, tuy nhiên, cũng giống như thuật toán thích nghi LMS, biến đôi Fourier chỉ thích hợp với những tín hiệu tuần hoàn và khó phát hiện các đột biến cũng như những tín hiệu không ồn định như tín hiệu điện tim. Hạn chế này chi có thê được khắc phục bởi phép biến đôi Wavelet vì biến đổi Wavelet thích hợp với những tín hiệu không ôn định như là tín hiệu điện tim. Tuy nhiên, từ kết quả của công trình [5] cho thấy phép biến đôi Wavelet rời rac có hiệu quả khử nhiễu chưa cao, vẫn còn tồn đọng một lượng lớn nhiễu trong tín hiệu sau tái tạo, đặc biệt là đối với các mức nhiễu nặng.
Trong luận văn nảy, tôi tập trung nghiên cứu nhằm cải tiền xử lý nhiều của tín hiệu điện tim bằng Wavelet Packet vì phép biến đổi này có thé hạn chế ảnh hưởng của nhiễu và quá trình khử nhiễu lên tín hiệu nhờ phân tích cả thành phân xap xi lẫn thành phan chỉ tiết trên tín hiệu. Mặc khác, phép biến đôi Wavelet Packet còn sử dụng tiêu chuân Entropy đề tính toán phân tích tối ưu do đó có thé hạn chế được sự mất mát thông tin và giữ lại được nhiều đặc tính địa phương trên tín hiệu điện tim. Cơ sở lý thuyết tín hiệu điện tim 1. Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim Động mach chú Tỉnh mạch chủ trên Tere Van động mach cha Tam nhi trai Tĩnh mạch phối phải eS „~~ Tinh mach phôi trái Tâm nhỉ phải Van 2 lá Van 3 lá (Van nhĩ - thất trái) KHI eee Tâm thất trải Tỉnh mạch chủ đưới Tâm thất phải Vách Bên thất Hình 1.
Cấu tao tim người [7]. Tim là một tô chức cơ rong gom 4 buông. Bên ngoài được bao bọc bởi một túi sợi gọi là bao tim, bên trong được cấu tao bằng cơ tim có vách ngăn chia tim thành hai nửa riêng biệt gọi là tim trái và um phải. Tim trai bơm máu ra ngoại vi, còn um phải bom máu lên phối.
Mỗi nửa tim lại được chia ra thành hai buồng: buông trên là tâm nhĩ có thành mong làm nhiệm vụ chứa máu; buồng dưới là tâm thất có thành dày, khối cơ lớn giúp cung cấp lực đây máu đi đến các bộ phận. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có van nhĩ thất, giữa tâm thất trái và động mạch chú, tâm thất phải và động mạch phôi có van bán nguyệt. Các van này đảm bảo cho máu chỉ di chuyên theo một chiều từ tâm nhĩ xuống tâm thắt, từ tâm thất xuống động mạch chứ không cho đi ngược lại, nhờ vậy đảm bảo được sự tuần hoàn máu [7]. Ngoài ra, tim còn có một cau trúc đặc biệt thực hiện chức năng phát và dẫn truyền xung được gọi là hệ dẫn truyền.
Hệ thống dẫn truyền gồm: Nút xoang nhĩ (SAN): là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim, nằm ở cơ tâm nhĩ phải, phát xung với tan số khoảng 120 làn/phút. Các đường liên nút: nằm ở giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất, thực hiện chức năng dan truyền các xung động giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ that, Nút nhĩ that (AVN): nằm ở bên phải vách liên nhĩ, giữ nhiệm vụ làm chậm dan truyền trước khi các xung động được truyền xuống thất với tần số khoảng 50 — 60 lần/phút. Bó Hís: bắt đầu từ nút nhĩ thất đến vách liên thất thì chía thành hai nhánh trái và phải chạy dưới nội tâm mạc hai that dé dẫn truyén xung động đến hai thất, tại đây, chúng phân nhánh thành mạng Purkinje chạy giữa các sợi cơ tim giúp dẫn truyền xung động xuyên qua các thành của thất. Bó His phát xung khoảng 30 — 40 lần/phút.
Hệ thống dan truyền tim [7]. Quá trình hình thành tín hiệu điện tim a. Nhĩ đồ Tim hoạt động được nhờ vào một xung động truyền qua một hệ thong than kinh tự kích của tim. Đầu tiên, nút xoang nhĩ sẽ phát xung tự động, xung động tỏa ra làm cơ nhĩ khử cực trước.
Sóng khử cực có hướng chung là từ trên xuống dưới, từ phải sang trái và hợp với phương ngang một góc 49° [7]. Dợt sóng này được máy ghi điện tìm ghi lại với dang một sóng dương, don, thấp, nhỏ và có biên độ khoảng 0,25mV gọi là sóng P. ° ~” ~~ oo na lees Leeda Hình 1. Khử cực ở tâm nhĩ va sự hình thành sóng P [7].
Thất đồ Ngay khí nhĩ còn đang khứ cực thì xung động đã bắt đầu truyền vào nút nhĩ thất xuống thất và hai nhánh bó His xuống khử cực thất. Sóng khử cực hướng từ giữa mặt trái đi xuyên qua mặt phải của vách liên thất, Máy sẽ ghi nhận được một sóng âm nho, gọn gọi là sóng Q. Sự khử cực ở vách liên thất và hình thành sóng Q [7]. Xung tiếp tục truyền xuống và tiên hành khử cực đồng thời cả hai tâm thất theo hướng xuyên qua bé mặt đảy cơ tim, từ dưới nội tâm mạc ra dưới thượng tâm mạc.
Vectơ khử cực hướng từ phải sang trái và máy ghi nhận được một làn sóng dương, cao và nhọn gọi là sóng R. Sau cùng, xung động truyền xuống và khử cực vùng đáy thất. Vectơ khử cực hướng từ trái sang phải, máy sẽ ghi nhận được một sóng âm, nhỏ và nhọn gọi là sóng S. Sự khứ cực ở tâm thất và hình thành sóng R, S [7].
Sau khi thất khử cực xong sẽ qua thời kỳ tái cực chậm. Giai đoạn nảy được thê hiện trên điện tâm đỗ bằng một đường đăng điện gọi là đoạn S — T. Sau đó là thời kỳ tái cực nhanh tạo nên sóng T. Tái cực có hướng xuyên qua cơ tim, từ lớp đưới thượng tâm mạc vào lớp dưới nội tâm mạc.
Vectơ tái cực có hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái tạo ra một sóng dương, thấp, không đối xứng mà có sườn lên thoai thoải hơn và sườn xuống dốc đứng hơn gọi là sóng T. Sau khi kết thúc 10 sóng T còn có thé thấy được một sóng chậm nhỏ gọi là sóng U đặc trưng cho giai đoạn tát cực muộn. Sự tdi cực ở tâm thất và hình thành sóng T [7]. Nhiễu Gauss trắng trong tín hiệu điện tim Tín hiệu điện tim chứa đựng nhiều thông tin lâm sàng quý giá trong khoảng tan số 0 — 100Hz.
Tuy nhiên trong khoảng tần số nay, ECG dé bị ảnh hưởng bởi bởi các loại nhiều khác nhau như nhiễu nguồn điện, nhiễu tín hiệu điện cơ EMG, nhiễu do tiếp xúc điện cực và da không tốt gây khó khăn cho bác sĩ trong quá trình chân đoán các bệnh lý tim mạch. Trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng tín hiệu điện tim, trong [3] đã chỉ rõ rằng lọc nhiễu từ mạng cung cấp điện là cần thiết nhất vì tính chất phố biến và khó kiểm soát của nó.