Chương 1: Tông quan: phân tích, đánh giá công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên quan mật thiét đên luận văn, nêu ra những vân đê còn tôn tại, chỉ ra những vân đê mà luận văn tập trung nghiên cứu, giải quyêt và khái quát nội dung luận văn. Ngoài ra, luận văn còn trình bay các cơ sở hình thành tín hiệu điện tim và các loại nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu điện tim trong quá trình ghi nhận. Chương 2: Các phương pháp xử lý tín hiệu: Nội dung chính của chương này chính là biến đổi Wavelet — phép biến đổi phát triển dựa trên nền tảng của STFT. Chương 3: Phương pháp thực hiện: trình bày phương pháp khử nhiễu trên tín hiệu điện tim bằng biến đổi Wavelet.
Trong phan nay, mô hình và nguyên tắc khử nhiễu được đưa ra, đồng thời giới thiệu phương pháp đặt ngưỡng được dùng trong luận văn. 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 để tìm ra mức phân tách tốt nhất, hàm Wavelet mẹ tốt nhất và đưa ra đánh giá hiệu quả khử nhiễu giữa ngưỡng cứng và ngưỡng mềm. Mặc khác, luận văn còn đưa ra giao diện xử lý nhiễu xây dựng bằng lập trình giao diện GUI trong Matlab.
Giới thiệu tong quan Trên thế giới, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tín hiệu điện tim từ rất sớm. Galvani nhận thấy có sự co cơ đùi của ếch khi bị phóng điện. Ong đã đặt giả thuyết về dòng điện trong động vật và đặt nền tang cơ sở cho nghiên cứu về tín hiệu điện tim. Năm 1825, các nhà khoa học chứng minh được có sự phóng điện và dòng điện trong cơ thé con ếch đúng như Galvani đã từng dự đoán.
Năm 1843, Matteucci chứng minh rang có thé đo được dòng điện từ cơ tim nghỉ. Năm 1878, Engelmann lần đầu tiên đưa ra biéu đồ về sự dao động điện thế theo thời gian của tim ếch. Khoảng năm 1887 — 1888, Augustus Desiree Waller là người đầu tiên dung điện kế mao dẫn của Lippmann ghi nhận được điện thé tương ứng với nhịp đập của tim từ bề mặt cơ thể người. Năm 1893, nhà khoa học người Hà Lan William Einthoven đã đưa ra dự đoán một dạng sóng gần giống với sóng điện tim thực gồm năm đỉnh do ông đặt tên là P, Q, R, S, T va lần đầu tiên đưa ra khái niệm đồ thị điện tim (Electrocardiography).
Sau đó, Einthoven tiếp tục phát triển một loại điện kế mới gọi là điện kế dây để ghi nhận tín hiệu điện tim vào năm 1900. Năm 1913, Sir Thomas Lewis và đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu ý nghĩa của tín hiệu điện tim và cho xuất bản một công trình khoa học đặt ra các tiêu chuẩn về điện cực điện tim tạo tiền đề cho việc sử dụng tín hiệu điện tim như một công cụ không xâm lan trong chân đoán chức năng tim mạch vào năm 1920 [12]. Năm 1934, Frank Wilson đưa ra định nghĩa về các đạo trình từ ý tưởng “tam giác Eithhoven”. Sau đó, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện và phát triển lý thuyết về tín hiệu điện tim.
Ngoài ra, phân tích và xử lý nhiễu tín hiệu y sinh trong đó có tín hiệu điện tim là một trong những chủ đề nóng nhận được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa hoc trong những năm gan đây. Trong [11], Himanshu Gothwal đã sử dung FFT (Fast Fourier Transform) và mang neutron nhân tạo dé dò tìm các dấu hiệu bệnh lý của chứng rối loạn nhịp tim trong tín hiệu điện tim. Trong [10], Mahajan, R đã sử dụng DCTT (Discrete Cosin Transform) và FFT để nén tín hiệu ECG. Uchaipichat, N và Inban, S đã phát triển kỹ thuật dò phức hop QRS sử dụng kỹ thuật STFT (Short Time Fourier Transform) [15].
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 toán này không thích hợp với những tín hiệu không ổn định như tín hiệu điện tim, nó gây ra sự dư thừa các thông số trung bình trong lọc thông thấp [9]. 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 đổi Fourier chỉ thích hợp với những tín hiệu tuần hoàn và khó phát hiện các đột biến cũng như những tín hiệu không ôn định như tín hiệu điện tim. Trong luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi Wavelet vì biến đổi Wavelet khắc phục được tất cả những hạn chế của thuật toán thích nghi LMS và biến đồi Fourier. Mặc khác, biến d6i Wavelet thích hợp với những tín hiệu không ôn định như là tín hiệu điện tim.
Cơ sở lý thuyết tín hiệu điện tim 1. Cau trúc giải phẫu và chức năng của tim Động mạch chủ Tinh mach chủ trên : : ~ „ Động mạch phối Van động mạch chủ _ Tâm nhỉ trái Tinh mạch phối phải ti ˆ Tâm nhĩ phải Van 2 la Van 3 lá (Van nhỉ - that trai) (Van nhỉ - that phải) Tâm thất trái — Tinh mạch chủ dưới ' Tâm thất phải Vách liên thất Hình 1. Cấu tao tim người [5] Tim là một tô chức cơ rỗng gồm 4 buồng, có độ day mỏng không đồng đều. Bên ngoài được bao bọc bởi một túi sợi gọi là bao tim, bên trong được cấu tạo bằng cơ tim có vách ngăn chia tim thành hai nửa riêng biệt là tim trái và tim phải.
Tim trái bom máu ra ngoại vi, còn tim phải bơm máu lên phổi. Mỗi nửa tim lại được chia ra thành hai buồng: buồng trên là tâm nhĩ có thành mỏng làm nhiệm vụ chứa máu; buồng dưới là tâm thất có thành dày, khối cơ lớn giúp cung cấp lực day máu đi đến các bộ phận. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có van nhĩ thất; giữa tâm thất trái và động mạch chủ, tâm thất phải và động mạch phổi có van bán nguyệt. Các van này đảm bảo cho máu chỉ di chuyên theo một chiều từ tâm nhĩ xuống tâm thất, từ tâm thất xuống động mạch chứ không cho đi ngược lại, nhờ vậy đảm bảo được sự tuần hoàn máu [5].
Ngoài ra, tim còn có một câu trúc đặc biệt thực hiện chức năng phát xung và dẫn truyền xung được gọi là hệ dẫn truyền. Hệ thống dẫn truyền gồm: - Nut xoang nhĩ (SAN): là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim, nam ở cơ tâm nhĩ phải, phát xung với tần số khoảng 120 lần/phút. - Cac đường liên nút: nằm ở giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất, thực hiện chức năng dẫn truyền các xung động giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất. - Nut nhĩ thất (AVN): nằm ở bên phải vách liên nhĩ, giữ nhiệm vụ làm chậm dẫn truyền trước khi các xung động được truyền xuống thất với tần số khoảng 50 — 60 lần/phút.
- B6 His: bat đầu từ nút nhĩ thất đến vách liên thất thì chia thành hai nhánh trái và phải chạy đưới nội tâm mac hai that dé dẫn truyền xung động đến hai that, 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 với nhịp khoảng 30 — 40 lần/phút. Nhánh trải Mang Purkinje út nhỉ that Nhánh phải Hình 1. Hệ thong dẫn truyền tim [5] 1.
Chu chuyển tim Khi có một xung động truyền đến cơ tim, tim co giãn nhịp nhàng theo một thứ tự nhất định. Hoạt động này được lặp đi lặp lại và mỗi vòng được gọi là một chu chuyên của tim [5]. Một chu chuyên tim gồm ba giai đoạn chính: - _ Nhĩ thu: khi xung từ nút xoang nhĩ truyền ra toàn bộ hai nhĩ, tâm nhĩ bắt đầu co bóp làm áp suất trong tâm nhĩ tăng lên. Lúc này van nhĩ thất đang mở nên máu sẽ chảy từ nhĩ xuống thất làm cho áp suất tại tâm thất tăng lên.
Thời gian tâm nhĩ thu kéo dai 0,1 giây, sau đó tâm nhĩ dan ra trong suốt thời gian còn lại của chu kỳ tim. - Thất thu: khi nhĩ giãn ra thì tâm thất bắt đầu co lại do sự lan truyền xung đến toàn bộ tâm thất. Giai đoạn thất thu kéo đài 0,3 giây gồm hai thời kỳ chính là thời kỳ tăng áp và tống máu. Thời kỳ tăng áp kéo dai 0,05 giây, sự co bóp của tâm thất làm áp suất trong tâm thất cao hơn trong tâm nhĩ nên van nhĩ thất đóng lại nhưng vẫn còn thấp hơn so với áp suất ở động mạch do đó van bán nguyệt vẫn còn đóng, áp suất trong tâm thất tiếp tục tăng cao.
Thời kỳ tống máu kéo dài 0,25 giây, áp suất trong tâm thất tăng cao hơn so với áp suất ở động mạch làm van bán nguyệt mở ra, máu chảy mạnh vào động mạch. - _ Tâm trương toàn bộ: là giai đoạn toàn tim nghĩ cả nhĩ lẫn thất, kéo dài 0,4 giây. Lúc này, tâm thất bắt đầu giãn ra trong khi tâm nhĩ cũng đang giãn, áp suất trong tâm thất thấp hơn trong động mạch nên van bán nguyệt đóng lại. Áp suất trong tâm thất tiếp tục giảm đến khi nhỏ hơn trong tâm nhĩ thì van nhĩ thất mở ra, máu tiếp tục được hút từ tâm nhĩ xuống tâm thất.
LEFT SINU§ AVM ATRIOVENTRICULAR NODE ` NDE fREGMT ÄTRiUM LEFT accessory —— VENTRICLE CONNECTION ` IIGHT VENTRICLE Hình 1. M6t chu chuyén tim [5] 1. Cơ sở phat sinh điện thé tế bào a. Điện thế nghỉ Bên trong và bên ngoài màng tế bào đều có các ion đương và ion âm chủ yếu là Na‘, K* và Cl.
Tính thắm của màng với các ion khác nhau: thấm rất ít với các ion Na” và tự do thâm thấu với K*, Cr làm cho nồng độ K* bên trong cao hơn bên ngoài màng tế bào. Do sự chênh lệch nồng độ ion K” nên sẽ có sự chuyền dời các ion K* từ bên trong ra bên ngoài màng tế bào. Kết quả là bên ngoài màng tế bào sẽ có điện thế dương hơn so với bên trong và tạo ra một hiệu điện thế qua màng. Lúc này, tế bào sống có tính chất giống như một pin điện với điện cực dương hướng ra ngoài và điện cực âm hướng vào trong.
Tính phân cực của màng và trạng thái điện bình thường gọi là điện thế nghỉ (khoảng -90mV). Ngoài ra, đê duy trì sự ôn định điện thé trong và ngoài màng tê bào còn có một hệ thông bơm day Na” và K*.