(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim

(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim(Luận án tiến sĩ) Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phan Đăng Hưng PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT THU NHẬN TÍN HIỆU TIM ĐỒ TRỞ KHÁNG NGỰC ICG ỨNG DỤNG TRONG PHÉP ĐO THÔNG SỐ CUNG LƯỢNG TIM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phan Đăng Hưng PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT THU NHẬN TÍN HIỆU TIM ĐỒ TRỞ KHÁNG NGỰC ICG ỨNG DỤNG TRONG PHÉP ĐO THÔNG SỐ CUNG LƯỢNG TIM Ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VŨ DUY HẢI Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Duy Hải tài liệu tham khảo trích dẫn Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2021 Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS.TS Vũ Duy Hải Phan Đăng Hưng LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận án, nhận động viên, tạo điều kiện thuận lợi quan công tác, nơi đào tạo, thầy giáo, giáo, bạn bè, gia đình đồng nghiệp Đây nguồn động lực to lớn giúp vượt qua khó khăn, thử thách để hồn thành luận án Trước tiên, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Vũ Duy Hải, người ln tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình nghiên cứu Thầy dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ mặt để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Công nghệ Điện tử Kỹ thuật Y sinh, Viện Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội định hướng, đóng góp ý kiến, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu Tơi xin cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu tim đồ trở kháng ngực – Trung tâm Điện tử y sinh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; tình nguyện viên hỗ trợ tham gia với việc triển khai thí nghiệm đo lường, phân tích tín hiệu trở kháng ngực phịng thí nghiệm Tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, đơn vị liên quan Trường Đại học Bách Khoa Hà nội Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình đồng nghiệp ln quan tâm, động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2021 Tác giả luận án Phan Đăng Hưng MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu luận án Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Về ý nghĩa khoa học Về ý nghĩa thực tiễn Các đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Tim huyết động 1.1.1 Cấu trúc tim hoạt động bơm máu 1.1.2 Cung lượng tim thông số huyết động liên quan 10 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cung lượng tim 11 1.1.4 Vai trò cung lượng tim chẩn đoán điều trị 13 1.1.5 Các phương pháp đo cung lượng tim 13 1.2 Phương pháp đo cung lượng tim tim đồ trở kháng ngực 18 1.2.1 Giới thiệu chung 18 1.2.2 Trở kháng ngực tim đồ trở kháng ngực 18 1.2.3 Tính tốn cung lượng tim từ tín hiệu ICG 22 1.3 Kỹ thuật ghi đo tín hiệu ICG 24 1.3.1 Mơ hình tổng qt 24 1.3.2 Phương pháp giải điều chế xử lý tín hiệu 28 1.3.3 Các loại nhiễu điển hình 30 i 1.4 Một số vấn đề tồn nghiên cứu liên quan 33 1.4.1 Vấn đề độ xác tính hiệu giải điều chế tín hiệu 33 1.4.2 Vấn đề chồng lấn vị trí đặt điện cực 36 1.4.3 Ảnh hưởng hoạt động hô hấp 37 1.5 Kết luận chương 44 CHƯƠNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ TÍNH ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG THU NHẬN TÍN HIỆU ICG 46 2.1 Đề xuất mơ hình thu nhận tín hiệu ICG 46 2.1.1 Đề xuất ý tưởng số hóa đỉnh sóng mang 46 2.1.2 Mơ tả chi tiết giải pháp mơ hình hệ thống 47 2.1.3 Thí nghiệm kết 50 2.2 Đề xuất vị trí đặt điện cực thu nhận tín hiệu ICG 56 2.2.1 Đề xuất vị trí đặt điện cực 56 2.2.2 Thí nghiệm kết 58 2.3 Kết luận chương 70 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CỦA NHIỄU THỞ TRONG PHÉP ĐO TÍN HIỆU ICG 72 3.1 Xây dựng hệ thống thu nhận đồng thời tín hiệu TEB ECG 72 3.1.1 Mục đích 72 3.1.2 Thiết kế hệ thống 72 3.1.3 Xây dựng khối 73 3.1.4 Kết 77 3.2 Xây dựng công cụ hỗ trợ xử lý tín hiệu ICG 81 3.2.1 Mục đích 81 3.2.2 Xây dựng công cụ phần mềm thiết kế thực lọc số 82 3.2.3 Xây dựng cơng cụ phần mềm phân tích xử lý tín hiệu ICG 84 3.3 Quy trình xây dựng liệu nhiễu thở phép đo ICG 86 3.3.1 Mục đích 86 3.3.2 Xây dựng quy trình thu nhận liệu 86 3.3.3 Lựa chọn tình nguyện viên 87 3.3.4 Thực thu nhận liệu 87 3.3.5 Xử lý chuẩn hóa liệu 89 3.3.6 Mô tả lưu trữ liệu 89 3.4 Thuật toán tách xác định đặc trưng nhiễu thở 90 3.4.1 Tách nhiễu thở từ tín hiệu TEB 90 3.4.2 Xác định dải phổ biên độ nhiễu thở 96 3.5 Kết luận chương 98 ii CHƯƠNG PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN GIẢM NHIỄU THỞ TRONG PHÉP ĐO TÍN HIỆU ICG 99 4.1 Đề xuất xây dựng thuật toán lọc nhiễu thở 99 4.1.1 Đề xuất ý tưởng 99 4.1.2 Thiết kế mô hình triển khai chi tiết thuật tốn lọc nhiễu 100 4.2 Đề xuất phương pháp quy trình đánh giá việc lọc nhiễu thở 105 4.2.1 Phương pháp đánh giá 105 4.2.2 Tiến hành đánh giá 106 4.3 Kết bàn luận 107 4.3.1 Kết 107 4.3.2 Bàn luận 114 4.4 Kết luận chương 116 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC 127 PHỤ LỤC 132 PHỤ LỤC 133 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ABW Actual Body Weight Cân nặng thực tế ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số BSA Body Surface Area Diện tích bề mặt thể CI Cardiac Index Chỉ số cung lượng tim CO Cardiac output Cung lượng tim CPLD Complex Programmable Logic Device Vi mạch lập trình CVP Central Venous Pressure Huyết áp tĩnh mạch trung tâm DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số ECG Electrocardiogram Điện tim đồ FPGA Field Programmable Gate Array Chip logic số lập trình HR Heart rate Nhịp tim IBW Ideal Body Weight Cân nặng lý tưởng Tim đồ trở kháng ngực Impedance cardiography ICG Thuộc trở kháng ngực Impedance cardiographic (Trở kháng ngực hoạt động tim) Trở kháng phổi IP Impedance pneumography (Trở kháng ngực hoạt động hô hấp) LVET Left ventricle ejection time Thời gian tống máu thất trái MAP Mean Arterial Pressure Huyết áp động mạch trung bình PAC-TD Pulmonary Artery Catheter – Thermodulition Pha loãng nhiệt catheter động mạch phổi iv Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt RMSE Root Mean Squared Error Sai số bình phương trung bình gốc RMSPE Root Mean Squared Percentage Error Sai số bình phương trung bình gốc tương đối SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SV Stroke volume Thế tích nhát bóp SVI Stroke Volume Index Chỉ số thể tích nhát bóp SVR Systemic Vascular Resistance Sức cản mạch hệ thống TEB Thoracic electrical bioimpedance Trở kháng ngực TPTD Transpulmonary Thermodilution Pha loãng nhiệt xuyên phổi WHO World health organization Tổ chức y tế giới Z Trở kháng vùng ngực Z0 Trở kháng ∆V Sự thay đổi thể tích vùng ngực ∆Z Trở kháng thay đổi vùng ngực v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp phương pháp đo cung lượng tim 14 Bảng 1.2 Tổng hợp phương pháp lọc nhiễu thở phép đo tín hiệu ICG 38 Bảng 2.1 Tổng hợp số RMSE RMSPE lần đo đối chứng 55 Bảng 2.2 Tổng hợp kết đo vị trí gắn điện cực chuẩn vị trí đề xuất số 60 Bảng 2.3 Tổng hợp kết đo vị trí gắn điện cực chuẩn vị trí đề xuất số 63 Bảng 2.4 Tổng hợp kết đo vị trí gắn điện cực chuẩn vị trí đề xuất số 65 Bảng 2.5 Tổng hợp số thống kê đo lường huyết động vị trí đề xuất 68 Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật mô-đun nguồn DC-DC JHM1524D12 77 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật mạch đo tín hiệu TEB ECG 78 Bảng 3.3 Chức phần mềm lưu hiển thị liệu TEB ECG 79 Bảng 4.1 Tổng hợp số SNR RMSPE tính từ liệu thử nghiệm 108 vi ... Phan Đăng Hưng PHÁT TRIỂN KỸ THU? ??T THU NHẬN TÍN HIỆU TIM ĐỒ TRỞ KHÁNG NGỰC ICG ỨNG DỤNG TRONG PHÉP ĐO THÔNG SỐ CUNG LƯỢNG TIM Ngành: Kỹ thu? ??t Điện tử Mã số: 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THU? ??T ĐIỆN... thiệu chung 18 1.2.2 Trở kháng ngực tim đồ trở kháng ngực 18 1.2.3 Tính tốn cung lượng tim từ tín hiệu ICG 22 1.3 Kỹ thu? ??t ghi đo tín hiệu ICG 24 1.3.1 Mơ hình... 1.1.4 Vai trò cung lượng tim chẩn đo? ?n điều trị 13 1.1.5 Các phương pháp đo cung lượng tim 13 1.2 Phương pháp đo cung lượng tim tim đồ trở kháng ngực 18 1.2.1 Giới thiệu chung