Phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp

2. Lý do chọn đề tài luận án Từ những phân tích ở trên cho thấy quá trình thu nhận, phân tích, xử lý tín hiệu điện tim tại các nƣớc phát triển đã đạt đƣợc những phƣơng pháp v kết quả quan trọng. Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu chẩn đoán sớm các triệu chứng bệnh tật của bệnh nhân nhờ quá trình theo dõi tín hiệu điện tim và các thông số sinh học trong thời gian d i Các phƣơng pháp thu nhận, phân tích, xử lý dữ liệu tùy thuộc v o đặc điểm và tình trạng của bệnh nhân v đặc thù tại các cơ sở y tế. Tại Việt Nam cũng nhƣ các nƣớc đang phát triển khác, mặc dù đã có những hệ thống và thiết bị thu nhận, phân tích tín hiệu điện tim của các hãng nổi tiếng trên thế giới nhƣng mới dừng lại ở mức độ thu nhận, hiển thị và phân tích các triệu chứng điển hình khi bệnh nhân đã có biểu hiện bệnh tật rõ ràng. Hạn chế của phƣơng pháp DFA do Peng CK đề xuất là chỉ có duy nhất một cặp giá trị kết quả dùng để đánh giá mức độ loạn nhịp tín hiệu điện tim trong suốt thời gian theo dõi. Khoảng thời gian theo dõi có thể d i đến 72 giờ hoặc hơn nữa sẽ khiến cho chỉ số DFA tính toán đƣợc ít hiệu quả. Tác giả đề xuất thực hiện luận án này với mục đích phát triển giải thuật DFA thành giải thuật toán Phân tích khử khuynh hƣớng động tín hiệu động đa trị (MDFA – Multi Detrended Fluctuation Analysis) để khắc phục các nhƣợc điểm của phƣơng pháp DFA do Peng CK đề xuất với khả năng đánh giá chi tiết hơn các khoảng loạn nhịp tim và thời điểm xuất hiện loạn nhịp tim. Bên cạnh đó, tác giả đề xuất xây dựng mô hình, quy trình xử lý, đánh giá chất lƣợng dữ liệu điện tim loạn nhịp sau khi thu nhận và các yếu tố liên quan tới khả năng ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng các điều kiện và yêu cầu của Việt Nam cũng nhƣ tr n thế giới, đặc biệt l các nƣớc đang phát triển. 3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Trong quá trình nghiên cứu, tác giả tập trung phát triển các thuật toán để tính toán đối với tín hiệu điện tim thu nhận đƣợc trong thời gian dài l n đến 72 giờ của số lƣợng lớn bệnh nhân tại Việt Nam, M và trên thế giới. Dữ liệu thống kê bao gồm cả tín hiệu điện tim dƣới dạng sóng, dạng véc tơ nhịp RR, dạng tổng hợp loạn nhịp tim và tiểu sử bệnh nhân. Quá trình phân tích tín hiệu điện tim chuẩn hoá chúng về dạng véc tơ RR để thực hiện phân tích xử lý bằng các giải thuật và phƣơng pháp xử lý tín hiệu số nhằm tìm ra đặc điểm đặc trƣng của dạng tín hiệu và loại bệnh có trong tiểu sử.

B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI CH C HOÀNG  LUN ÁN TI Hà Ni  2014 B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI CH C HOÀNG  thun t Mã s: 62520203 LUN ÁN TI NG DN KHOA HC: 1.  Hà Ni - 2014 I  u ca riêng tôi. Các s liu và kt qu trong lun án là trung th   c ai khác công b trong bt k công trình nào khác. Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2014 ng dn Nghiên cu sinh GS.TS. Nguyc Thun Ch c Hoàng II LI C Luc hoàn thành ti B môn Công ngh n t và K thut y sinh, Vin t vin thôngi hc Bách Khoa Hà Ni s ng dn tn tình ca tp th ng dn. Tác gi xin bày t lòng bic nht ti tp th ng dn u king dn v hc thut, kin thc, kinh nghim trong quá trình thc hin lun án. Tác gi xin chân thành c       c Washington University School of Medicine Heart Rate Variability Laboratory, Division of Cardiology u kin làm vic, nghiên cu và trao i v hc thut vi tác gi trong sut thi gian tác gi tham gia nghiên cu ti Bnh vin     ,One Children's Place, St. Louis, MO, 63110. Tác gi xin chân thành c. Trn Thi hc OGI School of Science and Engineering, Oregon Health and Science University, Beaverton, OR ng cho tôi thc hin các nghiên cu v x lý tín hiu lon nhp tim. Trong quá trình hc tp và nghiên cu, thông qua các bài ging, hi ngh và xêmina, tác gi luôn nhc s  và nhng ý ki báu ca tp th cán b thuc Vin t vin thôngi Hc Bách Khoa Hà Ni. Tác gi xin chân thành ci Hc Bách Khoa Hà Nu kin cho tác gi trong thi gian làm nghiên cu sinh. Tác gi xin chân thành co Vin Tim Mch Bnh Vin Bch Mai, Bnh VinTim Hà Ni, Bnh Vin   thut, th bác s, k thu tác gi trong sut thi gian cng tác thu nhn d liu trên h thn sinh lý và Holter ti Vin. c c em hc viên cao hc, nghiên cu sinh và bng nghip gn xa ng viên và khích l tác gi trong quá trình hc tp, nghiên cu và làm lun án. Tác gi xin kính tng nha mình nim vinh hnh to ln này. Hà nội, ngày 24 tháng 10 năm 2014 Tác gi III Ch c Hoàng  L i MC LC iii MT S KÝ HIU VÀ CH VIT TT vii MC LC HÌNH NH ix MC LC BNG BIU xi 1. Gii thiu 1 2. Lý do ch tài lun án 3 u 3 ng nghiên cu: 3 u: 4 4. Tình hình nghiên cc và trên th gii 4 c: 4 Trên th gii: 5 5. Mc tiêu và nhim v ca lun án 6 Mc tiêu: 7 Nhim v: 7 6. Cu trúc lun án 10 c và thc tin ca lun án 12 8. Các kt qu mi d kin s c 13   NG QUAN V PHÂN TÍCH VÀ X LÝ TÍN HI N TIM LON NHP 15 t v 15 1.1 Khái nim v n sinh lý tim 15 1.2 Phân loi tín hin tim lon nhp 21 1.2.1.Khái nim lon nhp tim: 21 1.2.2. Phân lo hình thành ri lon nhp tim. 22 m chung ca các ri lon nhp tim 27 1.4 Mô hình phân tách phc h xut bi Pan, Hamilton và Tompkins. 27  liu RR ca tín hiu n tim 34 IV 1.6 Phân tích và chn tim lon nhp 35 1.6.1 Phân tích trong min thi gian 36  lý trong min tn s 36  lý trong min phi tuyn 38 n tim lon nhp 45 KT LUN  1 46 N TÍN HIN TIM 47 t v 47 2.1 Các h thng thu nh tín hin tim lon nhp 47 2.1.1 Thu nhn tín hin tim t thit b Holter chuyên dng 48 2.1.2 Thu nhn tín hin tim t h thng theo dõi trung tâm 51 2.1.3 D lin tim lon nhp CAST theo tiêu chun ti Vin nghiên cu quc gia v Máu, Tim, Phi ca M 53 2.2 D lin tim lon nhp ca các bnh nhân 56 2.2.1 D lin tim lon nhp t h thng Holter 56 2.2.2 D lin tim lon nhp t h thng theo dõi trung tâm BedmasterEX 57 2.2.3 D lin tim lon nhp CAST t Physionet và d liu t HRV Lab 60  lin tim thu nhc t các h thng Holter, BedmasterEx, HRVlab và CAST 63 m: 63 2.3.2 Hn ch: 64 2.4 B  d lii d 65 KT LU 69 N GII THUT PHÂN TÁCH PHC HP QRS VÀ KH NG TÍN HI 71 t v 71 3.1 Phát trin module t ng phân tích và chu gii thut ca Pan, Hamilton và Tompkins. 72 3.1.1 Mô hình ci ti ng phân tích và chu t gii thut ca Pan, Hamilton và Tompkins. 73  xut xây dng gii thut phân tích kh ng tín hi tr (Multi Detrended Fluctuation Analysis - MDFA). 80 3.2.1 Hn ch c xut và các phép bii DFA hin ti 80 3.2.2 Mô hình thc hin gii thut MDFA 80 V 3.3.3 Quy trình thc hin MDFA 85 KT LUN  3 87 T QU BII VÀ PHÂN TÍCH TÍN HIN TIM LON NHP BNG CI THIN PHÂN TÁCH PHC HP QRS VÀ BII MDFA 89 t v 89 4.1 D liu mu phân tích 90 4.2 Kt qu phân tách phc hp QRS. 90 4.3 Các kt qu  xut ci thi ng tín hing (MDFA) 95 4.3.1 Các thông s phân tích tín hiu tim lon nhp trong min phi tuyn 95 4.3.2 Kt qu phân tích bii MDFA theo các khong thi gian 20 phút 96 4.3.3 Phân tích bii MDFA theo các nhóm 1000 nhp RR 101 4.3.4 Phân tích bii MDFA theo các nhóm 1000 nhp RR cho nhóm bnh nhân lon nhn hình trong b  d liu HRVLab 104 c c 109 m ca Peng CK 109 m ca bii MDFA theo thi gian 20 phút và theo 1000 nhp RR 110 KT LU 111 NG QUY TRÌNH THU NHN VÀ CHU  D LIU RR CA CÁC BNH NHÂN TI VIT NAM 113 t vn  113 5.2 Mô hình thu nhn, x  n tim ph bin ti Vit Nam hin nay 114 5.2.1 D liu n tim ghi nhanh trong thi gian t c tip lên giy in nhit. 114 5.2.2 D lin tim ghi nhanh ty vào  x lý bng phn mm. 115 5.2.3 D lin tim Holter theo dõi bnh nhân trong thi gian dài khong 24h. 115 5.2.4 D lin tim thu nhn t h thng theo dõi trung tâm hoc tín hin sinh lý. 115 5.2.5 Các v còn tn ti 116 5.3 Mô hình thu nhn, x  n tim ph bin trên th gii hin nay 117 VI 5.3.1 Thu nhn d lin tim t h thng Holter 117  pháp tng hp trong s  và qung bá 117 5.3.3 Các v còn tn ti 118 5.4 Xây dng mô hình thu nhn, chu d lin tim lon nhp di Vit Nam. 119 5.4.1 H thu vào 121 5.4.2 Thu nhn và tng hp d lin tim 122 5.4.3 Module x lý MDFA trung tâm 123 5.4.4 Các h thng qun lý thông tin bnh vin (HIS/PACS/RIS/LIS ) cùng vi H thng thit b và thông tin bnh vin 127 5.5 Tric t mô hình thu nhn, chu d lin tim lon nhp di Vit Nam. 128 u qu ca mô hình MDFA ca tác gi xây dng so vi các phn mm x lý tín hin tim Holter. 129 5.5.2 Mt s tu chnh c xut 131 KT LUN  133 KT LUN VÀ  XUT 135 TÀI LIU THAM KHO 140 VII  STT Thut ng Din gii D 1 ANS Autonomic Nervous System H thng thn thc vt 2 APC Atrial Premature Contraction t sm ti  3 ApEn Approximate entropy Xp x Entropy 4 AR Autoregressive T hi qui 5 CAST CardiacArrhythmia Suppression Trial Th nghin tim lon nhp 6 DFA Detrended Fluctuation Analysis Phân tích kh khuynh ng tín hing 7 ECG Electro-cardiogram  8 FFT Fast Fourier transform Bii Fourier nhanh 9 HF High Frequency Tn s cao 10 HRV Heart Rate Variability Lon nhp tim 11 LF Low Frequency Tn s thp 12 NHLBI National Heart, Lung, and Blood Institute Vin nghiên cu quc gia M v Máu, Tim, Phi 13 PSD Power Spectrum Density M ph ng 14 REC Recurrence Rate T phát sinh li 15 RMSD Root Mean Square Deviation  l bình 16 SA Sionatrial node  17 SampEn Sample Entropy Entropy mu 18 SDNN Standard Deviation NN  lch tiêu chun ca RR 19 STD RR Standard deviation in RR intervals  lch tiêu chun ca giá tr nhp tim 20 TINN Triangular interpolation of NN intervals Chiu rng gc ca  th n RR VIII 21 VLF Very Low Frequence Tn s rt thp 22 VPC Ventricular Premature Contractions Các t sm ti tâm tht 23 QRS QRS Phc hp QRS 24 RR RR Khong thi gian gia 2 nh R liên tip 25 SS SS Khong thi gian gia 2 nh S liên tip 26 QQ QQ Khong thi gian gia 2 nh RQ liên tip [...]... thiết kế và phân tích tín hiệu điện tim cơ bản nhằm cố gắng thu nhận đƣợc tín hiệu điện tim cũng nhƣ chế tạo đƣợc các thiết bị đo đƣợc tín hiệu điện tim Tuy nhi n, khi đọc và xử lý tín hiệu điện tim ghi đƣợc trên bệnh nhân, phần lớn các tín hiệu ghi đƣợc là các tín hiệu biểu thị nhịp tim bình thƣờng, các tín hiệu này không phục vụ cho việc chẩn đoán bệnh, chỉ có một vài chu kỳ biểu thị nhịp tim không... cách tự động cho các tín hiệu 20 điện tim đo đƣợc từ hệ thống Holter, BedmasterEX hoặc từ hệ thống điện sinh lý so với các dạng tín hiệu ECG đã định sẵn và cấu trúc cơ bản của tín hiệu điện tim 1.2 Phân loại tín hiệu điện tim loạn nhịp 1.2.1.Khái niệm loạn nhịp tim: Tín hiệu điện loạn nhịp tim (HRV - Heart Rate Variability) là sự rối loạn hoạt động điện sinh học của tim về ba mặt sự tạo th nh xung động,... của mỗi phƣơng pháp đối với việc phân tích tín hiệu điện tim 9 loạn nhịp đặc biệt là tín hiệu điện tim loạn nhịp trong thời gian dài và chẩn đoán sớm các triệu chứng bệnh cho bệnh nhân Từ đó đề xuất cải thiện giải thuật phân tách phức hợp QRS trong tín hiệu điện tim để từ đó tách đƣợc phức hợp QRS và xây dựng véc tơ RR của tín hiệu tim loạn nhịp Phân loại các giá trị các nhịp RR đƣợc lƣu trữ và giới hạn... Rate Variability Laboratory; c Thu nhận dữ liệu về tín hiệu điện tim loạn nhịp theo chuẩn CAST của Viện nghiên cứu quốc gia M về Máu, Tim, Phổi; d Tổng hợp dữ liệu điện tim loạn nhịp tại phòng nghiên cứu HRVLAB ở dạng sóng điện tim hoặc dạng véc tơ RR 8 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp theo hướng tự động thu nhận tín hiệu điện tim của bệnh nhân theo các tiêu chí: - Dữ liệu thu... Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về tín hiệu điện tim loạn nhịp và phức hợp QRS cũng nhƣ véc tơ RR Tác giả tập trung đƣa ra các kiến thức cơ bản về tín hiệu điện tim dựa tr n các cơ sở về hệ thống xử lý thông tin số, trình bày các khái niệm cơ bản tín hiệu tim loạn nhịp, phân loại chúng và mô tả các đặc trƣng của tín hiệu tim loạn nhịp Quá trình thu nhận và tổng hợp dữ liệu điện tim đƣợc thực hiện ở trong Chƣơng... trình phân tích MDFA theo các nhóm 1000 nhịp RR cho nhóm bệnh nhân loạn nhịp tim điển hình trong bộ cơ sở dữ liệu HRVLab 105 Hình 4.9: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng ổn định 107 Hình 4.10: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng ổn định 107 Hình 4.11: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng loạn nhịp cao 108 Hình 4.12: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng loạn nhịp. .. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM LOẠN NHỊP Đặt vấn đề Trong chƣơng n y tác giả trình bày tổng quan về cơ sở hình th nh điện sinh lý tim, phân loại các tín hiệu điện tim loạn nhịp dựa theo phức hợp QRS và véc tơ RR Các trạng thái hoạt động của tim đều gắn liền tới cấu trúc của các phân khu trong tim cũng nhƣ các trạng thái về điện sinh lý ở các cực Quá trình hoạt động của tim li n quan... liệu điện tim từ nhiều nguồn khác nhau tại Việt Nam, M và trên thế giới, từ đó xây dựng bộ cơ sở dữ liệu điện tim loạn nhịp với hơn 2400 véc tơ RR khác nhau, phục vụ quá trình phân tích và nghiên cứu M2) Cải thiện giải thuật phân tách phức hợp QRS tín hiệu điện tim để từ đó tách đƣợc phức hợp QRS và xây dựng véc tơ RR của tín hiệu tim loạn nhịp Đây l cơ sở để thực hiện các giải thuật phân tích tín hiệu. .. nhịp, nhịp trung bình, không hiệu quả khi thời gian theo dõi lớn 1 Phân tích tín hiệu tim loạn nhịp trong miền tần số cho phép phân tích phổ tần số của tín hiệu nên có nhiều lựa chọn v phƣơng pháp đánh giá về tần số [7, 8] hoặc về công suất, phổ của tín hiệu Phƣơng pháp n y dựa trên hàm số v phƣơng pháp toán học để tính toán v đánh giá dữ liệu điện tim, tác động chủ yếu tới cấu trúc và phổ tín hiệu điện. .. xung động Nhịp tim bị loạn là dấu hiệu có rối loạn n o đó trong việc khởi xƣớng các xung lực điện năng từ trung tâm tự động tim hoặc trong việc dẫn truyền các xung lực này tới tế bào tim Trung tâm tự động tự nhiên của tim nằm ở vách sau tâm nhĩ phải điều hoà nhịp tim đập Xét về hình dạng và cấu trúc tín hiệu điện tim thì khái niệm loạn nhịp tim đƣợc phân loại thành ba dạng chính sau:  Nhịp tim nhanh: . của alpha đối với việc phân tích đánh giá tín hiệu tim loạn nhịp 83 Bảng 3.4: Các vùng đánh giá mức độ loạn nhịp điện tim theo véc tơ  và  84 Bảng 4.1: Kết quả phân tách phức hợp QRS. trình thu nhận, số hóa, lưu trữ và quảng bá tín hiện điện tim 118 Hình 5.3: Mô hình thu nhận, số hóa, chuẩn hóa và phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp tại Việt Nam phù hợp với tiêu chuẩn quốc. 4.10: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng ổn định 107 Hình 4.11: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm trong vùng loạn nhịp cao 108 Hình 4.12: Tỉ lệ phân trăm tín hiệu và nằm