đánh giá mức độ stress dựa trên biến thiên nhịp tim

xây dựng phương pháp đánh giá mức độ stress dựa trên cơ sở lý thuyết Photophlethysmogram (PPG). Trong cuộc sống hiên đại đầy những áp lực dễ khiến chúng ta gặp các bệnh về căng thẳng thần kinh (stress). Tuy nhiên các phương pháp truyền thống để đánh giá mức độ stress còn nhiều hạn chế. Vì vậy, mục đích của đồ án này là nghiên cứu một phương pháp đánh giá mức độ stress thân thiện với người dùng. Với việc phát triển của công nghệ PPG, việc ứng dụng kỹ thuật trên để đo nhịp tim và mức độ stress là một giải pháp hàng đầu đang được nghiên cứu và phát triển. Đầu tiên là quá trình thu tín hiệu PPG từ camera điện thoại. Tiếp theo là quá trình xử lý video trên Matlab: đọc video, tách RGB, lọc nhiễu và tìm đỉnh của tín hiệu nhịp tim, sau đó tính khoảng cách các nhịp tim, xuất ra tín hiệu HRV và biến đổi FFT và trích xuất ra các tham số cần thiết cho đánh giá stress: HR, MeanRR, SDNN, LFHF. Sau đó ta thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được của phương pháp và định hướng phát triển trong tương lai.

[1] LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học công nghệ có bước phát triển mạnh, vượt bậc mặt Trong đó, việc bùng nổ thiết bị di động cầm tay, đặc biệt dòng điện thoại thông minh với xuất hàng loạt dòng điện thoại cao cấp iPhone, Samsung, HTC,… Theo đó, ứng dụng lĩnh vực sức khoẻ ngày phát triển đa dạng phong phú, góp phần hỗ trợ nâng cao sức khoẻ người ứng dụng quản lý giấc ngủ, quản lý bước chạy bộ, quản lý lượng cholesterol, quản lý tim mạch, quản lý mức độ căng thẳng… Điều cho thấy người ta ngày quan tâm đến sức khoẻ hơn… Trong sống bộn bề, nhiều mối lo cho công việc, gia đình xã hội làm cho người ta ngày dễ mắc nhiều bệnh stress Do đó, việc tích hợp ứng dụng giúp quản lý, kiểm tra sức khoẻ đem lại nhiều tiện ích cho người dùng Vì vậy, đồ án triển khai đề tài nghiên cứu việc đánh giá mức độ stress xử lý tín hiệu PPG thu từ điện thoại di động thông minh mà đa số người sở hữu Đồ án cung cấp chức giúp người dùng đánh giá mức độ stress mình, theo dõi trình theo ngày, tháng, năm Để sớm phát stress có cách điều chỉnh hợp lý giúp thể khỏe mạnh thể chất tinh thần Trong phạm vi thời gian có hạn, đồ án nghiên cứu phương pháp đánh giá mức độ stress xử lý tìn hiệu PPG thu video quay từ điện thoại, trình xử lý mô thực phần mềm Matlab Hướng phát triển xây dựng ứng dụng điện thoại Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Võ Lê Cường hướng dẫn, giúp đỡ em nhiều suốt trình hoàn thành đồ án Em xin cảm ơn bạn bè, người thân nhà trường ủng hộ em suốt thời gian qua [2] TÓM TẮT LUẬN VĂN Đồ án xây dựng phương pháp đánh giá mức độ stress dựa sở lý thuyết Photophlethysmogram (PPG) Trong sống hiên đại đầy áp lực dễ khiến gặp bệnh căng thẳng thần kinh (stress) Tuy nhiên phương pháp truyền thống để đánh giá mức độ stress nhiều hạn chế Vì vậy, mục đích đồ án nghiên cứu phương pháp đánh giá mức độ stress thân thiện với người dùng Với việc phát triển công nghệ PPG, việc ứng dụng kỹ thuật để đo nhịp tim mức độ stress giải pháp hàng đầu nghiên cứu phát triển Đầu tiên trình thu tín hiệu PPG từ camera điện thoại Tiếp theo trình xử lý video Matlab: đọc video, tách RGB, lọc nhiễu tìm đỉnh tín hiệu nhịp tim, sau tính khoảng cách nhịp tim, xuất tín hiệu HRV biến đổi FFT trích xuất tham số cần thiết cho đánh giá stress: HR, MeanRR, SDNN, LF/HF Sau ta thực nghiệm đánh giá kết thu phương pháp định hướng phát triển tương lai ABSTRACT This research project has built a method to measure mental stress level which based on the studying about Photophlethysmogram In modern life, the pressure makes us so stress However, the traditional methods in evaluating stress level are limited Therefore, this project was aiming to develop a new method for assessing stress level With the development of technology PPG, the application of this technique to measure stress level is a leading solution which is being researched and developed The first is the process of PPG signal from the phone camera The subsequent is processing video on Matlab: reading video, separating RGB, filtering interference and finding the peak of the heartbeat signals , then calculating the distance among heart rate,outputing HRV signals and transforming FFT and extracting the necessary parameters to evaluate stress: HR, MeanRR, SDNN, LF / HF Finally, we experiment and evaluate the results of the method and orient the future development [3] MỤC LỤC [4] CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG BIỂU [5] MỞ ĐẦU Phân tích tín hiệu PPG phương pháp đề xuất để nghiên cứu sử dụng nhằm xác định thể tích máu động mạch chảy da việc sử dụng ánh sáng Phân tích tín hiệu PPG ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đánh giá số sức khỏe thể nồng độ oxy máu (SPO2), huyết áp, nhịp tim, mức độ stress…Trong phạm vi đồ án triển khai xử lý tín hiệu PPG để đánh giá mức độ stress Hiện để đánh giá mức độ stress có hai phương pháp là: − Phỏng vấn trắc nghiệm tâm lý: Sau phát triển trog lĩnh vực tâm lý căng thẳng đo phương pháp trắc nghiệm tâm lý Để thực nhà tâm lý học phát triển câu hỏi bao gồm hàng loạt triệu chứng tâm lý gây tác động stress Có loạt câu hỏi pháp triển để đánh giá yếu tố tâm lý có liên quan đến stress [4] [5] − Biện pháp sinh lý : Việc giải thích tình trạng căng thẳng dẫn đến kích hoạt vấn đề sinh lý thể, phân tích số sinh lý thể huyết áp, vagal tone, tuyến nước bọt biện pháp sính lý để phát stress người [4] [5] Nhưng phương pháp tốn thời gian chi phí, cần tới chuyên gia có kinh nghiệm ngành tâm lý học Vì vậy, vấn đề đặt xây dựng ứng dụng giúp người dùng đo, quản lý đánh giá mức độ stress cách đơn giản, hiệu Để người sử dụng theo dõi sức khỏe tinh thần ngày đến chuyên gia tâm lý cần thiết Kết việc đánh giá mức độ stress phát triển nhằm ứng dụng điện thoại thông minh chạy hệ điều hành android giúp người dùng kiểm tra stress cách thuận tiện Trong phạm vi đồ án này, tác giả trình bày tổng quan phương pháp phân tích xử lý tín hiệu PPG Matlab để đánh giá mức độ stress Tiêu chí đồ án đưa phương pháp đánh giá mức độ stress phân mềm Matlab việc phân tích tín hiệu PPG [6] Cấu trúc đồ án bao gồm bốn chương:  Chương một: Trình bày khát quát khái niệm stress Những tác hại stress người bệnh, định hướng phương pháp nghiên cứu nêu nhiệm vụ đề tài  Chương hai: Trình bày sở lý thuyết công nghệ sử dụng đồ án  Chương ba: Trình bày cụ thể phương pháp ứng dụng phân tích tín hiệu PPG đánh giá mức độ stress  Chương bốn: Trình bày kết thực nghiệm phương pháp phân tích tín hiệu PPG đánh giá mức độ stress Đánh giá độ xác kết thu đồ án [7] CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP Chương nêu tầm quan trọng đánh giá stress với sức khỏe thể chất tinh thần người sống đại ngày Các phương pháp đánh giá stress truyền thống có nhiều hạn chế tốn thơi gian cải Dựa phát triển xử lý tin hiệu PPG vào ứng dụng lĩnh vực xác định thông số sức khỏe như: nhịp tim, mức độ stress, nồng độ oxy máu, huyết áp…Đồ án nghiên cứu giải vấn đề đánh giá mức độ stress dựa camera điện thoại phần mềm Matlab 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, đem lại tiện ích, nâng cao chất lượng sống Tuy nhiên phát triển khiến người ngày lệ thuộc vào công nghệ trở lên lười biếng Điều khiến người ta dễ mắc nhiều bệnh nguy hiểm, đặc biệt bệnh tim mạch Kèm theo sống đại, tấp nập với áp lực công việc, tài chính, gia đình xã hội dễ khiến cho người bị stress Chăm sóc kiểm tra sức khoẻ tim mạch mức độ stress, để phát sớm dấu hiệu không tốt từ giúp thể giải tỏa căng thẳng mệt mỏi kip thời việc làm cần thiết tất người nhịp sống hối 1.1.1 Khái niệm stress Stress khái niệm đa hình Hằng ngày trải nghiệm stress nhiều khía cạnh khác hoạt động chúng ta: trường, nhà, nơi công sở chí hoạt động thể dục thể thao có stress, stress luôn tồn quanh ta Có thể hiểu đơn giản stress phản ứng thể trước yêu cầu, áp lực hay yếu tố tác động đe dọa đến tồn lành mạnh người thể chất lẫn tinh thần [8] 1.1.2 Phân loại stress Stress gia đình: Kết hôn, sinh con, nuôi dạy con, kế hoạch cho tương lai, kiện xã hội đem nhà vấn đề nảy sinh stress Stress dễ lan truyền từ thành viên sang thành viên khác gia đình Người chịu stress nhiều đứa trẻ Nếu không kiểm soát stress phá vỡ gia đình Stress xã hội: Môi trường sống, mật độ dân cư, tài chính, bùng nổ thông tin, thay đổi nghề nghiệp, giáo dục, biến đổi hệ thống giá trị tập tục truyền thống Những yếu tố làm chứng lo âu tăng mạnh, tượng trầm cảm gia tăng Stress công việc (học tập, lao động): Điều kiện lao động, công việc phức tạp, tải khối lượng công việc hay tải lực, liên quan đến việc định trách nhiệm, 1.1.3 Tác hại stress Tác động mặt thể chất:Tình trạng căng thẳng kéo dài dẫn đến rối loạn chuyển hóa lipid, làm tăng cholesterol máu Căng thẳng làm tăng tiết catecholamin mà chủ yếu adrenalin, gây co mạch máu dẫn đến thiếu oxy tim thành mạch, thiếu oxy quan Tăng catecholamim điều kiện định gây tình trạng thiếu oxy tổ chức, loạn dưỡng hoại tử tim, thành mạch Stress gây nhiều bệnh: Bệnh tâm thần kinh: ngủ, đau đầu, hoa mắt, chóng mặt, buồn phiền, cáu gắt, loạn trí nhớ, trầm cảm Bệnh tim mạch: tăng huyết áp, nhồi máu tim, tai biến mạch máu não, loạn nhịp tim, hồi hộp đánh trống ngực Bệnh tiêu hóa: viêm loét dày - tá tràng, chảy máu tiêu hóa, thủng dày, tiêu chảy, khô miệng, chán ăn, ăn không tiêu, thở hôi, rối loạn chức đại tràng Bệnh tình dục: giảm ham muốn, di tinh, mộng tinh, giao hợp đau Bệnh phụ khoa: rối loạn kinh nguyệt, rối loạn nội tiết [9] Bệnh khớp: co cứng cơ, đau lưng, đau khớp, cảm giác kiến bò ngón tay, máy mắt, chuột rút, run rẩy Toàn thân: suy sụp, mệt mỏi, dễ mắc bệnh dị ứng hay bệnh truyền nhiễm Tác động mặt tinh thần: Song song với tác động mặt thể chất, căng thẳng gây tác động mặt tinh thần Các biểu là: Hay quên, trí nhớ, căng thẳng, lo sợ, ngủ, run rẩy… Vì cần thường xuyên theo dõi Stress để phát stress sớm có biện pháp giảm căng thăng kịp thời để có biện pháp điều chỉnh sinh hoạt giúp thể trở trạng thái thoải mái 1.2 Nhiệm vụ đề phương hướng giải Sau phân tích đề tài, xác định phương pháp phân tích xử lý tín hiệu PPG Matlab phương pháp sử dụng để đánh giá mức độ stress Đồng thời nêu công việc cụ thể cần làm sau: − Tìm hiểu kỹ thuật photoplethysmography − Ứng dụng kỹ thuật Photoplethysmography vào việc đo nhịp tim đánh mức độ stress từ tín hiệu thu camera điện thoại − Tìm hiểu lập trình Matlab Việc xử lý video: Đọc video, tách kênh màu RGB, làm mượt tín hiệu, tìm đỉnh tín hiệu nhịp tim, tính khoảng cách đỉnh tín hiệu nhịp tim, biến đổi FFT cho tín hiệu HRV, trích xuất số tín hiệu: HR, SDRR, MeanRR, LF/HF − Tìm hiểu hệ điều hành android ngôn ngữ lập trình java, android để sau tiếp tục phát triển đề tài 1.3 Kết luận Trong chương trình bày khái quát stress ảnh hưởng stress sống sức khỏe người bị stress So với phương pháp khác phương pháp đánh giá mức độ stress phân tích xử lý tín hiệu PPG thu từ camera điện thoại tỏ dễ dàng việc thực ,thích hợp với điều kiện thí nghiệm có tác giả giải vấn đề quan trọng đánh giá mức độ stress [10] − Bắt đầu trình quay video Trong trình đo không nên nói chuyện di chuyển hay để dung tay dẫn tới sai lệch kết đánh giá Bước quay video thể qua hình: Hình 4.1 – Mô thu tin hiệu B2 Chuyển video quay xong vào Project matlab : Bằng cổng kết nối usb điện thoại với máy tính B3 Xử lý tín hiệu matlab − − − − Cài đặt lại đường dẫn tới video Chạy chương trình đánh giá mức độ stress Hiển thị tham số để đánh giá So sánh với tham số chuẩn để đánh giá [39] Hình 4.2 – Xử lý tín hiệu PPG matlab B4 Đưa kết mức độ stress Trong phạm vi nghiên cứu đưa đánh giá ba mức độ trạng thái là: Lo lắng phiền muộn, bình thường mức độ căng thẳng, bực Trong phạm vi đồ án đánh giá stress miền thời gian theo bảng 4.3: Bảng 4.1 – Đánh giá mức độ stress miền tần số Chỉ số Lo lắng, phiền muộn Bình thường Căng thẳng,hay tức giận, nóng nảy LF/HF 2.5 So sánh kết đo với số liệu đưa bảng đánh giá Bảng đưa nghiên cứu khoa học đáng tin cậy phương pháp đánh giá mức độ stress [1] Bên cạnh đánh giá nhịp tim đo vơi bảng nhịp tim trung bình theo độ tuổi bảng 4.2: [40] Bảng 4.2 - Nhịp tim bình thương theo độ tuổi Độ tuổi (tuổi) Mới sinh 0.5 - 1-3 3-5 6-10 11-14 14+ 4.1.2 Nhịp tim (số nhịp /phút) 100-160 80-140 80-130 80-120 70-110 60-105 60-100 Phương pháp vấn trắc nghiệm tâm lý Khái niệm Là phương pháp vấn các đối tượng tham gia mức độ căng thẳng thần kinh, áp lực vè mặt sống đối tượng Tiếp theo sử dụng câu hỏi trắc nghiệm tâm lý để tìm tâm lý, tính cách cách người nhận thức giới xung quanh, đưa định cho vấn đề phát trầm cảm, mức độ căng thẳng thần kinh, triệu chứng dối loạn tâm lý… Quy trình thực Khi chuẩn bị tiến hành làm đánh giá, cần phải có yêu cầu điều kiện sau : - Trắc nghiệm viên phải nắm vững kiểm tra sử dụng - Quy trình tiến hành phải có chuẩn bị thống - Địa điểm thực phải đạt tiêu chuẩn ánh sáng, chỗ ngồi, nhiệt độ yên tĩnh hoạt động gây phân tán cho đối tượng - Quan hệ trắc nghiệm viên đối tượng phải thoải mái, trắc nghiệm viên không mặc trang phục gây ý thái (trang điểm lòe loẹt sắc phục gây sợ) - Thời gian tiến hành phải đầy đủ, vội vã hay thúc dục - Đối tượng phải ngồi điều kiện thoải mái để sử dụng cách thuận tiện vật dụng dùng trình đánh giá - Trước tiến hành thực sự, vật dụng đánh giá không đối tượng trông thấy phải để chỗ thuận tiện [41] Nội dung đánh giá: Theo viện sức khỏe tâm thần Việt Nam [9] Cách thực sau: Hãy đọc câu khoanh tròn vào số 0, 1, ứng với tình trạng mà bạn cảm thấy suốt tuần qua Không có câu trả lời hay sai Và đừng dừng lại lâu câu Mức độ đánh giá: 0: Không với chút 1: Đúng với phần nào, 2: Đúng với phần nhiều, phần lớn thời gian 3: Hoàn toàn với tôi, hầu hết thời gian Cách tính điểm: Điểm Trầm cảm, Lo âu Stress tính cách cộng điểm câu lại nhân hệ số Bảng 4.3 - Bảng trắc nghiệm đánh giá stress S A D A D S A S A D S S D S A D D Tôi thấy khó mà thoải mái 0123 Tôi bị khô miệng 0123 Tôi dường chẳng có chút cảm xúc tích cực 0123 Tôi bị rối loạn nhịp thở (thở gấp, khó thở dù chẳng làm việc nặng) Tôi thấy khó bắt tay vào công việc 0123 Tôi có xu hướng phản ứng thái với tình 0123 Tôi bị mồ hôi (chẳng hạn mồ hôi tay ) 0123 Tôi thấy suy nghĩ nhiều 0123 Tôi lo lắng tình làm hoảng sợ 10 11 12 13 14 biến thành trò cười Tôi thấy chẳng có để mong đợi 0123 Tôi thấy thân dễ bị kích động 0123 Tôi thấy khó thư giãn 0123 Tôi cảm thấy chán nản, thất vọng 0123 Tôi không chấp nhận việc có xen vào cản trở 15 16 17 việc làm Tôi thấy gần hoảng loạn Tôi không thấy hăng hái với việc Tôi cảm thấy chẳng đáng làm người [42] 0123 0123 0123 S A A D 18 19 Tôi thấy dễ phật ý, tự 0123 Tôi nghe thấy rõ tiếng nhịp tim dù chẳng làm việc (ví 20 21 dụ, tiếng nhịp tim tăng, tiếng tim loạn nhịp) Tôi hay sợ vô cớ Tôi thấy sống vô nghĩa 0123 0123 Bảng 4.4 - Kết đánh giá trắc nghiệm tâm lý Mức độ Trầm cảm Lo âu Stress Bình thường 0-9 0–7 - 14 Nhẹ 10 - 13 8–9 15 - 18 Vừa 14 - 20 10 – 14 19 - 25 Nặng 21 - 27 15 – 19 26 - 33 Rất nặng ≥28 ≥20 ≥34 Nhận xét: Bảng khó tí, 21 câu chia cho 3, loại có câu, từ viết tắt sau − Để đánh giá mức độ Stress bạn chọn câu hỏi đằng trước có chữ S: viết tắt chữ Stress − Để đánh giá mức độ Trầm cảm bạn chọn câu hỏi đằng trước có chữ D: viết tắt chữ Depression − Để đánh giá mức độ Lo âu bạn chọn câu hỏi đằng trước có chữ A: viết tắt chữ Anxiety 4.2 Mô kết Tiến hành thực nghiệm để đánh giá kết nhiều đối tượng khác đồng thời hai phương pháp sau tiến hành so sánh kết hai phương pháp Ví dụ kết hệ thống cho ba đối tượng đánh giá Đối tượng một: Là sinh viên viện môi trường, tính cách thoải mái hòa đồng • Kết vấn trắc nghiệm tâm lý: đối tượng hoàn toàn thoải mái và có chế độ sinh hoạt bình thường không chịu áp lực lớn sống Kết trắc nghiệm tâm lý thể hiên bảng 4.3 Bảng 4.5 – Trắc nghiệm tâm lý đối tượng đánh giá stress đối tượng [43] Điểm Tổng điểm sau nhân hai Số câu hỏi đạt điểm 3 Đánh giá trạng thái tâm lý Đối tượng trạng thái tâm lý hoàn toàn bình thường 10 • Kết đánh giá hệ thống xử lý tín hiệu PPG Matlab đối tượng một: Hình 4.3 – Kết thực đối tượng Hệ thống xử lý tỷ lệ LF/HF = 0.65 so sánh với bảng đánh giá 4.1 đưa kết đánh giá đối tượng trạng thái bình thường Đối tượng hai: Là sinh viên năm nhât vừa tiến hành thí nghiệm • Kết vấn trắc nghiệm tâm lý: đối tượng hoàn toàn thoải mái và có chế độ sinh hoạt bình thường cảm thấy hồi hộp lo lắng buổi thí nghiệm vừa tiến hành Kết trắc nghiệm tâm lý thể hiên bảng 4.6 Bảng 4.6 – Trắc nghiệm tâm lý đối tượng đánh giá lo âu đối tượng hai Điểm Số câu hỏi đạt điểm 0 Đánh giá trạng thái tâm lý Đối tượng trạng thái tâm lý hoàn toàn bình thường [44] Tổng điểm sau nhân hai • Kết đánh giá hệ thống xử lý tín hiệu PPG Matlab đối tượng hai: Hình 4.4 - Kết thực đối tượng hai Hệ thống xử lý đưa tỷ lệ LF/HF = 0.3 so sánh với bảng đánh giá 4.1 đưa kết đánh giá đối tượng trạng thái lo âu, phiền muộn Đối tượng ba: Là sinh viên năm cuối lab trình nghiên cứu đề tài làm đồ án tốt nghiệp • Kết vấn trắc nghiệm tâm lý: đối tượng có cường độ hoạt động trí óc cao, chịu áp lực tiến đô công việc nghiên cứu đề tài khoa học Kết trắc nghiệm tâm lý thể hiên bảng 4.7 Bảng 4.7 – Trắc nghiệm tâm lý đối tượng đánh giá stress đối tượng ba Điểm Tổng điểm sau Số câu hỏi đạt điểm 24 Đánh giá trạng thái tâm lý Đối tượng trạng thái stress vừa [45] nhân hai • Kết đánh giá hệ thống xử lý tín hiệu PPG Matlab đối tượng ba thể qua hình 4.5 Hình 4.5 - Kết thực đối tượng ba Hệ thống xử lý đưa tỷ lệ LF/HF = so sánh với bảng đánh giá 3.1 đưa kết đánh giá đối tượng trạng stress Sau tiến hành đánh giá stress đối tượng đồng thời hai phượng pháp, tiến hành so sánh kết phương pháp đánh giá mức độ stress xử lý tín PPG phương pháp đề cử để so sánh Kết so sánh thể qua bảng 4.8 Bảng 4.8 - So sánh kết ba đối tượng với phương pháp vấn trắc nghiệm tâm lý Đối tượng Một Hai Ba Phương pháp trắc nghiệm tâm lý Bình thường Bình thường Stress vừa Phỏng vấn trực tiếp đối tượng Bình thường Có lo lắng Stress vừa Phương pháp xử lý tín hiệu PPG (Mức độ) Bình thường Lo lắng Stress Dựa kết thực nghiệm đánh giá độ xác kết qua đánh giá stress theo phương pháp xử lý tín hiệu PPG Matlab [46] 4.3 Đánh giá kết kết luận Chương trình đánh giá mức độ stress dựa xử lý tín hiệu PPG Matlab đối tượng tham gia thí nghiệm Thực việc so sánh kết đo với phương pháp vấn trực tiếp đối tượng đánh giá trắc nghiệm tâm lý Kết so sánh xác so với mức độ căng thẳng người đánh giá Kết phần đáp ứng yêu cầu đề cho phương pháp Tuy kết nghiên cứu nhiều hạn chế Kết cón vài trường hợp chưa xác đối tượng lo lắng kết phụ thuộc nhiều vào trình thu tín hiệu từ camera điện thoại Vì trình thu tín hiệu dài nên dễ dẫn đến sai lêch kết đo Quá trình xử lý tín hiệu lâu dung lượng video lớn [47] KẾT LUẬN CHUNG Bằng việc bám sát với hướng giải vấn đề, đồ án thực mục tiêu đề ra, đánh giá mức độ căng thẳng thần kinh Thông qua việc thực đồ án, em nắm thêm nhiều kiến thức kỹ bao gồm: − − − − Đã hiểu nắm sở lý thuyết kỹ thuật PPG Đã hiểu nắm lý thuyết lập trình Matlab Đã nắm trình xử lý tín hiệu Matlab Về kỹ năng, thành thạo kỹ để phân tích triển khai đề tài Các kỹ tim kiếm phân tích tài liệu Mặc dù ứng dụng số điểm hạn chế như: − Chưa thiết kế giao diện cho cho hệ thống − Tốc độ tính toán đánh giá stress chậm thiếu ổn định − Thời gian lấy tín hiệu lâu, dẫn tới vấn đề nhiễu, rung tay, nóng tay dẫn tới sai lệch kết Kết tương đối nhiều điều phải xem xét ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mặc dù đồ án xây dựng phương pháp đánh giá stress giúp theo dõi tinh trạng sức khỏe, nhiên để đem lại ứng dụng thực tế cho người dùng đề tài nhiều vấn đề phải làm Dưới số định hướng phát đề tài tương lai − Tối ưu thuật toán phương pháp giúp thu gắn thời gian đánh giá cải tiến kết đánh giá − Phát triển ứng dụng đánh giá mức độ stress điện thoại chạy hệ điều hành android − Đưa gia đánh giá sức khỏe đưa biện pháp, tập giúp giảm mức độ stress [48] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kil-sang Yoo and Won-hyung Lee Chung-Ang University, MENTAL STRESS ASSESSMENT BASED ON PULSE PHOTOPLETHYSMOGRAPHY, 2011 IEEE 15th International Symposium on Consumer Electronics [2] Xu xu, Analysis on Mental Stress/Workload Using Heart Rate Variability and Galvanic Skin Response during Design Process, April 2014 [3] Yu-Hao Lee1,Vincent Shieh2,Chih-Lung Lin1 and Yung-Jong Shiah3, A Stress Evaluation and Personal Relaxation System Based on Measurement of Photoplethysmography, 2013 Second International Conference on Robot, Vision and Signal Processing [4] National Institute on Aging Division of Behavioral and Social Research Universityof California, Stress Measurement Meeting, February 2-3, 2011 [5] Sonia J Lupien, Ph.D Scientific Director Centre for Studies on Human Stress Fernand Seguin Research Centre of Louis-H Lafontaine Hospital Quebec, Canada, HOW TO MEASURE STRESS IN HUMANS, Centre for Studies on Human Stress  2013 [6] R Dantu, “Measuring vital signs using smart phones,” Ph.D dissertation, University of North Texas, 2010 [7]Clifford, G.D., F Azuaje, and P.E McSharry, Advanced Methods and Tools for ECG Data Analysis 2006, Norwood, MA: Artech House, Inc 371 [8] Tim hiểu công nghệ PPG https://en.wikipedia.org/wiki/Photoplethysmogram Truy cập lần cuối 05/09/2015 [9] Trắc nghiệm stress http://www.nimh.gov.vn/trac-nghiem-tam-ly/28-cac-trcnghim/151-thang-anh-gia-lo-au-trm-cm-stress-dass-21.html truy cuối 05/09/2015 [10] Kỹ thuật làm trơn ảnh http://luanvan.co/luan-van/tim-hieu-bai-toan-lam-tronanh-44564/ truy cập cuối ngày 05/09/2015 [11] Phương pháp phân tích biến thiên nhịp tim http://bomonnoiydhue.edu.vn/upload/file/chuyen_de_3btnt_theo_pho_tan_so.pdf Truy cập cuối 07/09/2015 [49] [12] Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology (1996) Heart rate variability Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use Circulation;93:1043–65 [13] Hon EH, Lee ST (1965) Electronic evaluations of the fetal heart rate patterns preceding fetal death: further observations Am J Obstet Gynecol.;87:814-826 [14] Ewing DJ, Martin CN, Young RJ, Clarke BF (1985) The value of cardiovascular autonomic function tests: 10 years' experience in diabetes Diabetes Care.;8:491-498 [15] Pomeranz M, Macaulay RJB, Caudill MA, Kutz I, Adam D, Gordon D, Kilborn KM, Barger AC, Shannon DC, Cohen RJ (1985), Benson M Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis Am J Physiol.;248:H151-H153 [50] PHỤ LỤC Giới thiệu Matlab Matlab ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao sử dụng để giải toán kỹ thuật Matlab tích hợp việc tính toán, thể kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc dễ dàng cho người sử dụng Dữ liệu với thư viện lập trình sẵn cho phép người sử dụng có ứng dụng sau • Sử dụng hàm có sẵn thư viện, phép tính toán học thông thường • Cho phép lập trình tạo ứng dụng • Cho phép mô mô hình thực tế • Phân tích, khảo sát hiển thị liệu • Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh • Cho phép phát triển, giao tiếp với số phần mềm khác C++, Fortran Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng Matlab hệ thống tương giao, phần tử liệu mảng (mảng không đòi hỏi kích thước) Chúng cho phép giải vấn đề liên quan đến lập trình máy tính, đặc biệt sử dụng phép tính ma trận hay vectơ sử dụng ngôn ngữ C học Fortran lập trình thực ứng dụng lập trình câu lệnh gọi từ Matlab Matlab viết tắt từ chữ “MATrix LABoratory” tức thư viện ma trận, từ phần mềm Matlab viết nhằm cung cấp cho việc truy cập vào phần mềm ma trận cách dễ dàng, phần mềm ma trận phát triển công trình Linpack Eispack Ngày Matlab phát triển Lapack Artpack tạo nên nghệ thuật phần mềm cho ma trận Ứng dụng :Matlab tạo điều kiện thuận lợi cho: • Các khoá học toán học • Các kỹ sư, nhà nghiên cứu khoa học [51] • Dùng Matlab để tính toán, nghiên cứu tạo sản phẩm tốt sản xuất Trong nội dung đồ án em dùng matlab việc xử lý video trích xuất tín hiệu nhịp tim số đánh giá stress Hình 4.6 – Xử lý tín hiệu nhịp tim phần mềm matlab [52] [53] [...]... chọn cho chương trình xử lý tín hiệu PPG để dùng trong đánh giá mức độ stress 2.3 Biến thiên nhịp tim và mối liên hệ với hệ thần kinh tự trị 2.3.1 Sơ lược lịch sử phân tích biến thiên nhịp tim [11] Sơ lược lịch sử nghiên cứu tần số tim, huyết áp và nhiều biến tim mạch khác dao động từ nhịp này sang nhịp khác Tần số tim đặc biệt bị ảnh hưởng bởi hoạt động nút xoang và các ảnh hưởng của hệ thần kinh tự... (tỷ số mât độ phổ cống suất trong miền tần số thấp và miền tần số cao) là phương pháp khá đáng tin cậy và nhanh gọn để đánh giá hệ thần kinh tự chủ và là cơ sở để đánh giá mức độ căng thẳng của con người [20] CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU PPG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ STRESS Chương này trình bày phương pháp phân tích tín hiệu PPG để đánh giá mức độ stress Đưa ra thiết kế hệ thống đánh giá stress, các... tín hiệu nhịp tim, lọc và tìm đỉnh tín hiệu nhịp tim, quá trình tính khoảng cách giữa các đỉnh và phân tích tín hiệu biến thiên nhịp tim trên miền thời gian và miền tần số Biến đổi FFT và tính mật độ phổ công suất trên hai miền tần số LF và HF Sau đó so sánh để đưa ra mức độ stress 3.1 Phân tích và thiết kế hệ thống 3.1.1 Yêu cầu hệ thống Yêu cầu chức năng - Xây dựng hoàn thiện đánh giá mức độ stress. .. tích HRV và biến đổi FFT Sau khi tính khoảng cách các nhịp tim liền kề nhau sẽ trích xuất ra tín hiệu biến thiên nhịp tim Phân tích biến thiên nhịp tim là bước quan trọng hàng đầu để tính ra các chỉ sô cần thiết để đánh giá mức độ stress Phân tích trên miền thời gian (Time-Domain Analysis) Phân tích HRV trên miền thời gian thường được phân loại là phương pháp thống kê hình học Đi tính độ lệch chuẩn... làm thay đổi tần số tim Biến thiên nhịp tim được mô tả như là số lượng các dao động tần số tim liên tiếp nhau xung quanh tần số tim trung bình và phản ảnh tình trạng tác động ảnh hưởng qua lại phức tạp giữa hai hệ thống thần kinh giao cảm và phó giao cảm Biến thiên nhịp tim phản ánh tiến trình động (dynamics) nhằm để duy trì tính hằng định nội mô Ứng dụng lâm sàng của biến thiên nhịp tim đầu tiên bởi... đỉnh của tín hiệu nhịp tim trên Matlab Từ đó trích xuất ra nhịp tim theo công thức: Từ tín hiệu nhịp tim ta tính khoảng cách giữa các đỉnh, đưa ra được tín hiệu HRV và đánh giá mức độ Stress Tính khoảng cách giữa các đỉnh kề nhau Sau khi xác định được đỉnh của tín hiệu ta tính các khoảng cách của hai đỉnh của tín hiệu nhịp tim Bằng cách trừ hoành độ hai phần tử liên tiếp của đỉnh nhịp tim Hình 3.12 –... khoảng trước − Tính giá trị trung bình khoảng cách các đỉnh: MeanRR(ms) Từ những số liệu tính toán đem so sánh với bảng đánh giá mức độ stress Phân tích trên miền tần số (Frequency-Domain Analysis) Phân tích phổ là biểu hiện toán học cơ chế sinh lý tạo ra sự biến thiên các thời khoảng R-R, kết quả cho ra các vùng tần số của biến thiên nhịp tim tương ứng với các mức độ biểu hiện hoạt động của thần kinh... Trích xuất tín hiệu HRV và thực hiện FFT Tính các chỉ số cần thiết: HR, MeanRR, SDNN, LF/HF Đối chiếu số liệu bảng đánh giá 3.1 Kết luận về nhịp tim và mức độ stress Hình 3.1 Quy trình đánh giá mức độ stress [22] 3.2 Thu video từ camera điện thoại Bước đầu tiên của quá trình đánh giá Stress là thu thập tín hiệu PPG từ camera điện thoại Đèn flash của điện thoại được thiết kế nằm cạnh camera phía sau... thuật ngữ, các tiêu chuẩn đo đạc biến thiên nhịp tim, xác định các liên quan sinh bệnh học, ứng dụng lâm sàng và các nghiên cứu trong hiện tại và tương lai [12] 2.3.2 Sự biến thiên nhịp tim Ở người, tần số tim thay đổi từ 50 nhịp/ phút khi nghỉ ngơi đến 200 nhịp/ phút khi gắng sức tối đa, tương đương với khoảng thời gian giữa 1200ms và 300ms Để xác định biến thiên nhịp tim, tín hiệu tương tự (analog)... án là kỹ thuật Photoplethysmography, và ứng dụng công nghệ này vào đánh giá mức độ stress Lý thuyết về bộ lọc tín hiệu, mối liên hệ giữa biến thiên nhịp tim và hệ thần kinh tự tri ở cơ thể người và phương pháp phân tích biến thiên nhịp tim (HRV) 2.1 Kỹ thuật Photoplethysmography Là kỹ thuật sử dụng để thu tín hiệu đồng bộ với nhịp tim mà không làm ảnh hưởng tới lưu thông máu tại khu vực đó bằng việc ... Đối chiếu số liệu bảng đánh giá 3.1 Kết luận nhịp tim mức độ stress Hình 3.1 Quy trình đánh giá mức độ stress [22] 3.2 Thu video từ camera điện thoại Bước trình đánh giá Stress thu thập tín hiệu... bảng đánh giá Bảng đưa nghiên cứu khoa học đáng tin cậy phương pháp đánh giá mức độ stress [1] Bên cạnh đánh giá nhịp tim đo vơi bảng nhịp tim trung bình theo độ tuổi bảng 4.2: [40] Bảng 4.2 - Nhịp. .. để dùng đánh giá mức độ stress 2.3 Biến thiên nhịp tim mối liên hệ với hệ thần kinh tự trị 2.3.1 Sơ lược lịch sử phân tích biến thiên nhịp tim [11] Sơ lược lịch sử nghiên cứu tần số tim, huyết