Phân tích quang phổ tín hiệu tim loạn nhịp

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: (i) Luận văn sản phẩm nghiên cứu tôi, (ii) Số liệu luận văn đƣợc điều tra trung thực, (iii) Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Phạm Đình Trung Lời mở đầu Trong nhiều phân thể, tim phận quan trọng thể, tim hoạt động liên tục từ thể hình thành bào thai đến thể chết Tình trạng bệnh lý thể đƣợc phản ánh cách rõ nét qua nhƣng biểu tim Một bệnh lý mà hay mắc phải chứng loạn nhịp tim Loạn nhịp tim nhịp đập chậm nhanh, nhịp ngoại tâm thu (tim đập đều, có nhịp thất thƣờng) loạn nhịp hoàn toàn Phần lớn bệnh rối loạn nhịp tim có biểu rõ dấu hiệu: đau thắt ngực, hoa mắt, choáng váng, đau đầu nhẹ dai dẳng, bồi hồi liên tục, ngủ Từ tín hiệu thu đƣợc, kết hợp nghiên cứu tìm hiểu về: Cấu tạo tim, chứng rối loạn nhịp tim, tín hiệu điện tim ứng dụng xử lý, phân tích tín hiệu loạn nhịp tim… Tôi làm Luận văn với việc xây dƣng phần mềm chuyên phân tích tín hiệu điện tim với mong muốn hỗ trợ bác sỹ, chuyên gia nhân viên y tế việc chẩn đoán bệnh cách tốt Nhƣng thời gian có hạn nhiều khó khăn trình thực nên nghĩ nhiều thiếu sót đồ án này, hi vọng nhận đƣợc nhiều góp ý thầy cô, đƣợc bạn học viên, sinh viên khóa sau tiếp tục phát triển luận án để hỗ trợ tốt cho bệnh nhân Qua luận án xin chân thành cảm ơn thầy cô thuộc viện Điện tử viễn thông viện Đào tạo Sau đại học, trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hết lòng giúp đỡ đƣờng tìm kiếm tri thức Đặc biệt xin chân thành cảm ơn GS.TS: Nguyễn Đức Thuận giúp định hƣớng luận án này, hỗ trợ cho nguồn tài liệu hƣớng dẫn tận tình trình làm luận văn nhƣ học tập thực tập Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên thực hiên Phạm Đình Trung DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ANS – Autonomic Nervous System (Hệ thống thần kinh tự trị) ApEn - Approximate Entropy (Entropy xấp xỉ) AR – Autoregressive (Tự hồi qui) DFA – Detrended Fluctuation Analysis (Phân tích dao động khử khuynh hƣớng) ECG – Electro-cardiogram (Điện tâm đồ) FFT – Fast Fourier Transform (Biến đổi Fourier nhanh) SA – Sionatrial node (Nút xoang nhĩ) HRV – Heart Rate Variability (Loạn nhịp tim) HF – High Frequency (Tần số cao) 10 LF – Low Frequency (Tần số thấp) 11 SampEn – Sample Entropy (Entropy mẫu) 12 RP – Recurrence Plot (Vẽ đồ thị phát sinh lại) 13 REC – Recurrence Rate (Tốc độ phát sinh lại) 14 PSD – Power Spectrum Density (Mật độ phổ lƣợng) 15 VLF – Very Low Frequency (Tần số thấp) 16 CHF – Congestive Heart Failure (Suy tim xung huyết) TÓM TẮT LUẬN VĂN Tín hiệu điện tim có ý nghĩa quan trọng việc theo dõi đánh giá sức khoẻ bệnh nhân Xử lý tín hiệu điện tim loạn nhịp đƣợc thực nhằm nâng cao khả đánh giá phát sớm triệu chứng bệnh tật Có nhiều phƣơng pháp xử lý tín hiệu điện tim khác dựa liệu véc tơ RR miền thời gian, tần số phi tuyến Luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá thông số miền tần số đƣợc tính toán theo phổ AR Ngoài ứng dụng cung cấp tiện ích giúp cho trình nghiên cứu, chẩn đoán đƣợc thuận tiện nhƣ: báo cáo in hay lƣu dƣới định dạng file PDF, kết đƣợc lƣu nhƣ file văn ASCII dễ dàng đƣa vào số chƣơng trình khác nhƣ: Microsoft Excel,… MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TÓM TẮT LUẬN VĂN .4 MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH 1.1 Lịch sử nghiên cứu tim 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc PHẦN 2: GIẢI PHẪU TIM VÀ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP 12 2.1 Giải phẫu sinh lý tim 12 2.1.1 Sinh lý tuần hoàn .12 2.1.2 Đặc điểm cấu trúc – chức tim 12 2.1.3 Các đặc tính sinh lý tim 15 2.1.4 Chu kỳ hoạt động tim: .16 2.1.5 Điều hòa hoạt động tim: 17 2.2 Tổng quan tín hiệu tim loạn nhịp 18 2.2.1 Khái niệm: 18 2.2.2 Nguyên nhân: 21 2.2.3 Bệnh sinh rối loạn nhịp tim: 21 2.2.4 Biểu lâm sàng rối loạn nhịp: .22 2.3.5 Chẩn đoán, điều trị phòng ngừa rối loạn nhịp tim: .22 2.2.6 Phân loại rối loạn nhịp tim: .24 PHẦN 3: CƠ SỞ TOÁN HỌC VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU Y SINH 26 3.1 Các sở toán học cho phân tích tin hiệu 26 3.1.1 Định nghĩa không gian vector tích trong: .26 3.1.2 Trực giao trực chuẩn: 27 3.1.3 Không gian Hilbert: 28 3.1.4 Cơ sở trực chuẩn: .28 3.1.5 Cơ sở tổng quát: .29 3.1.6 Đại số tuyến tính: .30 3.1.7 Xử lý tín hiệu: 31 3.2 Các phƣơng pháp xử lý tín hiệu .33 3.2.1 Phƣơng pháp Fourier: 33 3.2.2 Phƣơng pháp STFT: 35 3.2.3 Biến đổi Wavelet: 36 PHẦN 4: ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUANG PHỔ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP .43 4.1 Sơ đồ tiến trình thực hệ thống 43 4.2 Phần mềm ứng dụng phân tích tín hiệu tim loạn nhịp 44 4.2.1 Sơ đồ tiến trình thực phần mềm 44 4.2.2 Các phƣơng pháp phân tích .44 4.2.3 Mô tả phần mềm 56 4.2.4 Chạy thử phần mềm 74 4.3 Giới thiệu sở liệu Physionet .79 4.4 Nhóm bệnh nhân suy tim 82 4.5 PHÂN TÍCH QUANG PHỔ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP .85 4.5.2 Phân tích thông số loạn nhịp tim cho nhóm bệnh nhân CHF 86 4.5.3 Đánh giá so sánh kết 95 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Lát cắt cấu tạo tim 13 Hình 2 Cấu tạo tim: Nút xoang, bó HIS, Nút nhĩ-thất,… 15 Hình Cấu tạo tim: Nút xoang, Nhĩ phải-trái,Thất phải-trái… 19 Hình Lấy mẫu đôi tiling thời gian 39 Hình Sơ đồ phân tích DWT 42 Hình 3 Sơ đồ tổng hợp DWT 42 Hình Sơ đồ khối tiến trình hệ thống xử lý, phân tích hiển thị tín hiệu loạn nhịp tim 43 Hình Sơ đồ tiến trình phần mềm phân tích tín hiệu loạn nhịp tim 44 Hình Phân tích vẽ đồ thị Poincaré với chức điều chỉnh ellipse 47 Hình 4 Phân tích bất thường vẽ đồ thị 50 Hình xâp xỉ kích thước tương quan D2 từ đồ thị (log r, log Cm(r)) 51 Hình ma trân đồ hồi qui chuỗi thời gian HRV (đen=1 trắng=0) 53 Hình Giao diện đồ hòa phần mềm phân tích HRV 57 Hình Giao diện tùy chọn chuỗi RR 58 Hình Hiệu chỉnh thành phần lạ: (a) Chuỗi hiệu chỉnh thành phần lạ quan sát đầu chuỗi RR thô (b) chuỗi RR hiệu chỉnh 60 Hình 10 Khối hiển thị liệu giao diện 61 Hình 11 Khối tùy chọn phân tích giao diện 62 Hình 12 Giao diện hiển thị kết miền thời gian 63 Hình 13 Giao diện hiển thị kết miền tần số 64 Hình 14 Khung theo dõi kết phi tuyến tính 65 Hình 15 Bảng báo cáo bao gồm tất kết phân tích miền thời gian, miền tần số phi tuyến tính tính toán phần mềm 68 Hình 16 Cửa sổ tham chiếu cài đặt phần mềm: thông tin người sử dụng 70 Hình 17 Cửa sổ cài đặt tham chiếu phần mềm: loại tùy chọn phân tích 71 Hình 18 Cài đặt cửa sổ ưu tiên phần mềm: Mục cài đặt nâng cao 72 Hình 19 Cài đặt cửa sổ ưu tiên phần mềm: Mục cài đặt báo cáo 73 Hình 20 Chạy thử mẫu 75 Hình 21 Mẫu thử 1, Kết thời kỳ lying chạy thử tư thẳng đứng (orthostatic test) 77 Hình 22 Mẫu thử 1, Kết thời kỳ standing chạy thử tư thẳng đứng (orthostatic test) 78 Hình 23 Mẫu thử 1, kết lưu file ASCII 79 Hình 24 Sơ đồ Power (ms2) miền tần số thấp 88 Hình 25 Sơ đồ Power (%) miền tần số thấp 88 Hình 26 Sơ đồ Power (n.u.) miền tần số thấp 89 Hình 27 Sơ đồ Power (ms2) miền tần số thấp 91 Hình 28 Sơ đồ Power (%) miền tần số thấp 91 Hình 29 Sơ đồ Power (n.u) miền tần số thấp 92 Hình 30 Sơ đồ Power (%) miền tần số cao 94 Hình 29 Sơ đồ Power (n.u) miền tần số cao 94 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Danh sách bệnh nhân lấy từ kho liệu Physionet 85 Bảng 3: Các số bệnh nhân miền tần số thấp 87 Bảng 4: Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số thấp 90 Bảng 5: Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số cao 93 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG Trong giới động vật, tim có mức độ phức tạp tăng dần theo mức độ tiến hóa Tim ngƣời có cấu tạo vô phức tạp quan trọng thể Quá trình hoạt động ổn định tim giúp cho thể khoẻ mạnh trì sống tốt.Ngoài dự vào tín hiệu tim cho phép xác định đƣợc trạng thái bệnh tật ngƣời Đề tài nghiên cứu tập trung nghiên cứu phân tích tín hiệu điện tim bệnh nhân Việt nam lý thuyết tính toán, công cụ toán học phƣơng pháp luận khoa học để từ đƣa phƣơng pháp, giải thuật xác định trạng thái bệnh tật phổ biến bệnh nhân 1.1 Lịch sử nghiên cứu tim Trong suốt thập kỉ, kết thu đƣợc để hiểu sở sinh lý học quan hệ mật thiết bệnh lý khác Qua nghiên cứu phát HRV phản ánh hoạt động đƣợc điều khiển hệ thống thần kinh tự trị (ANS-Autonomic Nervous System) nút xoang nhĩ (SA) HRV triệu chứng phổ biến bệnh tim, có nhiều công trình nghiên cứu việc phát hiện, chẩn đoán HRV gồm phần cứng phần mềm để phục vụ công tác nghiên cứu, chẩn đoán điều trị 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc  Hút thuốc lá: 30 - 40% số khoảng 500.000 trƣờng hợp chết bệnh mạch vành năm có nguyên nhân từ thuốc Các kết từ nghiên cứu Framingham chứng minh rằng, nguy đột tử cao 10 lần nam lần nữ giới có hút thuốc Thuốc yếu tố nguy số đột tử bệnh mạch ngoại vi  Theo Viện tim mạch Việt Nam: Tăng cholesterol máu rối loạn lipid liên quan: Tăng hàm lƣợng chất mỡ máu (cholesterol triglycerid) thƣờng gặp Các nghiên cứu cho thấy, nồng độ cholesterol toàn phần máu yếu tố dự báo mạnh nguy mắc bệnh mạch vành đột qụy  Tình trạng suy giảm hoạt động tuyến giáp làm tăng nguy mắc bệnh tim mạch Theo nghiên cứu ngƣời bị giảm hoạt động tuyến giáp dễ mắc bệnh tim mạch so với ngƣời có chức tuyến giáp hoạt động bình thƣờng  Các nhà khoa học Canada phát ngƣời có tiền sử bệnh tim mạch phải làm việc căng thẳng có nguy mắc bệnh cao gấp lần so với ngƣời làm việc môi trƣờng bình thƣờng Nghiên cứu đƣợc tiến hành với khoảng 1.000 ngƣời vòng năm cho thấy có 200 ngƣời tái phát bệnh trở lại làm việc căng thẳng  Những ngƣời không đƣợc điều trị suy nhƣợc phiền muộn kịp thời sau bị bệnh tim có nguy cao tái phát bệnh tim mạch  Các nhà nghiên cứu thuộc ĐH Y Massachusetts cho thấy: Chƣơng trình giảm cân tốt việc cải thiện sức khoẻ tim mạch đặc biệt với ngƣời béo phì Họ cho chế độ ăn điều chỉnh cân nặng tốt cho tim mạch  Các nhà nghiên cứu thuộc Bệnh viện đa khoa Massachusetts tìm mối liên quan sợ hãi bệnh tim mạch Họ thấy phụ nữ lớn tuổi phải trải qua cảm giác sợ hãi thời gian suốt tháng tăng nguy mắc bệnh tim mạch đột quỵ năm cao so với ngƣời không trải qua cảm giác sợ hãi tới lần  Dậy sớm trƣớc sáng có hại cho tim Các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát ngƣời dậy sớm buổi sáng có nguy mắc bệnh tim mạch nhƣ huyết áp cao, đột quỵ xơ cứng động mạch cao ngƣời dậy muộn  Những phụ nữ lớn tuổi uống nhiều viên bổ sung canxi có nguy mắc bệnh tim mạch Nghiên cứu ĐH Auckland cho thấy: Những phụ nữ 70 tuổi sử dụng viên bổ sung canxi làm tăng nguy mắc bệnh tim mạch lên 40%  Trong củ hành, tỏi tây, hẹ hành tƣơi giàu hợp chất có tác dụng giảm cholesterol, làm thành mạch máu giảm chứng xơ cứng động mạch 10 Thăm khám lâm sàng kỹ lƣỡng, tập trung phát tải dịch thể ( âm phế bào, phù chân, tĩnh mạch cổ to ) kể biểu tim ( mạch, kích thƣớc tim, tiếng tim, âm thổi) Các xét nghiệm để chẩn đoán bao gồm đo điện tim ( ECG ), chụp X-quang ngực để khảo sát tình trạng nhồi máu tim trƣớc đây, loạn nhịp tim, tim to, ứ dịch quanh phổi Một xét nghiệm khác hữu dụng để chẩn đoán siêu âm tim Siêu âm tim giúp biết đƣợc tình trạng tim, cấu trúc van tim, kiểu dòng máu chảy Siêu âm tim hữu ích chẩn đoán suy tim Siêu âm gợi ý lên nguyên nhân suy tim, ví dụ nhƣ nhồi máu tim trƣớc đây, bất thƣờng van tim Hầu hết tất bệnh nhân nghi ngờ suy tim nên làm siêu âm tim vào thời điểm Những nghiên cứu y học hạt nhân giúp đánh giá toàn khả tống máu tim xác định đƣợc suy yếu chức Thông tim giúp quan sát đƣợc hình ảnh động mạch chụp động mạch( dùng chất cản quang bơm vào mạch máu chụp, thấy đƣợc qua phƣơng pháp chụp Xquang ) Trong thông tim đo đƣợc áp lực quanh tim, đánh giá đƣợc chức tim Trong số trƣờng hợp, sinh thiết mô tim cần đến để chẩn đoán số bệnh đặc biệt tim Sinh thiết nhờ vào dụng cụ chuyên biệt xuyên qua tĩnh mạch đƣa vào tim để lấy mô tim Việc chọn lựa xét nghiệm tuỳ thuộc vào bệnh nhân, nghi ngờ chẩn đoán Nhìn chung, tiến triển suy tim có giai đoạn ổn định, có giai đoạn bùng phát Tuy nhiên, trình bệnh tùy thuộc bệnh nhân, thay đổi nhiều Những yếu tố liên quan tới tiên lƣợng bệnh nhân bao gồm bệnh tim tảng, đáp ứng với điều trị, mức độ tổn thƣơng quan khác, bệnh nặng khác kèm theo, triệu chứng bệnh nhân, mức độ suy giảm, yếu tố khác chƣa rõ Ngày nay, với thuốc tác động lên trình tiến triển bệnh Do đó, tiên lƣợng nhìn chung thấy tốt so với cách 10 năm Trong vài trƣờng hợp, đặc biệt rối loạn chức tim bị cải thiện tự nhiên không thƣờng gặp, chí lúc chức tim trở nên bình thƣờng 84 Một điều quan trọng bệnh nhân suy tim nguy bị rối loạn nhịp tim Tất trƣờng hợp tử vong xảy bệnh nhân bị suy tim, khoảng 50% liên quan tới suy tim tiến triển, 50% đƣợc nghĩ liên quan tới rối loạn nhịp tim nặng Tuy nhiên, điều chƣa rõ cách để xác định tất bệnh nhân suy tim có yếu tố nguy cao rối loạn nhịp tim cách tốt để ngăn ngừa điều trị chúng Hiện nay, lâm sàng có dùng thuốc chống loạn nhịp máy khử rung để điều trị Mặc dù thuốc có nhiều ƣu điểm điều trị suy tim khoảng 20 năm qua nhƣng có nhiều nghiên cứu đƣợc xúc tiến Những loại thuốc đƣợc thử nghiệm lâm sàng bao gồm thuốc tác dụng lên thụ cảm thể calcium, ức chế vasopeptidase peptides lợi tiểu Ngoài ra, dùng thêm ức chế men chuyển ức chế beta, việc dùng thuốc dựa hiểu biết thêm trình tiến triển hậu để lại suy tim Thêm vào đó, liệu pháp gen đƣợc tập trung nghiên cứu đƣợc thử nghiệm động vật Những điều trị đƣợc chứng minh, điều lạc quan chƣa thấy điều trị suy tim Ở đa số bệnh nhân cải thiện lối sống phù hợp, dùng thuốc thứ tự, trì đƣợc hoạt động, cảm thấy dễ chịu Việc chọn lựa loại thuốc nhƣ ức chế men chuyển, ức chế beta để điều trị cho thấy có nhiều điều đáng ý Vào kỷ 21 chắn có thêm nhiều can thiệp có hiệu nghiệm 4.5 PHÂN TÍCH QUANG PHỔ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP 4.5.1 Đề xuất cách phân tích Ta có phƣơng pháp phân tích ma trận RR đƣợc đề xuất đồ án đƣợc ứng dụng tính toán với mẫu liệu điện tâm đồ thời gian dài bệnh nhân suy tim sung huyết (CHF) nhằm đƣa chẩn đoán sàng lọc ban đầu, cách tính toán theo chuỗi thời gian (tƣơng đƣơng khoảng 5000 nhịp RR) Chf201 Chf208 Chf216 Chf224 Chf202 Chf209 Chf217 Chf225 Chf203 Chf210 Chf218 Chf226 Chf204 Chf211 Chf220 Chf227 Chf205 Chf213 Chf221 Chf228 Chf206 Chf214 Chf222 Chf229 Chf207 Chf215 Chf223 Bảng 1: Danh sách bệnh nhân lấy từ kho liệu Physionet 85 Kết trình tính toán miền tần số thu đƣợc bảng số AR Results bảng miền tần số cực thấp (VLF) bảng miền tần số thấp (LF) bảng miền tần số cao (HF) ta đánh giá đƣợc bất thƣờng so với ngƣời bình thƣờng, ta chia làm hai mức độ đánh giá cho số ổn định có bất thƣờng loạn nhịp tim Kết chi tiết cụ thể so với cách tính toán thông thƣờng Việc lựa chọn tính toán thông số miền tần số khoảng thời gian ghi điện tâm đồ lâu vecto RR lớn để có giá trị xác tính toán, đƣa nhận xét Khi theo dõi bệnh nhân khoảng thời gian dài, thƣờng ghi Holter điện tâm đồ kéo dài gần 24 tiếng, khoảng thời gian cho ta thấy biến đổi hành vi, trạng thái, nhịp tim bệnh nhân Các giá trị miền tần số: Power (ms2): Năng lƣợng tuyệt đối Power (%) : Mối liên hệ lƣợng dải tần Power (n.u.): Mức lƣợng đƣợc chuẩn hóa Với lƣợng miền tần số (VLF, LF, HF) đƣợc tập hợp thành kho liệu lớn nên từ cho phép đánh giá mức độ ổn định giá trị RR so với giá trị mẫu, vào để đánh giá khả bị bệnh trạng thái biến đổi bệnh nhân 4.5.2 Phân tích thông số loạn nhịp tim cho nhóm bệnh nhân CHF Quá trình tính toán phân tích thông số Poincaré theo đoạn thời gian đƣợc thực sở liệu bao gồm 29 ghi điện tâm đồ thời gian dài bệnh nhân độ tuổi 34-79, với suy tim sung huyết (lớp NYHA I, II, III) Các bệnh nhân bao gồm ngƣời đàn ông phụ nữ; giới tính không đƣợc biết đến cho 21 bệnh nhân lại Bộ liệu đƣợc cung cấp địa http://physionet.org/physiobank/database/chf2db/ Rochelle Goldsmith, Trung tâm y tế Columbia-Presbyterian, New York, USA Mục đích việc tính toán phân tích thông số bệnh nhân nhằm đánh giá kiểm định mức độ phân loại tín hiệu điện tim bệnh nhân CHF theo nhóm tiêu chí khác ổn định bất thƣờng nhịp tim, đồng thời cho thấy tỉ lệ tín hiệu nhiễu trình tính toán số tín hiệu 86 4.5.2.1 Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số thấp Kết đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số thấp nhóm bệnh nhân suy tim sung huyết đƣợc mô tả nhƣ bảng 4.3 dƣới Trong số 29 bệnh nhân suy tim sung huyết, tác giả loại bỏ 02 bệnh nhân khỏi bảng kết tính toán chất lƣợng véc tơ RR thu đƣợc bệnh nhân không tốt, gây lỗi cho công cụ Kubios tính toán STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Data Physio chf201 chf202 chf203 chf204 chf205 chf206 chf207 chf208 chf209 chf210 chf211 chf213 chf214 chf215 chf216 chf217 chf218 chf220 chf221 chf222 chf223 chf224 chf225 chf226 chf227 chf228 chf229 VLF Power (ms2) Power(%) Power(n.u.) 1.30E+05 9436.5 1771.3 1604.3 1166.1 1536.4 3.67E+07 6.55E+06 1.40E+05 1.21E+06 1.10E+06 59252 6.26E+07 2.29E+07 5.42E+05 7329.6 771.33 643.92 1.30E+13 3.02E+10 7.74E+07 600.39 1498.6 2497.9 6.71E+08 5.75E+08 1.81E+07 1.21E+09 9.29E+07 3.11E+06 2.19E+08 1.61E+08 5.74E+06 3.33E+08 2.23E+08 1.15E+06 5.43E+10 1.33E+08 2.38E+06 42462 81664 20416 1.02E+05 25298 22940 1.04E+08 1.37E+08 2.56E+06 6.86E+07 1.66E+07 5.11E+05 1.53E+10 1.28E+09 8.04E+06 1.10E+08 2.11E+07 3.87E+05 8.49E+13 3.43E+10 8.93E+07 9.87E+11 8.46E+08 1.55E+07 4.99E+06 6.85E+06 8.93E+07 6.39E+10 1.31E+08 2.49E+06 1.26E+05 635.82 762.72 0.0039063 0.042969 10296 1.23E+09 1.74E+08 2.61E+06 5352.2 11846 6238.7 Bảng 2: Các số bệnh nhân miền tần số thấp 87 Các giá trị Power (ms2), Power(%), Power(n.u.) miền tần số thấp có giá trị lớn hẳn so với miền tần số lại Điều tƣơng quan với đặc trƣng sinh lý điện tim bệnh nhân Sau phân tích ta có biểu đồ liên quan thông số Power (ms2), Power(%) Power(n.u.) cho 27 bệnh nhân suy tim sung huyết nhƣ sau: Power (ms2) 9.00E+13 8.00E+13 7.00E+13 6.00E+13 5.00E+13 4.00E+13 3.00E+13 2.00E+13 1.00E+13 0.00E+00 Power (ms2) Hình 24 Sơ đồ Power (ms2) miền tần số thấp Sự đột biến trị số Power (ms2) xảy hai bệnh nhân CHF207 CHF223 liên quan đến tình trạng bệnh lý hai bệnh nhân Power(%) 4E+10 3.5E+10 3E+10 2.5E+10 2E+10 Power(%) 1.5E+10 1E+10 5E+09 Hình 25 Sơ đồ Power (%) miền tần số thấp 88 Sự đột biến trị số Power (ms2) hai bệnh nhân CHF207 CHF223 ảnh đƣợc thể nhƣ trị số Power(%) nhƣ mô tả hình 4.25 trị số phổ lƣợng chuẩn hoá Power(n.u) nhƣ hình 4.26 Power(n.u.) 100000000 90000000 80000000 70000000 60000000 50000000 40000000 30000000 20000000 10000000 Power(n.u.) Hình 26 Sơ đồ Power (n.u.) miền tần số thấp Từ mức lƣợng đƣợc chuẩn hóa miền tần số thấp ta thấy bênh nhân CHF206, CHF207, CHF209, CHF213, CHF215 có biể rõ rệt khác ngƣời khác 89 4.5.2.2 Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số thấp LF STT Data Physio Power (ms2) Power(%) Power(n.u.) chf201 92.072 6.6741 1.2527 chf202 37.213 27.049 35.636 chf203 84.555 15.121 0.32364 chf204 51.063 46.443 2.4922 chf205 72.793 26.576 0.63032 chf206 83.739 8.8123 7.3566 chf207 99.767 0.23254 0.000595 chf208 13.031 32.527 54.217 chf209 53.077 45.494 1.4292 10 chf210 92.666 7.0956 0.23783 11 chf211 56.677 41.834 1.489 12 chf213 59.747 40.047 0.20578 13 chf214 99.751 0.24453 0.004371 14 chf215 29.374 56.492 14.123 15 chf216 67.836 16.833 15.264 16 chf217 42.695 56.251 1.0538 17 chf218 79.994 19.41 0.59545 18 chf220 92.256 7.6955 0.048474 19 chf221 83.737 15.969 0.29359 20 chf222 99.959 0.0404 0.000105 21 chf223 99.913 0.08571 0.001569 22 chf224 34.792 47.805 17.395 23 chf225 99.791 0.20501 0.003891 24 chf226 98.888 0.49994 0.59972 25 chf227 80.547 12.513 6.8507 26 chf228 87.439 12.376 0.18565 27 chf229 22.833 50.538 26.615 Bảng 3: Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số thấp 90 Power (ms2) 120 100 80 60 Power (ms2) 40 20 Hình 27 Sơ đồ Power (ms ) miền tần số thấp Tại miền tần số thấp với mức lƣợng tuyệt đối ta thấy rõ ràng khác bệnh nhân, từ ta phân loại đƣợc nghi ngờ ngƣời có bệnh lý tim Power(%) 60 50 40 30 Power(%) 20 10 Hình 28 Sơ đồ Power (%) miền tần số thấp Liên hệ mức lƣợng với lƣợng khác thể khác giữa ngƣời đƣợc chẩn đoán, 91 Power(n.u.) 60 50 40 30 20 Power(n.u.) 10 Hình 29 Sơ đồ Power (n.u) miền tần số thấp Kết hợp Power(ms2) Power(%) ta đƣợc Power(n.u) miền tần số thấp cho ta kết phân loại bệnh nhân từ lúc sớm, tình trạng bệnh chƣa nghiêm trọng, miền tần số thấp công cụ để củng cố nghi ngờ miền tần số cực thấp Giúp bệnh nhân đƣợc điều trị sớm 92 4.5.2.3 Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số cao: Tại miền tần số cao, biểu bệnh rõ rệt, thông tin mang tính đánh giá, giúp bác sỹ tự tin để khẳng định bệnh Thống kê số liệu miền tần số cao để đƣa mức cao bệnh lý HF STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Data Physio chf201 chf202 chf203 chf204 chf205 chf206 chf207 chf208 chf209 chf210 chf211 chf213 chf214 chf215 chf216 chf217 chf218 chf220 chf221 chf222 chf223 chf224 chf225 chf226 chf227 chf228 chf229 Power(%) 84.185 43.08 97.903 94.904 97.681 54.194 99.745 37.401 96.954 96.756 96.562 99.489 98.242 79.988 52.335 98.161 97.021 99.374 98.193 99.74 98.201 73.312 98.136 44.953 64.326 98.521 65.491 Power(n.u.) 15.802 56.757 2.0954 5.0927 2.3168 45.242 0.2554 62.341 3.0458 3.2431 3.437 0.51121 1.7561 19.997 47.456 1.8388 2.9763 0.62596 1.8053 0.25972 1.7974 26.676 1.8624 53.925 35.216 1.4779 34.49 Bảng 4: Đánh giá số loạn nhịp tim miền tần số cao 93 Power(%) 120 100 80 60 Power(%) 40 20 Hình 30 Sơ đồ Power (%) miền tần số cao Mức lƣợng phản ánh bệnh lý đoạn RR chia nhiều tần số thấp tần số thấp, tần số cao có mức lƣợng gần nhƣ không có, trừ bệnh nhân biểu rõ rệt, sơ đồ cho ta thấy liên hệ so sánh bệnh nhân so với nhóm ngƣời bệnh để độ nặng bệnh tật Power(n.u.) 70 60 50 40 30 Power(n.u.) 20 10 Hình 31 Sơ đồ Power (n.u) miền tần số cao Nhƣ nói trên, phổ lƣợng đoạn RR xuất miền tần số cao biểu bệnh rõ rệt, từ tổng hợp Power(ms2) Power(%) sau đƣợc chuẩn hóa Power(n.u) cho ta thấy rõ ràng trực quan bị bệnh, 94 nhƣ hình bệnh nhân CHF2, CHF6, CHF8, CHF15, CHF16, CHF24, CHF27 CHF29 4.5.3 Đánh giá so sánh kết Trong Phƣơng pháp phân tích quang phổ, mật độ phổ đƣợc tính cho loạt đoạn RR nhiều khoảng thời gian Nhờ vào thuật toán cho mức lƣợng tuyệt đối, lƣợng liên hệ lƣợng chuyển hóa Sau phân tích ta thấy rõ ràng phổ lƣợng đoạn RR thể nhiều mức lƣợng thấp, mức lƣợng thấp mức lƣợng cao Với Véc tơ đầu vào RR đƣợc điều chỉnh để phân đoạn theo khoảng thời gian xác định nên giá trị lƣơng đƣợc tính toán miền tần số đƣợc có mức độ phản ảnh bệnh lý tim Bên cạnh việc tăng số lƣợng kết tính toán giá trị phổ tần số góp phần tăng độ xác phƣơng pháp Wavelet nhiều mức so với cách tính truyền thống Tại mức lƣợng cực thấp dùng để chẩn đoán bệnh từ sớm nhƣng mang tính dự đoán để xác định xác bệnh cần nhiều xét hình thức khác, mức lƣợng thấp ta chẩn đoán gần nhƣ chắn, mức lƣợng cao gần nhƣ khẳng định đƣợc Từ khác biệt rõ rệt đƣợc thể sơ đồ sau thông qua phƣơng pháp Phân Tích Quang Phổ ta nhận thấy ngƣời có khả cao bị bệnh lý tim loạn nhịp, điều quan trọng tính trực quan chuẩn xác với số lƣợng mẫu nhiều Với số lƣợng mẫu đủ lớn ta tính đƣợc khoảng nghi ngờ bệnh nhân bị loại bệnh tim khác ngƣời bình thƣờng Chúng ta thấy khác biệt của nhóm ngƣời bình thƣờng bệnh nhân CHF, nhƣ tƣơng quan số Power (%); Power (ms2); Power(n.u.) bệnh nhân suy tim sung huyết Trong vài nghiên cứu khác phƣơng pháp miền tần số hiệu việc đánh giá rối loạn nhịp tim CHF so với nhịp xoang bình thƣờng Trong tƣơng lai, phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhƣ công cụ hiệu để phát nguy tim mạch Độ lớn giá trị phụ thuộc vào số lƣợng khoảng RR Vì vậy, dùng số Power(ms2) Power(%) không đủ để xác định bệnh nhân có vấn đề tim mạch hay không Chính phải dùng sổ 95 lƣợng đƣợc chuẩn hóa Power(n.u.) để có mức lƣợng tuyệt đối mối liên hệ với mức lƣợng khác Phân tích Quang phổ giúp phân tích mức lƣợng độ trải phổ Nó phản ánh thay đổi liệu Các giá trị Power (n.u.) có liên quan đến vấn đề sức khỏe, với khía cạnh tín hiệu y sinh học Điều đòi hỏi nghiên cứu thêm Tôi hy vọng tín hiệu khác, không khoảng RR, đƣợc nghiên cứu phƣơng pháp 96 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ở luận văn trình bày kiến thức tim, tín hiệu loạn nhịp đặc biệt suy tim phƣơng pháp xử lý, phân tích tín hiệu y sinh Ngoài ra, thông qua phần mềm ứng dụng phân tích tín hiệu tim loạn nhịp mà đƣa đồ án này, ta có nhìn cụ thể hệ thống ứng dụng xử lý, phân tích nhận dạng tín hiệu tim loạn nhịp mà mong muốn đƣợc thực tƣơng lai Do nhiều thời gian, nên nghiên cứu tìm hiểu chƣa đƣợc sâu sắc, mong luận văn tảng để đƣa đƣợc hệ thống ứng dụng vào nghiên cứu chẩn đoán tín hiệu tim loạn nhịp Tổng quan ứng dụng hƣớng phát triển:  Từ tổng kết ta cho mẫu chung, sau phân tích mức lƣợng nằm khoảng bị bệnh gần nhƣ xác nhận bệnh ngay, điều cần lƣợng mẫu lớn bệnh lý  Phần mềm góp phần giảm thiểu chi phí đầu tƣ phần cứng, hỗ trợ đối đa đội ngũ bác sĩ, kỹ thuật viên trình theo dõi chẩn đoán đồng thời nâng cao ý thức phòng bệnh chữa bệnh nhân dân  Hƣớng phát triển thực thiết bị thu nhận tín hiệu loạn nhịp tim tự động xuất tín hiệu chuẩn lên máy tính  Xây dựng hàm tính toán Matlab, sau chuyển thành liệu chuẩn tƣơng thích với ngôn ngữ lập trình khác nhƣ VB.Net, C#.Net Một lần xin chân thành cảm ơn GS.TS: Nguyễn Đức Thuận thầy cô giáo viện Điện tử - Viễn Thông viện Đào tạo sau đại học nhiệt tình giảng dạy, hƣớng dẫn tạo điều kiện lợi cho nghiên cứu hoàn thành đồ án 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M C Teich, "Scaling in Heartbeat Rate Variability," presented at the Wavelets and Multifractal Analysis (WAMA) 2004 Summer School, Cargốse, Corsica (July 2004) [2] Fractal-Based Point Processes, Steven Bradley Lowen, Malvin Carl Teich, Wiley, 2005 ISBN: 0-471-38376-7 [3] Trần Đỗ Trinh, Trần Văn Đồng.(2003) Hƣớng dẫn đọc điện tim NXB Y học [4] Adhemar Bultheel ( October 25,2002) Wavelet with applications in signal and image processing [5] D.A Sherman.(26 January 1998) An introduction to wavelets with electrocardiology Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology University of Oulu, Finland [6] P.E.Tikkanen(1998)Nonlinear wavelet and wavelet packet denoising of electrocardiogram signal [7] User’s guide – Kubios HRV version 2.0 – http://kubios.uku.fi 98 ... DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUANG PHỔ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP .43 4.1 Sơ đồ tiến trình thực hệ thống 43 4.2 Phần mềm ứng dụng phân tích tín hiệu tim loạn nhịp.. . hồi liên tục, ngủ Từ tín hiệu thu đƣợc, kết hợp nghiên cứu tìm hiểu về: Cấu tạo tim, chứng rối loạn nhịp tim, tín hiệu điện tim ứng dụng xử lý, phân tích tín hiệu loạn nhịp tim Tôi làm Luận văn... nhiều loại rối loạn nhịp tim khác nhau, mặt khác từ rối loạn nhịp tim chuyển thành rối loạn nhịp tim khác Ngay thuốc điều trị rối loạn nhịp tim gây 20 rối loạn nhịp tim Nếu phân tích kỹ lƣỡng