Khóa luận: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Như Chí NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử HÀ NÔI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Trần Như Chí NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Cán hướng dẫn: PGS.TS Chử Đức Trình HÀ NỘI - 2016 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM Trần Như Chí Khóa QH-2012-I/CQ, ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử TĨM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tim phận quan trọng thể, giúp trì sống người Các bệnh tim ngày nguy hiểm, năm cướp mạng sống nhiều người giới Thông thường, ngưởi ta thường đọc điện tâm đồ để phát bệnh tim, để đọc xác điện tâm đồ u cầu bác sĩ tim mạch cần có kiến thức chun mơn cao cần có nhiều kinh nghiệm Từ thực trạng đó, em chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu phân tích viết chương trình phát số bênh dựa tín hiệu điện tim” hướng tự động hóa giúp bác sĩ tim mạch dễ dàng việc chẩn đoán bệnh Phương pháp nghiên cứu dựa lý thuyết điện tim, cách đọc điện tâm đồ kết hợp với xử lý tín hiệu số Chương trình phần mềm viết phân tích tín hiệu xác định sóng có điện tâm đồ, sau dựa vào tiêu chuẩn phát bệnh để chẩn đoán bệnh tim Sau thời gian nghiên cứu, phân tích em thết kế phần mềm phân tích chẩn đốn bốn bệnh dày thất trái, dày thất phải, dày nhĩ trái, dày nhĩ phải Trong báo cáo em trình bày tình hình bệnh tim mạch nay, giới thiệu tim, điện tim, cách đọc điện tâm đồ tiếp em trình bày cách tính nhịp tim hội chứng dày thất, dày nhĩ Cuối cùng, em trình bày thuật tốn chương trình, giới thiệu giao diện phần mềm kết đạt Từ khóa: Điện tâm đồ, chẩn đoán, phần mềm, tim LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo Trường Đại học Công nghệ ĐHQGHN, Khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý giá suốt bốn năm em học đại học Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chử Đức Trình tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thiết bị suốt trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp QH - 2012 I/CQ-M, người đồng hành khóa học có nhiều ý kiến đóng góp Hà Nội, tháng năm 2016 Sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp đánh dấu cho thành quả, kiến thức em thu nhận trình rèn luyện, học tập trường Em xin cam đoan khóa luận hồn thành q trình học tập nghiên cứu em Trong khóa luận em sử dụng số tài liệu số trang web đưa phần tài liệu tham khảo Em xin cam đoan lời thật chịu trách nhiệm trước thầy hội đồng bảo vệ khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2016 Sinh viên thực DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Hệ thống dẫn truyền tim Hình 2.2 Sự di chuyển ion Na+, K+, Ca+ qua màng tế bào, hình thành đường cong điện hoạt động, nguồn gớc dịng điện tim Hinh 2.3 Vị trí nút bó His Hình 2.4 Ảnh điện tâm đồ thực tế Hình 2.5.Vị trí chuyển đạo trước tim Hình 2.6 Các chuyển đạo mẫu 10 Hình 2.7 Các chuyển đạo đơn cực chi 11 Hình 2.8 Vị trí sóng điện tâm đồ 12 Hình 3.1 Hội chứng dày thất 14 Hình 3.2 Biểu dày thất trái ECG 15 Hình 3.3 Biểu dày thất phải ECG 16 Hình 3.4 Hình ảnh chế dày nhĩ 17 Hình 3.5 Hình dạng sóng P dày nhĩ 17 Hình 3.6 Biểu dày nhĩ phải dày nhĩ trái điện tâm đồ 18 Hình 4.1 Kết tìm đường 21 Hình 4.2 Tín hiệu ECG ban đầu 23 Hình 4.3 Tín hiệu sau chuyển qua miền tần sớ xóa tần sớ thấp 23 Hình 4.4 Tín hiệu sau lọc cửa sổ lần 23 Hình 4.5 Tín hiệu sau lọc ngưỡng lần 24 Hình 4.6 Tín hiệu sau lọc hiệu chỉnh xóa đỉnh lân cận 24 Hình 4.7 Kết đỉnh R thu 24 Hình 4.8 Kết xác định đỉnh lại 25 Hình 4.9 Kết chẩn đoán dày thất trái 28 Hình 4.10 Kết chẩn đoán dày thất phải 30 Hình 4.11 Kết tìm đường chu kỳ 32 Hình 4.12 Kết chẩn đoán dày nhĩ trái 34 Hình 4.14 Giao diện bắt đầu phần mềm 36 Hình 4.13 Kết chẩn đốn dày nhĩ phải 36 Hình 4.15 Giao diện phần mềm 37 Hình 4.16 Các phím chức 37 Hình 4.17 Khung hình vẽ 12 chuyển đạo 38 Hình 4.18 Khung chẩn đoán bệnh 38 Hình 4.19 Cửa sổ more infomation 38 Hình 4.20 Cửa sổ in kết 39 Hình 4.21 Kết hiển thị phần mềm 40 Hình 4.22 Kết chẩn đoán bệnh 40 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ECG Điện tâm đồ P, Q, R, S, T Tên sóng điện tâm đồ dI, dII, dIII, aVL, aVR aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6 Tên chuyển đạo LDL Cholesterol xấu MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TÌNH HÌNH BỆNH TIM MẠCH VÀ MỘT SỐ BỆNH VỀ TIM 1.1 Tình hình bệnh tim mạch 1.2 Một số bệnh tim CHƯƠNG TIM VÀ ĐIỆN TÂM ĐỒ (ECG) 2.1 Tim 2.2 Điện tâm đồ CHƯƠNG NHỊP TIM, HỘI CHỨNG DÀY THẤT VÀ NHĨ 14 3.2 Hội chứng dày thất 14 3.3 Hội chứng dày nhĩ 16 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH (PHẦN MỀM) 19 4.1 Lưu đồ thuật toán 19 4.2 Giới thiệu phần mềm 36 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tim phận quan trọng, hoạt động liên tục giúp trì sống người Bệnh tim nguy hiểm, diễn biến phức tạp gây tử vong cao Theo GS Phạm Gia Khải, nguyên Chủ tịch Hội tim mạch học Việt Nam tỉ lệ mắc bệnh tim Việt Nam cao, cao bệnh suất tử suất Nó ví sát thủ thầm lặng Những người bị tăng huyết áp biến chứng tim đại đa số khơng biết Chết suy tim, loạn nhịp tim, tắc mạch vành phổ biến, điều đáng báo động Thông thường, ngưởi ta thường đọc điện tâm đồ để phát bệnh tim, để đọc xác điện tâm đồ u cầu bác sĩ tim mạch cần có kiến thức chun mơn cao cần có nhiều kinh nghiệm Vì hướng nghiên cứu điện tâm đồ viết chương trình chẩn đốn bệnh hướng cần thiết để hỗ trợ cho bác sĩ tim mạch việc chẩn đoán đồng thời giúp bệnh nhân an tâm kết chẩn đốn từ bác sĩ Đối tượng nghiên cứu: Tín hiệu điện tim Phương pháp nghiên cứu: Dựa lý thuyết điện tim, cách đọc điện tâm đồ kết hợp với xử lý tín hiệu số Hướng nghiên cứu nước: Đã có số nhóm nghiên cứu trường kỹ thuật ĐH Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Bách Khoa TP.HCM, ĐH Khoa Học Tự Nhiên, nghiên cứu đề tài liên quan đến điện tim dừng lại thiết kế phần cứng như: - Hồng Mạnh Hà, “Các phương pháp thích nghi lọc nhiễu tín hiệu điện tim”, Luận án Tiến sĩ Tốn học, Viện khoa học cơng nghệ Việt Nam, 2011 - Quách Mỹ Phượng, “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo ECG giao tiếp với máy tính”, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2006 - Vĩnh Sơn, “Xây dựng hệ thống chuẩn đoán điện tâm đồ”, Luận án thạc sĩ khoa học, Chuyên ngành tin học, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2002 Hướng nghiên cứu ngồi nước: Giải thích: Từ tiêu chuẩn chẩn đoán yêu cầu phần mềm cần tìm độ cao sóng R V1 (RV1) độ sâu sóng S V5 V6 (SV5, SV6) Tổng hai kích thước so sánh với 1,1, giá trị lớn 1,1 kết luận bệnh nhân bị bệnh dày thất phải, ngược lại nhỏ kết luận bệnh nhân khơng bị dày thất phải 29 Kết quả: Hình 4.10 Kết chẩn đốn dày thất 4.1.8 Thuật tốn tìm đường mộtphải chu kỳ (tbn) Việc tìm đường cho nhiều chu kỳ nhịp tim mang tính tương đối xác, nhiên để xác định độ rộng sóng ECG u cầu cần tìm đường xác để đảm bảo việc tính tốn độ rộng sóng sai số Để thỏa mãn u cầu nên tìm đường cho chu kỳ mà ta chọn làm mẫu tính tốn, cụ thể chu kỳ thứ hai 30 Giải thích: Thuật tốn tìm đường chu kỳ giống với thuật tốn tìm đường chung Nhưng thay đổi khoảng xét, khoảng xét dải vị trí đỉnh R thứ hai trừ cộng độ rộng chu kỳ nhịp tim đến vị trí đỉnh R thứ hai độ rộng chu kỳ nhịp tim Khoảng xét lấy để đảm bảo lấy đủ chu kỳ 31 Kết quả: Hình 4.11 Kết tìm đường chu kỳ 4.1.9 Thuật toán chẩn đoán bệnh dày nhĩ trái Việc chẩn đoán bệnh dày thất trái dự tiêu chuẩn sóng P rộng (đo DII) ≥ 0,12 s 32 Giải thích: Ta tìm vị trí sóng P chu kỳ thứ chuyển đạo dII trước, sau tìm giao với đường tbn Độ rộng sóng P cần tìm hiệu hai điểm giao So sánh độ rộng với 0,12 s để xác định xem có bị bệnh dày nhĩ trái hay khơng Kết quả: 33 Hình 4.12 Kết chẩn đoán dày nhĩ trái 4.1.10 Thuật toán chẩn đoán bệnh dày nhĩ phải Việc chẩn đoán bệnh dày thất trái dựa tiêu chuẩn sóng P cao ≥ 2,5 mm hay P cao ≥ 0,25 mV chuyến đạo dII 34 Giải thích: Ta tìm vị trí sóng P chu kỳ thứ chuyển đạo dII trước, sau tìm độ cao so với đường tbn So sánh độ cao với 0,25 mV để xác định xem có bị bệnh dày nhĩ phải hay khơng Kết quả: 35 Hình 4.13 Kết chẩn đốn dày nhĩ phải 4.2 Giới thiệu phần mềm 4.2.1 Giao diện Hình 4.14 Giao diện bắt đầu phần mềm 36 Hình 4.15 Giao diện phần mềm Giao diện bao gồm: Các phím chức : Hình 4.16 Các phím chức Theo thứ tự Insert, Show/Close table data, Plot, Diagnostic, More information, Print với: + Insert: chèn file exel máy tính phần mềm + Show/Close table data: Mở tắt bảng liệu excel mà chèn vào + Plot: Vẽ đồ thị 12 chuyển đạo với số liệu từ bảng excel chèn vào 37 Hình 4.17 Khung hình vẽ 12 chuyển đạo + Diagnostic: Đưa chẩn đoán bệnh Hình 4.18 Khung chẩn đốn bệnh + More: Cho thêm thơng tin bệnh dày thất trái, dày thất phải, dày nhĩ trái, dày nhĩ phải Hình 4.19 Cửa sổ more infomation + Print: In điện tâm đồ kết chẩn đoán bệnh nhân 38 Hình 4.20 Cửa sổ in kết 4.2.2 Kiểm thử phần mềm Em lấy liệu điện tim từ trang http://physionet.org/ làm liệu mẫu cho vào phần mềm kết khả quan Phần mềm vẽ lại 12 chuyển đạo , xác định đánh dấu đỉnh sóng biểu đồ đồng thời đưa chẩn đoán bệnh dày thất trái, dày thất phải, dày nhĩ trái, dày nhĩ phải với kết xác tương đối cao (Với 40 liệu bệnh đưa vào, phần mềm tính tốn đưa chẩn đốn xác với 36 liệu Các liệu cịn lại khơng chẩn đốn tín hiệu nhiễu lớn ) Đồng thời in giấy kết thu với tính print có sẵn giao diện 39 Hình 4.21 Kết hiển thị phần mềm Hình 4.22 Kết chẩn đoán bệnh 40 KẾT LUẬN Kết quả thu - Hiểu cách thức hoạt động tim - Hiểu điện tim, cách đọc điện tâm đồ 12 chuyển đạo tim Học cách xác định bệnh tim dựa điện tâm đồ - Viết phần mềm chạy tốt windows, hiển thị dạng sóng 12 chuyển đạo sóng điện tim, rõ đỉnh sóng - Đưa chẩn đốn bệnh dày thất trái, dày thất phải, dày nhĩ trái, dày nhĩ phải Sản phẩm phần mềm hồn tồn áp dụng vào thực tế có trợ giúp sở y tế bác sĩ tim mạch Hướng phát triển đề tài Đây sản phẩm mang tính móng với số bệnh tương đối đơn giản Kế hoạch thời gian tới em cố gắng hồn thiện phần mềm tốt với thuật tốn tối ưu Đồng thời cố gắng phát triển chương trình với bệnh đơn giản khác Kế hoạch hướng tới thời gian dài, em muốn hướng tới phát triển phần mềm chẩn đoán bệnh động mạch vành, bệnh phổ biến tim gây tử vong cao Và xây dựng hệ hoàn chỉnh bao gồm phần cứng phần mềm để vừa đo hiển thị kết chẩn đốn bệnh, mang lại đóng góp thiết thực cho xã hội 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] GS TS.Trần Đỗ Trinh; ThS Trần Văn Đồng, “Hướng dẫn đọc điện tim”, 2002,tr.180 [2] Hoàng Mạnh Hà, “Các phương pháp thích nghi lọc nhiễu tín hiệu điện tim”, Luận án Tiến sĩ Toán học, Viện khoa học công nghệ Việt Nam, 2011, tr.17-20 [3] Quách Mỹ Phượng, “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo ECG giao tiếp với máy tính”, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2006, tr10-41 [4] Vĩnh Sơn, “Xây dựng hệ thớng chuẩn đốn điện tâm đồ”, Luận án thạc sĩ khoa học, Chuyên ngành tin học, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2002, tr.5-31 [5] PGS TS Nguyễn Quốc Trung, “Xử lý tín hiệu lọc số” tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006, tr.358-408 Tiếng Anh [6] Anwar Vahed, “3-Lead wireless ECG”, Electronic Design Project, 2005, pp.9-20 [7] Christopher M.Teledero, Mary Anne D.Raya, Luis G.Sison, “DESIGN AND MPLEMENTATION OF A SINGLE-CHANNEL ECG AMPLIFIER WITH DSP POSTPROCESSING IN MATLAB” Instrumentation, Robotics, and Controls Laboratory University of the Philippines, Diliman, Quezon City, pp.1-4 [8] Don Gourdine, Henry Tsai, Oluwasanmi, Koyejo, “ECG miniature Holter moniter”, Senior project report, 2004, pp.6-9 [9] Michael Chrapala, “Design of Hardware for an Electrocardiagram Analyzer”, McMaster University, 2010, pp.16-41 Website [10] http://vietnamnet.vn/vn [11] http://dantri.com.vn [12] http://www.ecgteacher.com/ [13] http://www.physionet.org/ [14] http://www.dientamdo.com/ 42 [15] http://www.dieutri.vn/ [16] http://bomonnoiydhue.edu.vn/ [15] http://psurya.com [17] https://vi.wikipedia.org [18] http://voer.edu.vn/ 43 ... Đức Trình HÀ NỘI - 2016 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM Trần Như Chí Khóa QH-2012-I/CQ, ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử TÓM TẮT KHÓA... NGHỆ Trần Như Chí NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PHÁT HIỆN MỘT SỐ BỆNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Cán hướng... TÌNH HÌNH BỆNH TIM MẠCH VÀ MỘT SỐ BỆNH VỀ TIM 1.1 Tình hình bệnh tim mạch 1.2 Một số bệnh tim CHƯƠNG TIM VÀ ĐIỆN TÂM ĐỒ (ECG) 2.1 Tim 2.2 Điện tâm