Phân tích cấu trúc đại thể và vi thể của giấc ngủ ở người trưởng thành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG -o0o GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH HVTH : LÊ QUỐC KHẢI MSHV: 11120672 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐẠI THỂ VÀ VI THỂ CỦA GIẤC NGỦ Ở NGƯỜI TRƯỞNG THÀNH Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 604417 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2013 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Huỳnh Quang Linh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng 01 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc _ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ QUỐC KHẢI MSHV: 11120672 Ngày, tháng, năm sinh: 31/10/1988 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích cấu trúc đại thể vi thể giấc ngủ người trưởng thành NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Lọc nhiễu tín hiệu điện não đồ - Xây dựng chương trình phân tích cấu trúc đại thể vi thể giấc ngủ kết hợp với phân tích tín hiệu SpO2 II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02 / 07 / 2012 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 / 11 / 2012 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Huỳnh Quang Linh Tp HCM, ngày ……tháng ……năm 20… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG (Họ tên chữ ký) HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH i LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM LỜI CẢM ƠN ************************** Lời đầu tiên, xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến TS Huỳnh Quang Linh, người hết lòng giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian học tập trường Xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành tận tình hướng dẫn bảo tơi suốt q trình thực hoàn tất luận văn Xin cảm ơn thầy cô Khoa Khoa Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Bách Khoa mà đặc biệt Ths Lê Cao Đăng, Ths Nguyễn Thị Minh Hương, KS Trần Phước Duy cho tơi lời động viên, khích lệ góp ý bổ sung quý báu Cảm ơn lời khuyên, đóng góp giá trị mặt chun mơn từ BS Nguyễn Xn Bích Hun, Bệnh viện Chợ Rẫy BS Hồng Đình Hữu Hạnh, BV Đại Học Y Dược Đồng cảm ơn đến tập thể nhân viên Trung Tâm Chăm Sóc Sức Khoẻ Cộng Đồng (CHAC) tạo điều kiện thuận lợi cho q trình thu thập liệu có hội sử dụng thiết bị cách tốt để thực đề tài Xin cảm ơn cộng sinh viên trường Đại Học Quốc Tế mà đặc biệt Lý Hà Duy, Nguyễn Lâm Tới, Nguyễn Thị Mai Thanh, Nguyễn Hoàng Minh Quân người sát cánh bên tiến hành thực nghiệm thiết bị Lời cuối xin cảm ơn gia đình, người ln quan tâm chăm sóc tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập thực luận văn Xin chúc người nhiều sức khoẻ thành công! HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH ii LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Phân tích cấu trúc đại thể vi thể mang đến nhiều thông tin hữu ích để đánh giá chất lượng giấc ngủ bệnh nhân Xác định vi sóng, tượng giảm độ bão hoà Oxy máu tần số xuất chúng giúp xác định rối loạn bất thường mà đặc biệt hội chứng tắc nghẽn hô hấp giấc ngủ Bằng cách áp dụng thuật tốn xử lý tín hiệu, sử dụng lọc, tiến hành đặt ngưỡng phân loại theo tiêu chuẩn Viện Hàn lâm Y học giấc ngủ Hoa Kỳ năm 2007 - American Academy of Sleep Medicine (AASM 2007) Luận văn tập trung phát triển phần mềm có chức tự động phân tích cấu trúc đại thể vi thể giấc ngủ, xác định xuất số lượng vi sóng giảm độ bão hoà Oxy máu Kết phân tích so sánh với kết phần mềm theo máy đánh giá chuyên môn bác sĩ với độ tương đồng cao ABSTRACT Analyzing the macro and microscopic structure of sleep is an approach which provides more useful information to evaluate the quality of the patient's sleep Determination of micro-waves and events of decrease in the concentration of oxygen saturation (SpO2) which help us monitor abnormal disorders related to apnea syndrome and sleep apnea By a combination of signal processing algorithms, apply the filters, set the threshold values and classified according to the AASM standard which was published in 2007 The thesis focuses on developing a software has main functions: analysis of macro and micro structure of sleep, determining the number of microwaves and the number of decreased oxygen saturation of a patient The results of the software analyses were compared with the results of the software of the manufacturer of polysomnography machine and analytical results of the sleep specialist, the similarity is high compared with the conventional manual method of reading HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH iii LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv Danh sách hình ảnh vi Danh sách bảng biểu viii Danh sách từ viết tắt viii CHƯƠNG MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG, NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU LUẬN VĂN -1- A Giới thiệu chung luận văn - - B Nhiệm vụ mục tiêu luận văn .- - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN -5- 1.1 Cấu trúc đại thể giấc ngủ - 1.1.1 Tổng quan đa ký giấc ngủ - - 1.1.2 Phân loại giấc ngủ theo tiêu chuẩn AASM 2007 - - 1.2 Cấu trúc vi thể giấc ngủ - 22 1.2.1 Phức K (K-complex) - 22 - 1.2.2 Thoi ngủ (Sleep Spindle) - 23 - 1.2.3 Vi thức tỉnh (Arousal) - 25 - 1.2.4 Sự suy giảm SpO2 bệnh lý giấc ngủ - 27 - CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐẠI THỂ VÀ VI THỂ CỦA GIẤC NGỦ - 29 - 1.3 Tiền xử lý tín hiệu - 29 1.3.1 Lọc nhiễu nguồn - 29 - 1.3.2 Lọc nhiễu tín hiệu điện sinh lý - 31 - 1.4 Phân tích cấu trúc giấc ngủ theo tiêu chuẩn AASM 2007 - 34 1.4.1 Xử lý tín hiệu theo phổ lượng - 34 - 1.4.2 Xử lý nhận dạng vi sóng - 41 - 1.4.3 Sơ đồ phân loại hiệu chỉnh kết - 46 - HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH iv LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT - 50 - 3.1 Cơ sở liệu .- 50 3.2 Thiết kế giao diện người dùng - 51 3.3 Kết phân tích cấu trúc giấc ngủ .- 55 3.4 Đánh giá chung kết đạt - 76 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - 83 - 4.1 Kết đạt - 83 4.2 Hướng phát triển đề tài - 83 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ - 85 - TÀI LIỆU THAM KHẢO - 86 - Phụ lục - 88 - Phụ lục - 94 - Phụ lục - 99 - Phụ lục - 101 - HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH v LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM Danh sách hình ảnh Hình 1.1: Các loại sóng điện não người bình thường Hình 1.2: Tín hiệu EOG mắt chuyển động Hình 1.3: Cách mắc điện cực đo EOG Hình 1.4: Trạng thái W Sóng Alpha chiếm 50% tồn epoch Hình 1.5: Giai đoạn N1 Sóng Alpha giảm đi, thay sóng có biên độ thấp, hỗn hợp nhiều tần số có ưu 50% epoch Hình 1.6: Giai đoạn N2 Chú ý phức K không kết hợp với vi thức tỉnh thơng thường theo sau thoi ngủ Hình 1.7: Giai đoạn N3 Hình 1.8: Giai đoạn R Hình 1.9: Hypnogram - Biểu đồ thể trạng thái giấc ngủ theo thời gian Hình 1.10: Trạng thái vi thức tỉnh – Arousal Hình 1.11: Trạng thái vi thức tỉnh – Arousal với cử động mạnh Hình 2.1: Triệt tần số nhiễu 50Hz Hình 2.2: Ảnh hưởng giá trị Q lên lọc Notch Hình 2.3: Thiết kế lọc MMSE Hình 2.4: Một ví dụ minh hoạ tín hiệu EOG trước sau lọc Hình 2.5: Một dạng tín hiệu EEG từ ngân hàng liệu PhysioNet (Goldberger) kết phân tích phổ tần số Hình 2.6: Phổ tần số sóng sine 100 Hz với nhiễu trắng sử dụng phương pháp phân tích Hình 2.7: Một dạng sóng chia thành thành phần chồng lấp 50% thành phần Theo phương pháp phân tích phổ, biến đổi Fourier thành phần tính tốn độc lập, trung bình phép biến đổi liệu ngõ HVTH: LÊ QUỐC KHẢI GVHD: TS HUỲNH QUANG LINH vi LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM Hình 2.8: Đường liền mảnh hình ảnh phân bố phức K theo đặc tính thời gian Đường chấm chấm hình ảnh theo đường cong ngưỡng khả cho phức K thật Hình 2.9: Các đặc điểm xác định t_start (o), t_end, t_mid1 (>), t_mid2 (