Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức

Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHẨN ĐOÁN TỰ ĐỘNG BỆNH MẠCH VÀNH QUA TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HÀ NỘI – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHẨN ĐOÁN TỰ ĐỘNG BỆNH MẠCH VÀNH QUA TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM MẠNH THẮNG HÀ NỘI – 2020 Nghiên cứu thuật toán xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức Đặng Hồng Qn Khóa K23, ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Tóm tắt luận văn: Trong thời đại phát triển số người mắc bệnh tim dự báo mức đáng báo động số có bệnh động mạch vành Để chẩn đốn bệnh bệnh mạch vành thông thường bác sĩ thường sử dụng phương pháp đọc điện tâm đồ Quá trình chẩn đốn chữa trị gặp khơng khó khăn địi hỏi bác sĩ phải có chun mơn cao có nhiều kinh nghiệm Trong số lượng bệnh nhân ngày gia tăng bác sĩ chẩn đoán bệnh tim mạch chưa đáp ứng đủ chun mơn chẩn đốn bệnh tim mạch đặc biệt bệnh động mạch vành đồng thời khả bỏ sót điểm bất thường cao Trên sở đó, luận văn “Nghiên cứu thuật tốn xây dựng phần mềm tự động chẩn đoán bệnh mạch vành dựa tín hiệu điện tâm đồ gắng sức” thực dựa lý thuyết điện tim, cách đọc điện tâm đồ kết hợp với phân tích xử lý tín hiệu số Luận văn trình bày tình hình bệnh tim mạch nay, giới thiệu tim người, điện tim, cách đọc điện tâm đồ Tiếp trình bày chi tiết bệnh mạch vành, ngun nhân, biểu lâm sàng, cách chẩn đoán chữa trị, dấu nhận biết bệnh sóng điện tim theo giai đoạn bệnh (thiếu máu, tổn thương, hoại tử) Trên sở đó, xây dựng triển khai thuật toán phát đỉnh tín hiệu dựa thay đổi sóng điện tim qua phương pháp lọc số để tối ưu việc tìm đỉnh Từ đỉnh sóng tìm dựa vào tiêu chuẩn Minnesota, bệnh mạch vành chẩn đốn cách tự động Luận văn trình bày chi tiết lưu đồ thuật tốn, chương trình thực thuật toán, xây dựng phần mềm kết đạt Từ khóa: ECG, Chẩn đốn bệnh, Bệnh mạch vành, Coronary artery disease LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu thuật toán xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức” tự thực dựa sở lý thuyết kiến thức thực tế hướng dẫn PGS.TS Phạm Mạnh Thắng Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực, khách quan, đáng tin cậy không trùng với nghiên cứu tiến hành khác Các thông tin tham khảo luận văn có nguồn gốc rõ ràng Tơi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn lời cam đoan Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2020 Học viên Đặng Hồng Quân LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới PGS.TS Phạm Mạnh Thắng, người thầy đề phương hướng, hết lịng bảo, tận tình hướng dẫn dìu dắt em suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban Giám Hiệu, ban Chủ Nhiệm Khoa thầy cô thuộc môn Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử - Khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa - Trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tạo điều khiện thuận lợi cho em hồn thành tốt khố luận Mặc dù em cố gắng, nỗ lực hết mình, nhiên khả thân, kiến thức thời gian hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận góp ý chân tình quý thầy cô bạn để em tiếp thu hiểu biết sâu sắc vấn đề nêu luận văn Em chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2020 Học viên Đặng Hồng Quân MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng ĐIỆN TÂM ĐỒ VÀ MỘT SỐ BỆNH TIM MẠCH 1.1 Tim .3 1.1.1 Cấu tạo tim 1.1.2 Cơ chế hoạt động tim 1.2 Điện tâm đồ 1.2.1 Quá trình điện học tim 1.2.2 Sự hình thành điện tâm đồ 1.2.3 Khái niệm điện tâm đồ 1.2.4 Các chuyển đạo ECG 1.2.5 Q trình hình thành sóng ECG 10 1.3 Một số bệnh tim 11 Chƣơng BỆNH ĐỘNG MẠCH VÀNH 13 2.1 Bệnh động mạch vành 13 2.1.1 Khái niệm bệnh động mạch vành 13 2.1.1 Tình hình bệnh động mạch vành 14 2.1.2 Nguyên nhân bệnh mạch vành 16 2.1.3 Biểu lâm sàng bệnh 17 2.1.4 Các dạng bệnh lý bệnh mạch vành 17 2.1.5 Cách chẩn đoán chữa trị 19 2.2 Dấu hiệu nhận biết bệnh mạch vành điện tâm đồ 23 2.2.1 Thiếu máu (Ischemia) 23 2.2.2 Tổn thương (Injury) 23 2.2.3 Hoại tử (necrosis) 24 2.3 Các tiêu chuẩn chuẩn đoán bệnh mạch vành 25 2.3.1 Sóng Q 25 2.3.2 Đoạn ST 27 2.3.3 Sóng T 28 Chƣơng THUẬT TOÁN CHUẨN ĐOÁN BỆNH MẠCH VÀNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC 30 3.1 Lƣu đồ thuật toán phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành 30 3.1.1 Thuật toán tổng quát phần mềm 30 3.1.2 Xử lý tín hiệu đầu vào 30 3.1.3 Tìm đường trung bình điện tâm đồ 33 3.1.4 Thuật tốn tìm đỉnh R S 34 3.1.5 Thuật tốn tìm đỉnh Q, P, T 36 3.1.6 Thuật tốn tính nhịp tim 36 3.2 Áp dụng tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành 38 3.2.1 Sóng Q 38 3.2.2 Đoạn ST 39 3.2.3 Sóng T 40 Chƣơng XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHUẨN ĐỐN BỆNH MẠCH VÀNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC 41 4.1 Ý tƣởng thiết kế phần mềm .41 4.2 Phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành 41 4.2.1 Môi trường phát triển phần mềm 41 4.2.2 Cấu trúc phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG 43 4.2.3 Giao diện phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG 43 4.2.3 Thử nghiệm phần mềm 45 4.3 Kết thực nghiệm 46 4.3.1 Các tham số đánh giá kết 46 4.3.2 Đánh giá kết phần mềm 47 KẾT LUẬN 50 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc tim .3 Hình 1.2 Cơ chế điện học tim Hình 1.3 Hình ảnh điện tâm đồ Hình 1.4 Các thành phần sóng điện tim Hình 1.5 Đặc điểm ECG dựa giải phẫu tim Hình 1.6 Các chuyển đạo điện tim Hình 1.7 Các chuyển đạo mẫu Hình 1.8 Các chuyển đạo đơn cực chi Hình 1.9 Vị trí sóng điện tâm đồ 11 Hình 2.1 Bệnh mạch vành 13 Hình 2.2 Xơ vỡ động mạch 16 Hình 2.3 Điện tâm đồ chuẩn đốn bệnh 19 Hình 2.4 Siêu âm tim 20 Hình 2.5 Siêu âm tim gắng sức 21 Hình 2.6 Máy CTScanner 128 lát cắt 22 Hình 2.7 Các dạng sóng T bệnh lý triệu chứng thiếu máu 23 Hình 2.8 Hình ảnh ST tổn thương 24 Hình 2.9 Hình ảnh sóng Q hoại tử 24 Hình 2.10 Hình ảnh chuyển đạo điện tâm đồ bình thường .25 Hình 2.11 Sóng Q sâu (I, II, III) với ST chênh lên .26 Hình 2.12 Sóng Q sâu (II, III, aVF) với ST chênh lên 27 Hình 2.13 Hình ảnh đoạn ST ECG .27 Hình 2.14 Hình ảnh đoạn ST ECG .27 Hình 2.15 Hình ảnh sóng T ECG 28 Hình 2.16 Hình ảnh sóng T bất thường 29 Hình 2.17 Sóng T dẹt chuyển đạo V2-V6 thiếu máu cục 29 Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn tổng qt chẩn đốn bệnh mạch vành 30 Hình 3.2 Sơ đồ xử lý tín hiệu số đầu vào .31 Hình 3.2 Mở rộng tín hiệu phương pháp lọc sổ trung bình động 32 Hình 3.3 Ví dụ phương pháp trung bình động xử lí hình ảnh 32 Hình 3.4 Ví dụ phương pháp trung bình động xử lí tín hiệu sóng 33 Hình 3.5 Đường trung bình chuyển đạo ECG .34 Hình 3.6 Sơ đồ thuật tốn tìm R,S 34 Hình 3.7 Mơ thuật tốn tìm đỉnh phần mềm Matlab 35 Hình 3.8 Đỉnh R sau xác định 36 Hình 3.9 Thuật tốn tính nhịp tim thơng qua tín hiệu điện tim 37 Hình 3.10 Xác định chiều rộng độ cao sóng Q 39 Hình 4.1 Giao diện người dùng phần mềm lập trình Qt Creator 42 Hình 4.2 Sơ đồ khối phần mềm chuẩn đoán bệnh mạch vành ECG 43 Hình 4.3 Giao diện phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành 44 Hình 4.4 Dữ liệu bệnh nhân mạch vành tải từ kho liệu PhysioBank ATM 45 Hình 4.5 Ma trận nhầm lẫn biểu diễn kết thử nghiệm phần mềm 49 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành sóng Q (nhồi máu trước bên) .25 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn chẩn đốn bệnh mạch vành sóng Q (nhồi máu sau, dưới) 26 Bảng 2.3 Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành đoạn ST (chênh xuống) 28 Bảng 2.4 Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành đoạn ST (chênh lên) 28 Bảng 2.5 Tiêu chuẩn chẩn đốn bệnh mạch vành sóng T .29 Bảng 4.6 Kết chẩn đoán bệnh mạch vành phần mềm .48 Dựa vào đường ytb Đường cắt sóng Q hai điểm Q1 Q2 Độ rộng sóng Q dQ = xQ2 - xQ1 Chiều cao sóng Q hQ = yQ - ytb Hình 3.11 Xác định chiều rộng độ cao sóng Q 3.2.2 Đoạn ST Tương tự với việc tìm độ cao rộng sóng Q việc xác định sóng ST chênh lên hay chênh lên phụ thuộc nhiều vào điểm Jonset (J) Theo định nghĩa điểm J điểm kết thúc sóng S bắt vào đường đồng điện số trường hợp điểm J vơ định Người ta lấy điểm J xác định điểm giữ đoạn ST trường hợp điểm J vô định Điểm Jonset thể đoạn iFFT giá trị lớn trước sóng R tính từ trái sang phải điểm Tonset giá trị thứ sau điểm Jonset dựa vào điều ta xác định đoạn ST Sau xác định đoạn ST ta dựa vào điểm J cho giá trị nằm Jonset Tonset để xác định sóng T chênh lên hay chênh xuống dựa vào giá trị hai điểm so với đường Dựa vào giá trị tìm với tiêu chuẩn Minnesota chẩn đoán mạch vành với đoạn ST để chẩn đốn bệnh nhân có bị bệnh hay khơng Trong tiêu chuẩn Minnesota, chẩn đốn bệnh mạch vành dựa đoạn ST (Ở tất chuyển đạo trừ aVR ngược lại): - Chênh xuống bệnh lí: 1mm : Bệnh lý rõ ràng s 0.5-0.9mm : Nghi bệnh lý 0.5mm - Chênh lên bệnh lý: >=2mm từ V1-V4 >=1mm chuyển đạo khác 39 : Có thể bệnh lý : Bệnh lý rõ ràng : Bệnh lý rõ ràng 3.2.3 Sóng T Sau xác định sóng T ta tìm giá trị biên độ sóng T cho chuyển đạo Sau ta dựa vào tiêu chuẩn Minnesota để chẩn đoán bệnh Tiêu chuẩn chẩn đốn bệnh mạch vành sóng T (Ở tất chuyển đạo trừ D3 V1): - Âm sâu từ 1mm trở : Bệnh lý rõ ràng - Dẹt : Có thể bệnh lý 40 Chƣơng XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHUẨN ĐOÁN BỆNH MẠCH VÀNH DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC 4.1 Ý tƣởng thiết kế phần mềm Bệnh mạch vành bệnh thường gặp nguyên nhân gây tử vong hàng đầu giới Bệnh mạch vành không dễ dàng phát khám nghiệm thông thường Hơn có nhiều chứng bệnh làm che mờ dấu hiệu xơ vỡ động mạch vành trạng thái nghỉ Do việc hỗ trợ chẩn đoán sớm bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức cần thiết Nhiệm vụ luận văn thiết kế phần mềm có khả năng: - Sử dụng điện tâm đồ liệu pháp khơng xâm lấn với chi phí rẻ gây hại cho sức khỏe người - Giải vấn đề nhiễu sóng gây nhầm lẫn cho bác sĩ đọc điện tâm đồ in giấy - Đáp ứng thời gian xử lí sóng điện tim nhờ việc khai thác tối ưu tài nguyên máy tính - Chẩn đốn bệnh mạch vành hỗ trợ đưa dấu hiệu bất thường dù nhỏ tồn sóng điện tim - Là phương tiện chẩn đoán bổ trợ (lâm sàng cận lâm sàng khác), khơng phải định Từ giúp bác sĩ chẩn đoán nguyên nhân, định hướng điều trị Ý tưởng thiết kế xây dựng phần mềm đọc tín hiệu điện tim ECG đưa lên đồ thị dễ dàng quan sát Thiết kế đảm bảo loại bỏ tín hiệu nhiễu đồng thời tối ưu thuật tốn để tính tốn đưa thơng số đồ thị Từ so sánh với chuẩn dấu hiệu để đưa kết hỗ trợ bác sĩ tim mạch q trình chẩn đốn bệnh mạch vành 4.2 Phần mềm chẩn đốn bệnh mạch vành 4.2.1 Mơi trường phát triển phần mềm Nền tảng phần mềm sử dụng luận văn Qt Creator Qt cơng cụ widget miễn phí mã nguồn mở để tạo giao diện người dùng đồ họa ứng dụng đa tảng chạy nhiều tảng phần mềm phần cứng khác Linux, Windows, macOS, Android hệ thống nhúng có khơng có thay đổi sở mã ứng dụng gốc có khả tốc độ riêng 41 Qt Creator IDE lập trình viên ưa chuộng, Qt Nokia mua lại năm 2008 có cộng đồng ngày lớn mạnh gia tăng nhanh Qt hỗ trợ mạnh lập trình giao diện, tương tác Database, Graphics… Trong luận văn phần mềm phát triển tảng QT Creator gần QT Creator 5.14.1 với tính ưu việt: - Đa tảng Qt chạy hệ điều hành Linux, Windows, Mac - Các trình editor thân thiện dễ sử dụng - Hỗ trợ vim editor (vim editor advance editor lập trình key, xài hotkey nhanh) - Sử dụng miễn phí: khơng phải trả phí để download sử dụng - Hỗ trợ thư viện lập trình giao diện nhúng HTML, JAVA, C++ sử dụng đan xen Giao diện phần mềm lập trình QT Creator: Hình 4.1 Giao diện người dùng phần mềm lập trình Qt Creator Các thành phần phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành bao gồm: - Phần xử lí xây dựng tảng ngơn ngữ lập trình C++ - Phần giao diện thiết kết ngôn ngữ QML (Qt Meta object language) 42 4.2.2 Cấu trúc phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG Start Insert data, chuẩn hóa liệu Tìm đỉnh R,S Tìm đỉnh P,Q,T, J đoạn ST So sánh với quy tắc Minnesota Đưa kết luận chẩn đốn Hình 4.2 Sơ đồ khối phần mềm chuẩn đoán bệnh mạch vành ECG Về giải thuật phần mềm thuật tốn trình bày chương 4.2.3 Giao diện phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG Phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành thơng qua tín hiệu điện tim thiết kế với giao diện người dùng trực quan gồm: - Cho phép so sánh tín hiệu trước sau xử lí lọc - 12 chuyển đạo với đồ thị phóng to, thu nhỏ, di chuyển - Nhịp tim - Bảng thông số đầy đủ khai thác tín hiệu ECG theo chuyển đạo - Tính đa dạng đầy đủ tab menu - Cho phép xử lý lúc nhiều liệu so sánh chúng với chế độ đa nhiệm nhiều cửa sổ - Sử dụng ngôn ngữ C++ bậc cao để xử lí tín hiệu số ECG Đây cách tiếp cận áp dụng để phân tích tín hiệu ECG phát rối loạn nhịp tim bệnh tim - Xử lí tự động tín hiệu đưa kết nhanh chóng việc tối ưu tài nguyên máy tính window - Kết chẩn đoán đầy đủ nội dung bao gồm nhịp tim, thông số bất thường chuyển đạo, đưa dự đoán mức độ bệnh mạch vành - Hỗ trợ in, lưu báo cáo chẩn đoán nhiều định dạng 43 End Giao diện phần mềm chẩn đốn tự động bệnh mạch vành: Hình 4.3 Giao diện phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành 44 4.2.3 Thử nghiệm phần mềm Cơ sở liệu điện tim gốc từ trang physionet.org, làm liệu mẫu cho vào phần mềm kết khả quan PhysioNet trang wed National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) Nơi tổng hợp mẫu liệu bệnh nhân, phương pháp chẩn đoán bệnh tim, phần mềm chẩn đoán… Trong luận văn này, em sử dụng liệu bệnh nhân kho liệu PhysioBank ATM Từ liệu đưa vào phần mềm để xử lí đưa kết luận tình trạng bệnh nhân mạch vành Mỗi mẫu liệu tải từ kho liệu bao gồm thơng tin bệnh nhân độ tuổi, giới tính, lý thăm khám, tiền sử bệnh thói quen sinh hoạt liên quan đến bệnh Độ xác phần mềm đánh giá dựa kết luận chẩn đốn phần mềm với thơng tin chẩn đốn bệnh nhân bác sĩ đính kèm theo mẫu liệu Hình 4.4 Dữ liệu bệnh nhân mạch vành tải từ kho liệu PhysioBank ATM 45 - Ƣu điểm: + Phần mềm sử dụng tín hiệu ECG để đưa chẩn đốn bệnh Điều giúp giảm giá thành phát triển cơng cụ chẩn đốn bệnh Tránh chi phí lớn khơng gian cồng kềnh máy chẩn đốn bệnh xâm lấn khơng xâm lấn khác có tác hại xấu đến sức khỏe người thời gian theo dõi bệnh lâu + Phần mềm xử lí tín hiệu đầu vào, lọc nhiễu làm mượt đồ thị ECG + Phần mềm vẽ đầy đủ 12 chuyển đạo với độ xác cao thời gian đáp ứng nhanh (~1s/mẫu) + Tính đa dạng: Chạy đa nhiệm nhiều cửa sổ liệu, so sánh nhiều ECG lúc, in lưu báo cáo + Việc tìm đỉnh nhanh xác nhờ tối ưu hóa việc xử lí liệu số ngơn ngữ bậc cao C++ tài nguyên máy tính lớn + Giao diện dễ nhìn, có đường màu phân biệt giúp cho bác sĩ sử dụng thoải mái hiệu + Có thể lưu trữ liệu chẩn đoán để xuất thành kết xem lại cần thiết trình theo dõi điều trị + Hỗ trợ phát điểm bất thường chu kì điện tim dù nhỏ, từ hỗ trợ bác sĩ tránh bỏ sót dấu hiệu quan trọng - Nhƣợc điểm: + Phần mềm có số sai lệch độ tuổi, giới tính khác tiêu chuẩn so sánh sai khác với số bình thường Từ dẫn đến dương tính âm tính giả + Với số tín hiệu có nhiễu lớn chương trình cịn số sai sót tìm đỉnh, dẫn đến sai sót chẩn đốn Với tín hiệu chẩn đoán chuyên gia sử dụng phương pháp truyền thống gặp khó khăn tương tự 4.3 Kết thực nghiệm 4.3.1 Các tham số đánh giá kết Độ nhạy tham số cho biết xác suất kết xét nghiệm dương tính có bệnh (tỷ lệ dương tính thật) [5] Độ nhạy (Se) tính theo cơng thức [8] 46 (1) Trong đó, TP số bệnh nhân chẩn đốn xác bị nhồi máu tim FN số bệnh nhân bị chẩn đoán nhầm khỏe mạnh Độ đặc hiệu cho biết xác suất kết xét nghiệm âm tính khơng có bệnh (tỷ lệ âm tính thật) Độ đặc hiệu (Sp) tính theo cơng thức [8] (2) Trong đó, TN số bệnh nhân chẩn đốn xác khỏe mạnh FP số bệnh nhân chẩn đoán sai mắc bệnh nhồi máu tim Giá trị tiên đốn dương tính cho biết xác xuất người thực bị bệnh chẩn đốn dương tính tính theo cơng thức sau [8] (3) Trong đó, TP số bệnh nhân chẩn đốn xác bị nhồi máu tim FP số bệnh nhân chẩn đốn khơng xác bị nhồi máu tim Giá trị tiên đốn âm tính cho biết xác suất người khơng bị bệnh chẩn đốn âm tính tính theo cơng thức [8] (4) Trong đó, TN số bệnh nhân chẩn đốn xác khỏe mạnh FN số bệnh nhân bị chẩn đốn nhầm khỏe mạnh Ngồi ra, tham số xác cho biết xác suất chung bệnh nhân chẩn đốn xác sử dụng để đánh giá hiệu suất thuật toán [8] (5) 4.3.2 Đánh giá kết phần mềm Hiệu suất thuật toán chẩn đoán bệnh nhồi máu tim sử dụng phương pháp phân tích tín hiệu ECG tần số cao thử nghiệm 390 ghi tín hiệu ECG sở liệu PTB [13] 47 Trong đó, ghi bị loại lỗi thuật toán xác định phức QRS ghi bị loại mức nhiễu cao tín hiệu Như vậy, thuật toán thử nghiệm 382 ghi liệu ECG (trong bao gồm 300 ghi ECG bệnh nhân bị bệnh mạch vành 82 ghi ECG người khỏe mạnh) Các kết chẩn đốn trình bày Bảng ma trận nhầm lẫn hình bên Giá trị đại diện cho không mắc bệnh nhồi máu tim (người khỏe mạnh) Trong đó, giá trị đại diện cho mắc bệnh nhồi máu tim Các giá trị bên trái kết chẩn đoán thuật toán [9], giá trị bên giá trị thực tế Số lượng người chẩn đốn xác biểu diễn ô màu xanh (TN – 74, TP – 270) Các ô màu đỏ số lượng người chẩn đoán sai (FN – 30, FP – 8) Cột bên phải cho biết giá trị tiên đốn dương tính (97.12%), âm tính (71.15%) độ xác thuật tốn (50.75%) Hai giá trị cịn lại hàng cuối biểu diễn cho giá trị độ đặc hiệu (90.24%) độ nhạy (90%) phần mềm Bảng 4.6 Kết chẩn đoán bệnh mạch vành phần mềm Thuật toán đề xuất Tham số Độ nhạy (%) 90.00 Độ đặc hiệu (%) 90.24 Giá trị tiên đốn dương tính (%) 97.12 Giá trị tiên đốn âm tính (%) 71.15 Hiệu suất (%) 90.05 48 Hình 4.5 Ma trận nhầm lẫn biểu diễn kết thử nghiệm phần mềm Kết thực nghiệm phần mềm tốt so sánh với kết nghiên cứu lâm sàng Chỉ có giá trị tiên đốn âm tính thấp tín hiệu ECG người khỏe mạnh lại có hình thái giống với người mắc bệnh mạnh vành dẫn đến phần mềm chuẩn đốn khơng Giá trị tiên đốn dương tính cao phần mềm truy xuất dấu hiệu bất thường dù nhỏ toàn 12 chuyển đạo ECG bệnh nhân Từ đưa dự đoán dựa việc xem xét tổng thể nhiều dấu hiệu cách đầy đủ Điều vơ quan trọng giúp bác sĩ tránh bỏ sót, nhầm lẫn việc chẩn đoán bệnh cho bệnh nhân 49 KẾT LUẬN Trong q trình thực luận văn này, tơi thu số kết Bên cạnh cịn số thiếu sót cần khắc phục Kết đạt đƣợc Hiểu cách thức hoạt động tim Hiểu điện tim, cách đọc điện tâm đồ 12 chuyển đạo tim Xây dựng phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành dựa tín hiệu điện tâm đồ gắng sức với tần số tín hiệu cao, thời gian đáp ứng nhanh Phần mềm phát triển chạy tốt tảng hệ điều hành Windows, hiển thị dạng sóng 12 chuyển đạo sóng điện tim, phân tích, rõ đỉnh sóng đưa chẩn đoán ban đầu bệnh động mạch vành Thuật tốn phát đỉnh đạt độ xác cao, sở quan trọng cho việc hỗ trợ bác sĩ tim mạch chẩn đốn xác bệnh Phƣơng hƣớng phát triển Hướng phát triển tới phát triển chương trình chẩn đốn nhiều bệnh khác ngồi bệnh mạch vành Sau xây dựng hệ thống 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 Phần mềm cịn nâng cao thời gian đáp ứng nhờ vào phát triển vượt trội cấu hình máy tính cá nhân giá thành rẻ Luận văn đạt số kết tích cực Tuy nhiên, thuật tốn phần mềm cần phải đo tiến hành thực nghiệm nhiều lần để đánh giá cải thiện điểm cịn chưa đạt 50 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Hoang, Van Manh and Dang, Anh Viet and Dang, Hong Quan and Pham, Manh Thang (2019) Automated the QRS complex detection for monitoring the electrical activity of the heart In: The 5th International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA-5) October 11-12, 2019, Hanoi, Vietnam 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Đỗ Trinh, Trần Văn Đồng, Hướng dẫn đọc điện tim, Nhà xuất Y học [2] Hồ Văn Sung (2005), Xử lý số tín hiệu, Tập hai, NXB Giáo Dục Hà Nội [3] TS BS Nguyễn Ngọc Quan, FASCC, FSCAI, Điện tâm đồ chẩn đoán bệnh mạch vành Tiếng Anh [4] Prineas RJ, Crow RS, Zhang ZM The Minnesota Code Manual of Electrocardiographic Findings: Standards and procedures for measurement and classification Boston (MA): John Wright-PSG; 1982 ISBN 0-7236-7053-6 [5] Solmaz Mahmoodzadeh, Mansour Moazenzadeh, Mehrdad Sheikhvatan, “Diagnostic performance of electrocardiography in the assessment of significant coronary artery disease and its anatomical size in comparison with coronary angiography”, Journal of Research in Medical sciences, 59 (2014) p.4.Blahut R.E (1984), The Fast Fourier Transform for Digital Signal Processing, New York, Addison-Wesley [6] Ronald JP, Richard SC, Zhu-Ming Z (2010), “The Minnesota Code Manual of Electrocardiographic Findings: Standards and Procedures for Measurement and Classification”, Springer edition, 2d edition [7] P de Chazal, M O’Dwyer, and R Reilly Automatic classification of heartbeats using ecg morphology and heartbeat interval features Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 51(7):1196–1206, July 2004 ISSN 0018-9294 doi: 10.1109/TBME.2004.827359 [8] Christov II, Daskalov IK, “Filtering of electromyogram artifacts from the electrocardiogram,” Med Eng Phys 1999Dec; 21(10):731-6 [9] Hoang, Van Manh and Dang, Anh Viet and Dang, Hong Quan and Pham, Manh Thang (2019) Automated the QRS complex detection for monitoring the electrical activity of the heart In: The 5th International Conference on Engineering Mechanics and Automation Website [10] https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/42597/9241562234.pdf?sequence=1 [11] http://benhtimmach.info.vn/ [12] https://cardocorz.vn/benh-mach-vanh-se-ra-sao-neu-khong-duoc-dieu-tri.html 52 [13] https://physionet.org/content/ptbdb/1.0.0/,2019, https://doi.org/10.13026/C28C71 [14] http://nhatkyykhoa.blogspot.com/2016/10/cac-buoc-oc-ecg.html [15] https://www.medcalc.org/calc/diagnostic_test.php, 2019 [16] https://www.dieutri.vn/ [17] http://www.librow.com/ [18] http://www.tradersplace.in/moving_averages 53 ... HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHẨN ĐOÁN TỰ ĐỘNG BỆNH MẠCH VÀNH QUA TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã... Simulink xây dựng mơ thuật tốn xử lí tín hiệu điện tim đồ  Sử dụng phần mềm Qt Creator để xây dựng chương trình chẩn đốn tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức Nội dung nghiên cứu. .. Bệnh động mạch vành 2.1.1 Khái niệm bệnh động mạch vành Bệnh động mạch vành (hay bệnh mạch vành) tên gọi chung nhóm bệnh lý liên quan đến mạch vành - mạch máu đến nuôi dưỡng cho tim Bệnh động mạch