Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Tập 33, Số (2017) 1-9 Phân tích chẩn đốn bệnh mạch vành dựa tín hiệu điện tâm đồ Trần Như Chí1, Nguyễn Thị Thanh Vân1,*, Lê Văn Chiều2 Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Hà Nội, Việt Nam Ban Quản lý dự án, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08 tháng năm 2017 Chỉnh sửa ngày 08 tháng năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2017 Tóm tắt: Điện tâm đồ (ECG) ghi lại biểu thị xung điện trình hoạt động tim Nghiên cứu đặc trưng tín hiệu điện tâm đồ để phát điểm bất thường tim có ý nghĩa quan trọng lĩnh vực y khoa Báo cáo trình bày phương pháp phát hội chứng dày tâm thất dày tâm nhĩ tim sở phân tích tín hiệu điện tâm đồ kết hợp với đặc điểm bệnh Một chương trình thực tự động phân tích tín hiệu ECG nhằm phát hội chứng dày tâm thất dày tâm nhĩ phát triển kiểm chứng với mẫu tín hiệu ECG Kết kiểm nghiệm cho thấy kết chẩn đốn có độ xác cao, hứa hẹn khả tích hợp chương trình vào thiết bị đo ECG thực sàng lọc hỗ trợ chẩn đoán tự động Từ khóa: Điện tâm đồ, ECG, hội chứng dày tâm thất, hội chứng dày tâm nhĩ, xử lý tín hiệu Giới thiệu co thắt tâm thất trái phải, sóng P co thắt tâm nhĩ, sóng T mơ tả phân cực tâm thất sóng U biểu thị nhú Các phương pháp phát vị trí sóng ECG tập trung vào việc phát phức QRS có giá trị biên độ đỉnh lớn nhất, từ suy vị trí sóng R, Q, S, P, T lại hay đoạn quan trọng RR, ST, PR Phương pháp chủ yếu để xác định phức QRS sử dụng phương pháp lọc hay phương pháp khác mạng neuron nhân tạo [2], giải thuật gen [3], biến đổi sóng [4, 5], mơ hình Markov ẩn [6]… Kết nghiên cứu xác định vị trí sóng ECG thường sử dụng cho mục đích y khoa, cụ thể chẩn đốn bệnh liên quan tới tim Theo thống kê y học, bệnh nguy hiểm liên quan đến hoạt động tim hội chứng dày thất dày nhĩ Nếu dày thất Tim phận quan trọng giúp trì sống người Do tính chất quan trọng tim, bệnh lý liên quan nhận quan tâm nghiên cứu chuyên gia y tế Các bệnh lý tim hầu hết phản ánh thông qua tín hiệu điện tâm đồ Tim tạo xung điện nhỏ, truyền dẫn đến tim để thực co bóp tim Những xung điện ghi lại, thể đồ thị xem điện tâm đồ hay gọi ECG hay EKG (electrocardiogram) Đặc trưng tín hiệu ECG thể thơng qua sóng P, phức QRS sóng T, đơi với sóng U nhỏ [1] Trong phức QRS thể _ Tác giả liên hệ ĐT.: 84-912720780 Email: vanntt@vnu.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4659 T.N Chí nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 33, Số (2017) 1-9 nguồn gốc ba biến chứng tim thiếu máu tim nhồi máu tim, giảm co bóp gây rối loạn chức tâm trương, loạn nhịp tim dày nhĩ phát sinh thiếu máu tim bệnh lý van tim Hội chứng dày thất dày nhĩ biểu ECG thông qua đặc điểm khác thường sóng R, S, P chuyển đạo V1, V2, V5, V6, dII [7] Để hỗ trợ q trình chẩn đốn bệnh xác, báo đề xuất phương pháp chẩn đoán bệnh dày thất dày nhĩ hiệu cho phép tự động xác định trực tiếp thông số liên quan đến hội chứng sở phân tích tín hiệu ECG Một phần mềm ứng dụng với chức hữu ích chẩn đoán điều trị bệnh xây dựng để thực thi phương pháp đề xuất với mẫu liệu ECG Physionet Kết thử nghiệm chẩn đoán bệnh mẫu với độ xác cao khẳng định hiệu phương pháp đề xuất tính khả thi ứng dụng thực tiễn Báo cáo trình bày bao gồm bốn phần Phần giới thiệu tổng quan vấn đề nghiên cứu Phần trình bày tóm tắt hội chứng dày thất dày nhĩ theo quan điểm y học từ đề xuất phương pháp chẩn đoán hội chứng sở phân tích tín hiệu ECG Một số thực nghiệm kiểm chứng phương pháp đề xuất thảo luận trình bày Phần Phần cuối số kết luận định hướng nghiên cứu Hội chứng dày tâm thất, dày tâm nhĩ phương pháp chẩn đốn dựa phân tích tín hiệu điện tim Phần trình bày hội chứng dày tâm thất dày tâm nhĩ tim theo quan điểm y học thay đổi tín hiệu ECG xuất hội chứng Trên sở đó, thuật tốn tự động phát hội chứng dày thất dày nhĩ sở phân tích tín hiệu ECG đề xuất Một chương trình phát triển để thực thuật toán A Hội chứng dày tâm thất việc co bóp đẩy máu thành dày lên giãn Hội chứng tác động lớn đến trình khử cực làm thay đổi biên độ sóng: R tăng lên chuyển đạo trực tiếp, S sâu thêm chuyển đạo phía đối lập QRS rộng Các biến đổi khử cực gây biến đổi thứ phát trình tái cực dẫn đến ST chênh T ngược chiều với QRS Hình thể tín hiệu ECG số thông số hội chứng dày thất [7] B Hội chứng dày tâm nhĩ Hội chứng dày tâm nhĩ tăng lên thể tích tâm nhĩ, tăng lên thể tích tâm nhĩ trái phải hai nhĩ Hội chứng nguyên nhân gây thiếu máu tim bệnh lý van tim Hội chứng dày nhĩ gây biến đổi vecto khử cực thu sóng P khác thường ECG Hình thể tín hiệu ECG số thơng số hội chứng dày nhĩ [7] R V5/V6 ≥ 25 mm, S V1/V2 dài ≥ 25 mm, số Sokolov-Lyon thất trái: SV1+RV5/V6 ≥ 35mm, nhánh nội điện tới muộn ≥ 0,045 s R V1≥ mm, R/S V1, V2 ≥ 1, R/S V5,V6 ≤ 1, số Sokolov-Lyon thất phải: RV1+ SV5/V6 ≥ 11mm, ST-T trái chiều QRS (a) (b) Hình ECG hội chứng dày thất: (a) Dày thất trái, (b) Dày thất phải [7] T.N Chí nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Tập 33, Số (2017) 1-9 a) Sóng P ≥ 2,5 mm, P V1 có dạng pha +/- > 0,03 s, trục sóng P lệch phải 60° 90°, phức QRS V1 có dạng QR: dấu hiệu Soli Pallares b) Sóng P ≥ 0,12 s, P có đỉnh có móc có hình lưng lạc đà, P V1 có dạng pha +/- ≥ 0,04 s, trục sóng P lệnh trái 40° 0° Hình ECG hội chứng dày nhĩ: (a) Dày nhĩ phải, (b) Dày nhì trái [7] C Phương pháp chẩn đốn hội chứng dày tâm thất dày tâm nhĩ Dựa đặc trưng tín hiệu ECG bệnh nhân mắc hội chứng dày tâm thất dày tâm nhĩ, chương trình phát triển để tự động phát đặc trưng Lưu đồ thuật tốn thực trình bày Hình Trước tiên cần xác định đường đẳng điện toàn tín hiệu chu kỳ Sau tiến hành xác định biên độ, vị trí đỉnh đặc trưng R, P, Q, S, T tín hiệu ECG Trên sở phân tích đặc điểm sóng R, S, P, ST chuyển đạo V1, V2, V5, V6, dII để đưa chẩn đoán liên quan tới bệnh dày thất dày nhĩ Các chẩn đoán đưa dựa số SOKOLOW – LYON [7] Đường đẳng điện biểu xung điện tới điện cực gắn chuyển đạo Đường đẳng điện chung etb (1) tồn tín hiệu tìm cách so sánh số điểm xấp xỉ thơng qua vịng lặp có điều kiện Để xác định độ rộng sóng ECG u cầu đường đẳng điện xác hơn, đường đẳng điện chu kỳ Giá trị ngưỡng trung bình chọn 50 dựa số điểm tín hiệu ECG Thuật tốn tìm đường đẳng điện chu kỳ giống thuật tốn tìm đường đẳng điện chung thay đổi khoảng xét etb N (min max) (min max) M 50 2 N, M: số điểm (1) Tín hiệu ECG tiền xử lý để loại bỏ nhiễu tần số thấp thông qua biến đổi Fourier nhanh - FFT (X(k)) khôi phục miền thời gian biến đổi Fourier ngược - IFFT (x(n)) (2) N 1 X (k ) x(n) e j 2 nk N k N 1 n 0 x(n) N N 1 X (k ) e j 2 nk N (2) n N 1 n0 Tín hiệu sau tiền xử lý đưa qua cửa sổ lọc với kích thước N để xác định đỉnh dương xW(n) (3) có tín hiệu qua lọc ngưỡng T (4) để thu đỉnh R “tạm thời” xT(n) Tuy nhiên, việc lọc ngưỡng chưa tối ưu cịn sót điểm R, tín hiệu cần qua cửa sổ lọc điều chỉnh với kích thước cửa sổ điều chỉnh Nnew tính tốn dựa khoảng cách đỉnh R “tạm thời” (5) xW (n) filterwindow x(n), N (3) xT (n) xW (n) | xW (n) T (4) N new 2* xT (n) - xT (n - 1) 0.04 * Ts (5) Ts tốc độ lấy mẫu Sau xác định đỉnh R, dựa vào đặc trưng đỉnh điện tâm đồ để xác T.N Chí nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 33, Số (2017) 1-9 định vị trí đỉnh Q, P, S T lại Khi vị trí tất đỉnh sóng giá trị nhịp tim, đường đẳng điện xác định, phân tích đặc điểm chi tiết sóng R, S, P, ST chuyển đạo V1, V2, V5, V6, dII lưu đồ Hình để chuẩn đoán hội chứng dày thất dày nhĩ Bắt đầu min=Tb max=Tb Tb=(max+min)/2 FFT min/[iR1-0.1s: iR 1] Số lượng điểm (slt) >Tb? Loại tần số thấp Đỉnh Q vị trí Q (iQ) Số lượng điểm (sld) 0 Đúng (T+) max/ [iS1+0.1s:iS1+0.3s] max/[iQ-0.2s: iQ] Sai Đúng Sai slt>sld max/ [iS 1+0.1s:iS 1+0.3s] Lọc cửa sổ |slt-sld|Tb? min=Tb max=Tb Đúng Sai slt>sld Số lượng điểm (sld)