Do một bệnh tim thực thể có dày thất trái: bệnh mạch vành, tăng huyết áp, hẹp hay hở động mạch chủ, bệnh cơ tim…Vì tiên lượng của nó không tốt.
Với các triệu chứng như:
Triệu chứng quan trọng nhất không thể thiếu được là QRS tiêu biểu, giãn rộng (>= 0.12s)
Sóng R giãn rộng có móc ở đỉnh. Sóng Q và sóng S biến mất. Nhánh nội điện muộn quá 0.055s.
24
1.7 Kết luận chƣơng
Qua chương này chúng ta đã tìm hiểu tổng quan về tín hiệu điện tim và hệ thống các chuyển đạo qua đó có thể sử dụng các tín hiệu điện tim để tìm kiếm các mẫu trong số những nhịp đập tim và nhịp điệu để chẩn đoán các bệnh tim khác nhau.
25
CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN TIM ĐÃ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU 2.1 Những vẫn đề chung của máy điện tim
2.1.1 Định nghĩa
Máy điện tim dùng để đo tín hiệu điện tim là những thay đổi rất nhỏ của dòng điện trong tim. Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển của một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim. Những dòng điện tuy rất nhỏ, khoảng 1 mV, nhưng có thể dò thấy được từ các cực điện đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân và chuyển đến máy ghi. Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ. Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim v.v... Hiện nay có rất nhiều máy đo điện tim 3 cần, 6 cần, 12 cần... có thể cùng một lúc đo được rất nhiều đạo trình điện tâm đồ khác nhau. Cơ cấu hiển thị dùng kỹ thuật số, máy in nhiệt thế hệ mới ma trận đa điểm....
2.1.2 Đặc điểm của máy điện tim
Dòng điện hoạt động của tim là tín hiệu một chiều rất nhỏ biến thiên chậm nên rất dễ bị ảnh hưởng của các nguyên nhân tác động của bên ngoài như điện lưới công cộng, các thiết bị điện khác đặt bên cạnh hoặc các nguồn cảm ứng bên ngoài...Mặt khác nó cũng dễ bị tác động của các dòng điện phát sinh từ các cơ quan khác như cơ và da bệnh nhân. Nếu việc gắn điện cực lên bệnh nhân không tiếp xúc tốt thì tín hiệu cũng dễ bị sai lệch.
Khi có các nguồn nhiễu ở bên ngoài tác động lên các điện cực và sẽ được qua mạch khuyếch đại lên cùng với tín hiệu điện tim. Các tín hiệu nhiễu này như là các tín hiệu đồng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống nhiễu tốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha.
Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghép giữa nguồn tín hiệu đầu vào và mạch khuyếch đại, giữa các tầng khuyếch đại sẽ không thể ghép điện dung và ghép điện cảm mà phải dùng ghép trực tiếp. Nhưng khi ghép trực tiếp, do không có thành phần cách ly một chiều nên khi có sự thay đổi nào đó như thay đổi về chế độ một chiều, sự thay đổi của nhiệt độ sẽ làm cho tham số của linh kiện thay đổi... sự thay đổi này cũng sẽ được đưa đến đầu ra của máy.
Sự thay đổi một cách ngẫu nhiên của tín hiệu khi tín hiệu vào không thay đổi gọi là hiện tượng trôi, hiện tượng trôi do nhiều nguyên nhân gây ra như nhiệt độ nguồn bức xạ bên ngoài tác động vào các linh kiện...
26
Vì tín hiệu nhỏ nên máy phải có hệ số khuyếch đại lớn.
Trở kháng vào lớn để việc phối hợp trở kháng giữa đầu vào mạch khuyếch đại với nguồn tín hiệu để lấy ra điện áp đủ lớn cấp cho bộ khuyếch đại làm việcvà thu tín hiệu mà không bị ảnh hưởng của sự thay đổi bên ngoài như do các bệnh nhân khác nhau, do tiếp xúc của các điện cực.
Độ méo của các thiết bị phải nhỏ, để tín hiệu thu được chính xác phục vụ cho việc chuẩn đoán bệnh.
Khả năng chống nhiễu tốt ,đặc biệt là nhiễu đồng pha.
Có độ ổn định cao và lọc nhiễu tốt để phản ánh trung thực tín hiệu điện tim. Có độ cách điện tốt để đẩm bảo an toàn điện cho cả người và máy.[7]
2.1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy
Dải thông tần:
Dải thông tần của máy ghi được giới hạn trên và giới hạn dưới, giới hạn dưới đảm bảo cho đường ghi cơ bản (vì loại được các tần số quá thấp). Chỉ tiêu kỹ thuật này cũng có thể biểu diễn bằng hằng số thời gian của mạch ghép tầng. Hằng số thời gian càng lớn thì độ méo tín hiệu càng giảm trong khu vực tần số thấp. Hạn chế trên là giảm độ méo tín hiệu ở khu vực tần số cao. Đôi khi để tránh can nhiễu do nguồn điện gây ra người ta bố trí các bộ lọc phụ cắt các tần số 40/50/60Hz.
Để đảm bảo trung thực, các bộ khuyếch đại tín hiệu điện tim cho qua tín hiệu có tần số 0.05- 100Hz. Giới hạn dưới của dải tần tương ứng với hằng số thời gian của mạch ghép RC. Nếu hằng số thời gian càng lớn càng tốt (xét về độ trung thực của tín hiệu) song nếu quá lớn thì thời gian phục hồi của bộ khuyếch đại sẽ quá lâu và nó sẽ rơi vào trạng thái bão hoà.
Hệ số méo phi tuyến :
Độ méo cho phép là 5%. Tham số này thể hiện độ chính xác của thiết bị trong quá trình khuyếch đại tín hiệu đối với tần số khác nhau.
Độ nhậy :
Được xác định trên giấy ghi tín hiệu điện tim bằng chỉ số mm/mV. Là khả năng làm
lệch đường ghi tính ra mm theo điện áp vào là 1 mV. Thường các máy điện tim có một
số độ nhậy nhất định và có thể chuyển từ độ nhậy này sang độ nhậy khác(5mm/mV,
10mm/mV...).
Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR):
27
Trở kháng vào :
Để tái tạo trung thực tín hiệu thì trở kháng vào bộ khuyếch đại lớn hơn rất nhiều so với trở kháng nguồn tín hiệu.
Với các chuyển đạo mẫu I, II, III thì trở kháng vào của bộ khuyếch đại phải đạt tới 10M.
Hệ số khuyếch đại
Bảo đảm mức với Uv = 1mV cho Ura = 1V. Dòng dò < 10 A.[8]
2.2 Thiết bị ghi điện tim hiện đại
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điện tử y tế nói chung và thiết bị ghi điện tim nói riêng ngày càng có thêm nhiều tính năng. Việc xử dụng kỹ thuật vi xử lý và ghép nối thiết bị ghi điện tim với mạch điện toán đã nâng cao tính năng và chất lượng của thiết bị. ở mức độ bình thường chúng có thể lưu trữ số liệu, so sánh cập nhật và in các số liệu về điện tim cùng tên tuổi bệnh nhân một cách tự động. ở mức độ cao hơn nữa là chuẩn đoán bệnh (kết hợp với các khám nghiệm khác). Đồng thời tính an toàn của thiết bị cũng được nâng lên như báo động mất nguồn, dòng dò tăng, điện cực tiếp xúc xấu.Với kích thước gọn nhẹ, giá thành ngày càng hạ, chắc chắn chúng sẽ thâm nhập ngày càng sâu hơn vào các bệnh viện và phòng khám bệnh, không chỉ ở các bệnh viện, trung tâm y tế lớn mà còn ở các tuyến dưới, tương lai có thể đến tận các tuyến cơ sở.
Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối của một thiết bị ghi điện tim sở dụng vi xử lý. Thiết bị ghi điện tim ghép nối với máy điện toán cũng có sơ đồ như vậy. Trong máy điện toán cũng dùng vi xử lý.
28
Hình 2.1 Sơ đồ khối của một thiết bị ghi điện tim sử dụng vi xử lý.
Vi xử lý và máy điện toán chỉ làm việc với các đại lượng số (đếm được) khác với khái niệm điện tim mà chúng ta đang xét ở trên là đại lượng liên tục (tương tự). Vì thế tín hiệu điện tim trước khi đưa vào vi xử lý hay máy điện toán phải chuyển đổi sang dạng số. Thông tin này là dữ liệu về điện tim. Cũng không thể lấy quá nhiều dữ liệu. Cứ cách một khoảng thời gian nào đó người ta mới lấy tín hiệu điện tim đưa vào bộ chuyển đổi ra dạng số. Bộ chuyển đổi này gọi là bộ chuyển đổi tương tự số (A/D). Khoảng thời gian lặp lại đó gọi là chu kỳ lấy mẫu. Tần số lấy mẫu bằng nghịch đảo của chu kỳ lấy mẫu.
Ta đã biết rằng phức bộ của sóng điện tim bao gồm sóng P, Q, R, S, T. Khoảng cách QRS là hẹp nhất khoảng 0.06 – 0.12 giây, nếu chu kỳ lấy mẫu là 0.005 giây thì trong khoảng QRS lấy được từ 12 đến 24 mẫu đủ để phản ánh nhóm sóng này.
Phần trên ta đã trình bày phổ của điện tim là từ 0.05 đến 100 hz, do đó tần số lấy mẫu tối thiểu là 200 hz. Độ chính xác của dữ liệu điện tim còn phụ thuộc vào mức số hoá (mức lượng tử). Với yêu cầu cao người ta có thể chia thành 1000 mức từ 0 đến 999 và để biểu diễn có thể dùng 3 chữ số thập phân. Vi xử lý hay máy điện toán chỉ dùng hai trạng thái có điện (1) hay không có điện (0) trong các phần tử. Cách biểu diễn
29
này là biểu diễn nhị phân. Mười chữ số có thể biểu diễn từ 0 đến 1023. Tuy nhiên trong một số thiết bị người ta chỉ cần đến 8 bit để biểu diễn tín hiệu điện tim (0 –255). Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu là 5ms, trong khi vi xử lý thực hiện một lệnh cở s. Điều đó cho thấy giữa hai lần lấy mẫu vi xử lý có thể thực hiện được vài nghìn lệnh, số lệnh này đủ để vi xử lý thực hiện một số lệnh như lưu trữ, hiển thị, quản lý, phím bấm, báo động, nhận dạng, lọc số. Nhưng chưa đủ để phân tích phổ kể cả phân tích phổ nhanh FFT.
Thiết bị hiển thị ở đây có thể là màn hình chấm điểm (Bit map) hay màn hình x,y (Vector), là các LED. Thiết bị lưu trữ như băng đĩa từ.Thiết bị ghi như máy in kim, lazer, máy in nhiệt hay bút ghi nhiệt. Trong trường hợp dùng màn hình x, y để hiển thị và bút ghi nhiệt để ghi thì phải có bộ chuyển đổi tương tự số (A/D).
Việc thiết kế hệ điện tim dùng vi xử lý hay máy điện toán ngoài thiết kế phần cứng như mạch điện,còn phải thiết kế phần mềm để vi xử lý thực hiện các chức năng đề ra. Ghép nối thiết bị điện tim với máy điện toán đơn giản hơn xây dựng từ vi xử lý. Công việc phần cứng là thiết kế chế tạo phần điện tim và ghép nối. Phần ghép nối bao gồm mạch vào/ra, mạch chuyển đổi A/D, D/A (nếu cần). Phần mềm có thể được viết phần lớn bằng ngôn ngữ bậc cao, phần còn lại được viết bằng ngôn ngữ máy.[9]
2.3 Kết luận chƣơng
Qua chương này, chúng ta đã tìm hiểu rõ về hoạt động của một máy điện tim. Máy
điện tim được sử dụng trong y học để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn nhịp
30
CHƢƠNG 3
PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TÍN HIỆU ĐIỆN TIM
Sau khi phân tích đường cong điện tim đồ, tim ra các dấu hiệu bệnh lý, các bác sĩ chuyên khoa về tim mạch đã tập hợp chúng lại thành những hội chứng điện tim đồ, rồi dựa vào đó mà chuẩn đoán bệnh.
Có hai loại hội chứng được xét đến là:
Các hội chứng về hình dạng sóng: Các bệnh lý làm thay đổi hình dạng điện tim đồ chuẩn.
Các hội chứng về rối loạn nhịp: Các bệnh lý làm thay đổi tần số điện tim đồ chuẩn.
Đề tài của luận văn mới chỉ xét tới các bệnh lý làm thay đổi hình dáng của điện tim
đồ chuẩn và để giải quyết vấn đề này là bài toán về nhận dạng.
3.1 Giới thiệu phƣơng pháp nhận dạng
Phương pháp nhận dạng tín hiệu được sử dụng để xử lý các thông tin đa chiều khi các thông tin này không thể biểu diễn được dưới dạng biểu thức logic đơn giản hoặc không thể định nghĩa trước.
Có hai phương pháp nhận dạng tín hiệu:
Phương pháp nhận dạng thống kê: sử dụng lý thuyết quyết định.
Phương pháp nhận dạng cú pháp hay “cấu trúc”: nghĩa là chia tín hiệu thành nhiều phần dễ nhận dạng, các phần này liên quan với nhau theo một nguyên tắc cấu trúc định trước.
Hai phương pháp trên không tách rời mà bổ trợ cho nhau. Trong đồ án này, ứng dụng đồng thời hai phương pháp để phân tích nhận dạng tín hiệu điện tim.
3.2 Nguyên tắc nhận dạng cú pháp tín hiệu :
Nhận dạng cú pháp tín hiệu dựa trên cơ sở các hệ thống toán học trong đó có hính dạng của một tập được biểu diễn bằng các phần tử của ngôn ngữ hình thức. Quy tắc điều khiển sắp xếp các nguyên hàm tạo thành dạng tín hiệu tuân theo ngữ pháp sau :
G = (VT, VN, P, S)
Trong đó :
VT – là từ vựng hoặc … biểu diễn câu của ngôn ngữ, thường được biểu diễn bằng các chữ cái thường (từ: a… z)
31
VN – là từ vựng hay chữ cái không tận cùng, thường được biểu diễn bằng chữ cái in hoa.
P - là tập hợp các quy tắc cấu tạo cho phép xây dựng đầy đủ một câu từ các chữ cái. S - là định lý của ngữ pháp hay kí hiệu cấu tạo liên quan tới VN.
Khi các nguyên hàm của một dạng cho trước được xác định, quá trình nhận dạng tín hiệu được tiến hành phân tích cú pháp của “câu” xem cú pháp này có được viết đúng theo quy tắc đã được định nghĩa bằng ngữ pháp của quá trình hay không.[10]
3.3 Áp dụng phƣơng pháp nhận dạng cú pháp vào tín hiệu điện tim :
Khi phân tích tín hiệu ECG, ta nhận thấy rằng đoạn thẳng T – P biểu diễn đường cách điện giữa hai chu kỳ nhịp và cho chúng ta những thông tin quan trọng như đoạn PQRST. Vì vậy, ta chọn của sổ phân tích tín hiệu bao trùm tất cả chu kỳ nhịp của tín hiệu ECG, nghĩa là giữa hai đỉnh R-R.
Cửa sổ quan sát của một chu kỳ điện tim được chia thành 40 đoạn, cũng có thể ít hoặc nhiều hơn. Nếu ít hơn thì khoảng cách của đoạn cong tín hiệu được lấy để lấy để tuyến tính hoá lớn lên do đó độ chính xác xẽ nhỏ đi. Còn nếu nhiều hơn thì ngược lại nhưng thời gian thực để xử lý tín hiệu dài ra có thể sẽ ảnh hưởng đến việc lấy được đầy đủ một chu kỳ của tín hiệu. Trong thực tế của sổ quan sát trên được chia thành 40 đoạn là hợp lý. Quá trình nhận dạng tín hiệu điện tim sẽ được thực hiện trên các từ chia thành 40 ký tự. ở đây, ta chọn trường hợp đơn giản nhất để làm ví dụ mô tả ý nghĩa của các chữ cái như sau:
VT = (a, b, c) Trong đó :
a – biểu diễn đoạn thẳng nằm ngang: b – biểu diễn đoạn thẳng có góc dương: c – biểu diễn đoạn thẳng có góc âm:
Từ các giá trị thu thập được ta tạo được ngôn ngữ cấu thành bao gồm các từ có dạng ví dụ như: b c a c b c b a b c a … vv…
Như vâỵ, bước đầu tiên của quá trình nhận dạng, trước khi áp dụng phương pháp nhận dạng cú pháp, ta phải nhận dạng từng đoạn tín hiệu trong cửa sổ quan sát và gán cho nó các chữ cái tương ứng như định nghĩa ở phần trên.
3.4 Phƣơng pháp xử lý thống kê
Sử dụng pháp xử lý thống kê để xác định góc của mỗi đoạn thẳng nằm trong cửa sổ quan sát.
32
Giả sử có một đoạn gồm N điểm (Xi, Yi). Đoạn thẳng bình phương nhỏ nhất phù hợp nhất với tập điểm trên được mô tả bằng phương trình :
Y = A0 + A1X Theo phương pháp bình phương nhỏ nhất, ta có :
Yi – A0 – A1Xi = i, với i = 1, 2 …n là các sai số tại Xi và : S = (yi – A0 – A1xi)2 là tổng các bình phương của các sai số. Trong đó, xi, yi đã biết còn S phụ thuộc vào A0 và A1.
Mục đích của phương pháp bình phương nhỏ nhất là xác định A0 và A1 sao cho S là
