Tớn hiệu ECG cú biờn độ chỉ khoảng 1mV, do đú cần khuyếch đại tớn hiệu này lờn. Khoảng tần số của tớn hiệu ECG là 0,1Hz - 250Hz. Bờn cạnh dạng súng ECG thực cần thu, tớn hiệu ECG ghi được thường đi kốm một vài dạng nhiễu: nhiễu tần số thấp (<0,03Hz) sinh ra do sự hụ hấp và sự dịch chuyển của cỏc điện cực gõy ra sự trụi đường gốc (base line) trong tớn hiệu ECG, nhiễu EMG (mỏy ghi điện cơ đồ_electromyogram) với khoảng tần số rộng (1Hz - 5000Hz), và nhiễu điện từ EMI (electromagnetic interference). EMI được sinh ra bởi nhiều nguyờn nhõn, như dũng điện, ỏnh sỏng huỳnh quang, bộ phận đỏnh lửa của ụtụ, cỏc quạt và cỏc động cơ, cỏc mỏy tớnh, màn hỡnh, mỏy in, cỏc Tivi và truyền hỡnh và cỏc pin điện thoại. Khi tớn hiệu ECG được khuếch đại, nhiễu cũng được khuyếch đại đồng thời làm che khuất tớn hiệu ECG vỡ nhiễu thường nằm ở tần số cao hơn tớn hiệu ECG. Vớ dụ, tần số điện xoay chiều là 60Hz trong khi tần số cao nhất trong tớn hiệu ECG chỉ khoảng 20Hz. Do vậy yờu cầu đặt ra cần nghiờn cứu
về cỏc dạng nhiễu trong tớn hiệu ECG và phương phỏp khử nhiễu trong tớn hiệu ECG.
Nguồn nhiễu của tớn hiệu ECG bao gồm nguồn nhiễu bờn ngoài: dũng điện 60Hz, tần số vụ tuyến (RF), từ trường,… và nguồn nhiễu nội tại bờn trong cơ thể: Nhiễu rung cơ (muscle noise), chuyển động của con người (motion
artifact), …
Cỏc dạng nhiễu điển hỡnh với tớn hiệu ECG:
• Nhiễu đường dõy điện (Power line interference)
• Nhiễu do tiếp xỳc của cỏc điện cực (Electrode contact noise) • Chuyển động (Motion artifacts)
• Sự co cơ (Muscle contraction)
• Trụi đường ranh giới (Base line drift)
• Nhiễu mỏy đo sinh ra bởi cỏc thiết bị điện (Instrumentation noise
generated by electronic devices)
• Nhiễu phẫu thuật điện (Electrosurgical noise)
Nhiễu đường dõy điện
Nhiễu đường dõy điện bao gồm nhiễu đầu đọc (pickup) 50-60Hz và cỏc súng hài (harmonics), cú thể được mụ hỡnh hoỏ như là đường hỡnh sin. Cỏc đặc tớnh cú thể thay đổi trong mụ hỡnh nhiễu đường điện 60Hz gồm biờn độ và tần số của tớn hiệu. Biờn độ cú thể biến đổi tới 50% biờn độ đỉnh của tớn hiệu ECG.
time A m p lit u d e ( m V )
Hỡnh 2.11: Nhiễu đường điện
Nhiễu tiếp xỳc điện cực
Nhiễu tiếp xỳc điện cực là nhiễu thời gian ngắn, sinh ra do sự mất tiếp xỳc giữa điện cực và da gõy ra sự cắt dũng điện giữa hệ thống đo với đối tượng. Sự mất tiếp xỳc cú thể là lõu dài hay giỏn đoạn như trường hợp điện cực được gắn vào và rời ra khỏi bề mặt da do sự vận động và sự dịch chuyển của bệnh nhõn. Cỏc hoạt động ngắt điện ở đầu vào hệ thống đo cú thể gõy ra cỏc ảnh hưởng lớn vỡ tớn hiệu ECG thường được ghộp điện dung với hệ thống. Nhiễu tiếp xỳc điện cực cú thể được mụ hỡnh hoỏ như là chuyển tiếp đường gốc nhanh xảy ra ngẫu nhiờn, nhiễu tiếp xỳc điện cực làm cho giỏ trị đường gốc suy giảm theo hàm mũ và cú thành phần 60Hz thờm vào.
Chuyển động
Cỏc chuyển động nhõn tạo là những thay đổi đường gốc (base line) tạm thời, tạo nờn do sự thay đổi trở khỏng điện cực-da với chuyển động của điện cực. Do sự thay đổi trở khỏng, mạch khuếch đại tớn hiệu ECG xem như cú trở khỏng nguồn khỏc nhau, chỳng tạo thành bộ chia điện ỏp với trở khỏng vào khuếch đại, do vậy điện ỏp đầu vào khuếch đại phụ thuộc vào trở khỏng nguồn thay đổi theo vị trớ của điện cực. Nguyờn nhõn thụng thường của cỏc dịch chuyển nhõn tạo sẽ được xem như sự dao động hay chuyển động của đối tượng. Biờn độ đỉnh và khoảng thời gian của artifact là biến đổi. Dạng nhiễu thể hiện sự thay đổi bất ngờ trong đường gốc do sự dịch chuyển của bệnh nhõn trong khi tớn hiệu ECG đang
được ghi. Nhiễu do chuyển động được mụ phỏng bằng cộng một điện ỏp lệch một chiều cho đoạn tớn hiệu ECG.
time A m p lit u d e ( m V ) Hỡnh 2.12: Nhiễu do chuyển động Sự co cơ
Sự co cơ gõy ra cỏc mức điện ỏp vài àV nhõn tạo. Đường gốc điện tõm đồ thường trong khoảng mV và do vậy ảnh hưỏng của sự co cơ thường khụng quan trọng. Nhiễu co cơ được mụ phỏng bằng cỏch thờm nhiễu ngẫu nhiờn vào tớn hiệu ECG. time A m p lit u d e ( m V ) Hỡnh 2.13: Nhiễu co cơ Trụi đường gốc do hụ hấp
Sự trụi đường gốc với sự hụ hấp cú thể được biểu diễn bởi thành phần sin của tần số hụ hấp được thờm vào tớn hiệu ECG. Biờn độ và tần số của thành phần sin cú thể thay đổi. Sự thay đổi này sẽ được tạo lại khi điều biờn tớn hiệu ECG bởi thành phần sin được thờm vào đường gốc.
time A m p lit u d e ( m V ) Hỡnh 2.14: Nhiễu do sự hụ hấp
Nhiễu mỏy đo do cỏc thiết bịđiện
Cỏc thuật toỏn phỏt hiện tham số (parameter detection algorithms) khụng thể hiệu chỉnh cỏc nhiễu nhõn tạo sinh ra bởi cỏc thiết bị điện. Sự bóo hoà khuếch đại đầu vào (input amplifier saturates) và khụng cú thụng tin về tớn hiệu ECG đi đến bộ tỏch súng. Trong trường hợp này biện phỏp phũng ngừa bằng tay và hoạt động hiệu chỉnh cần được thực hiện.
Nhiễu phẫu thuật điện
Nhiễu này hoàn toàn phỏ huỷ tớn hiệu ECG và cú thể được thể hiện bởi đường sin biờn độ lớn với tần số xấp xỉ giữa 100kHz tới 1MHz.
Chương 3:
Lý thuyết Wavelet
Wavelet là cụng cụ toỏn học để phõn chia dữ liệu thành những thành phần tần số khỏc nhau, sau đú nghiờn cứu mỗi thành phần đú với độ phõn giải tương ứng với thang tỷ lệ của thành phần phổ đú.
Chương ba trỡnh bày về sự hỡnh thành của biến đổi Wavelet, so sỏnh biến đổi Wavelet với biến đổi Fourier, cỏc tớnh chất và cỏc khớa cạnh kỹ thuật của biến đổi Wavelet, và giới thiệu một số ứng dụng của biến đổi Wavelet.