RÚT TRÍCH CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG VAØ HỆ SUY DIỄN DỰA TRÊN TẬP LUẬT MỜ
4.1.6 Phát hiện QRS
Việc phát hiện sóng R trên điện tâm đồ có giá trị lớn trong phân tích tự động ECG. Khoảng cách giữa 2 sóng R liên tiếp gọi là khoảng R-R dùng để xác định nhịp thất cũng là nhịp bóp của tim. Khoảng R-R trung bình dùng để xác định nhịp là nhịp nhanh (tachycardia) hay nhịp chậm (bradycardia) hay rung thất (ventricular filbrillation). Sự biến đổi các khoảng R-R cho biết tình trạng rối loạn nhịp. Sau khi phát hiện sóng R, ta có thể tiến hành xác định phức hợp QRS. Bề rộng của phức hợp QRS cũng là một thông số quan trọng để phân loại rối loạn nhịp và các bệnh lý khác ở tim. May mắn đối việc phân tích tự động là sóng R dễ phát hiện nhất trong các thành phần sóng của điện tâm đồ, trừ những trường hợp đặc biệt sóng R có biến độ quá thấp và hình dáng rất bất thường thì rất khó phát hiện.
Các cách tiếp cận để phát hiện sóng R :
Phương pháp không-cú- pháp : chỉ dựa vào các tính chất đặc trưng của phức hợp QRS để phát hiện. Phương pháp này đơn giản. Tiêu biểu là giải thuật W.Thompkins và J.Pan.
Phương pháp dựa vào cú pháp : dựa vào suy diễn trên văn phạm. Khá phức tạp.
Mô hình Markov ẩn : dựa trên mô hình xác suất sự kiện sóng R. Phức tạp
1. Phát hiện sóng R không dựa vào cú pháp. Tiêu biểu cho phương pháp này là giải thuật của J.Pan và W.Tompkins được trình bày trong bài báo "A Real Time QRS Detection algorithm" đăng trong IEEE Transactions on BioMed. Eng Vol.32 1985. Điểm then chốt của giải thuật là dùng các phương pháp lọc để làm nổi bật sóng R và nhận chìm các thành phần sóng khác của sóng điện tim đồ. Đó là vì sóng R có tần số cao hơn các sóng khác : Peak của sóng R có tần
số từ 10Hz đến 15Hz, trong khi đó sóng T có tần số từ 4Hz đến 6Hz. Do đó tín hiệu ECG được qua một mạch lọc BandPass cho phép các tần số từ 7.5Hz đến 40Hz đi qua. Như vậy mạch lọc cũng có tác dụng lọc nhiễu có tần số rất thấp như nhiễu gây dịch chuyển đường nền do cử động của cơ thể, nhiễu có tần số cao như rung cơ và nhiễu nguồn 50Hz. Bước tiếp theo tín hiệu ECG được lấy vi phân và bình phương. Sau đó sử dụng mạch lọc trung bình di chuyển MA
(Moving Average Filter) để hạn chế nhiễu trong miền tần số còn lại. Sau các bước trên các sóng được phát hiện bên trong khoảng ngưỡng T1 và T2 được giả thiết là các sóng R phát hiện được. Các ngưỡng T1 và T2 cũng cần được điều chỉnh sau mỗi lần phát hiện sóng R theo xung hướng tăng/giảm giá trị của sóng R. Sau một thời khoảng tương đối dài định trước, nếu không phát hiện sóng R cần hạ thấp các giá trị ngưỡng và bắt dầu lại tiến trình phát hiện sóng R từ thời điểm sau lần phát hiện sóng R cuối cùng.
Nếu tần số lấy mẫu là 250Hz :
Bước 1 : có thể sử dụng mạch lọc BandPass gồm 2 mạch lọc liên tiếp : mạch lọc thông thấp và mạch lọc thông cao.
Mạch lọc thông thấp loại IIR : H(z)=(1-z-6)2/(1-z-1)2
⇒ y[n] = 2y[n-1] - y[n-2] + x[n] - 2x[n-6] + x[n-12] Mạch lọc thông cao IIR: H(z)=(-1+32z-16+z-32)2/(1-z-1)
⇒ y[n] = -y[n-1] - x[n] + 32x[n-16]+x[n-32] Bước 2 : Vi phân và bình phương
y[n]=(x[n]-x[n-1])2
Bước 3 : Mạch lọc trung bình di chuyển
y[n] = (1/Nw)(x[n-(Nw-1)]+x[n-(Nw-2)]+…+x[n]) trong đó Nw là chiều dài của mạch lọc
Giải thuật cũng có thể áp dụng một cách tương tự để phát hiện các sóng T và sóng P với các ngưỡng T1 và T2 thấp hơn vào dựa vào thời điểm phát hiện sóng R đã có.
Đánh giá kết quả : Mức độ thành công của giải thuật được đánh giá qua 2 thông số :
Dương giả : Sóng R được ghi nhận trong khi thật sự không hiện diện sóng R
Âm giả : Sóng R không được ghi nhận khi sóng R thật sự hiện diện Phân loại ECG :
Phát hiện QRS : theo văn phạm G, có 13 luật mô tả phức hợp QRS. Theo đó phức hợp QRS có thể có từ 1 đến 7 peak. Tuy nhiên để xác định một chuỗi peak có thực sự là phức hợp QRS hay không hay chỉ gồm các peak nhiễu , cần
- Góc giữa cánh phải của peak i và cánh trái của peak i+1 phải nhỏ hơn ε2 Góc của mỗi peak phải nhỏ hơn ε5
- Năng lượng của một peak ít nhất phải lớn hơn ε1
Phát hiện P và T : các phức hợp P và T chỉ được phát hiện giữa 2 phức hợp QRS liên tiếp. Các phức hợp P và T bao gồm 1 hay 2 peak liên tiếp và được phân biệt với các peak khác nhờ thủ tục ngữ nghĩa dùng năng lượng peak. Các peak được sử dạng là phức hợp P hay T khi chiều cao và thời khoảng giữa các cánh trong mỗi peak lớn hơn ε3 và ε4
Phân loại QRS : chúng ta cần thiết lập khoảng cách giữa một phức hợp QRS với một lớp phức hợp QRS hay khoảng cách giữa hai phức hợp QRS. Trong trường hợp thứ nhất, ta tính khoảng cách cho phức hợp QRS và cho từng phức hợp trong lớp. Trong trường hợp thứ hai, chúng ta sử dụng “city block metric” để thiết lập khoảng cách giữa 2 phức hợp. Các thời khoảng và chiều cao của từng sóng thành phần của phức hợp được chuẩn hoá khi tính khoảng cách. Cài đặt : Việc cài đặt theo văn phạm trên khá phức tạp nếu dùng ngôn ngữ thủ tục (như ngôn ngữ C hoặc Pascal) thay vì dùng ngôn ngữ logic (như prolog). Nên dùng công cụ Lex_Yac để sản sinh các thủ tục cho văn phạm.