1.3 Kỹ thuật ghi đo tín hiệu ICG
1.3.3 Các loại nhiễu điển hình
Nhiễu điện
Giống như mọi hệ thống đo lường khác, hệ thống ghi đo tín hiệu ICG chịu tác động từ các loại nhiễu điện đến từ bên ngoài qua các con đường khác nhau gồm: (1) đường truyền dẫn trực tiếp qua dây đo, cáp tín hiệu, và dây dẫn nguồn; (2) qua sóng vơ tuyến, đến từ các nguồn nhiễu tự nhiên và nhân tạo trong môi trường mà thiết bị làm việc; và (3) qua đường cảm ứng điện hoặc từ với các thiết bị và dây dẫn điện xung quanh. Để giảm thiểu ảnh hưởng của những loại nhiễu này, các thiết bị thường
Tạo tín hiệu nguồn dịng Tiền khuếch đại ADC (tốc độ cao và độ phân giải cao)
FPGA
(xử lý tín hiệu số)
Dữ liệu quan tâm (Z, Z0, ΔZ, tín hiệu ICG, thông số huyết động, …)
31
được thiết kế theo hướng áp dụng nhiều kỹ thuật đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Cụ thể:
− Để khắc phục (1), các hệ thống đo thường sử dụng các bộ cách ly tín hiệu, cách ly nguồn, các bộ lọc chặn nhiễu.
− Để khắc phục (2), các mạch điện làm việc với tín hiệu nhỏ thường được đặt trong các hộp kim loại kín (bản chất là các lồng Faraday). Trong khi đó, các dây dẫn tín hiệu thường được bọc trong lớp chống nhiễu hoặc được thay thế bằng các loại cáp xoắn cùng các cặp tín hiệu vi sai.
− Để khắc phục (3), các mạch điện trong hệ thống đo thường được bố trí khơng gian theo hướng giảm thiểu các tụ điện ký sinh hoặc che chắn tốt các vị trí dễ xảy ra hiện tượng cảm ứng.
Ngoài các kỹ thuật chủ động ngăn chặn nói trên, các mạch lọc nhiễu hay các thuật tốn lọc số có thể giúp giảm đáng kể ảnh hưởng của các loại nhiễu điện nhiễm vào hệ thống. Về cơ bản, việc xử lý vấn đề nhiễu điện trong hệ thống ICG có thể được thực hiện khá triệt để thông qua các kỹ thuật lọc cơ bản, điển hình, và được biết đến rộng rãi trong lĩnh vực điện tử.
Nhiễu do chuyển động
Thành phần trở kháng cố định, hay còn gọi là thành phần trở kháng nền, bao gồm trở kháng của các mô mỡ, cơ, xương, máu dự trữ tại các tế bào, v.v. là các thành phần không di chuyển trong suốt quá trình bơm máu của tim mạch. Về mặt lý thuyết, thành phần này là khơng thay đổi (biểu diễn bằng tín hiệu điện áp một chiều), tuy nhiên trong khi đo đạc, một sự cử động hay một lần thở làm cho các mô, tế bào di chuyển và xáo trộn, gây ra sự thay đổi trong trở kháng cố định. Mặt khác, các chuyển động cũng có thể gây những sự thay đổi nhỏ trong liên kết giữa da và điện cực và vị trí của các cáp truyền dẫn tín hiệu đi ra từ điện cực trong không gian. Những sự thay đổi này gây những thay đổi nhất định tới các tham số ký sinh của mạch điện và tác động tới tín hiệu thu nhận được. Tất cả những thay đổi này tạo nên thành phần nhiễu do chuyển động. Việc loại bỏ nhiễu cử động khó hơn nhiều so với các loại nhiễu khác vì nhiễu do chuyển động khơng có quy luật, gây những thay đổi mạnh và tức thời. Về cơ bản, nhiễu này có thể được giảm thiểu bằng cách yêu cầu bệnh nhân nằm và không cử động trong suốt q trình đo. Thêm vào đó, do nhiễu chuyển động thường ngắn và rất mạnh, hệ thống cũng có thể được lập trình để bỏ qua việc tính tốn các thơng số huyết động khi phát hiện có sự tồn tại của nhiễu do chuyển động, được đặc trưng bởi sự thay đổi rất mạnh và đột ngột về biên độ của tín hiệu. Về cơ bản, thuật tốn để
32
phát hiện nhiễu do chuyển động là không phức tạp do tín hiệu thu từ các điện cực là khá ổn định (xem Mục 1.3.1.4) khi hệ thống hoạt động bình thường.
Nhiễu do hoạt động hơ hấp
Trong thực tế đo lường tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG, nhiễu do hoạt động hô hấp (gọi tắt là nhiễu thở) là thành phần nhiễu có biên độ rất lớn so với tín hiệu trở kháng ngực. Nhiễu này xuất hiện liên tục, gần như tuần hồn và tương ứng với hoạt động hơ hấp của đối tượng đo. Nhiễu thở gây nên hiện tượng trôi đường cơ sở và biến dạng tín hiệu, gây biến đổi một phần các điểm đặc trưng của tín hiệu [41-43]. Cụ thể, sự trôi đường cơ sở khiến việc xác định các điểm C trên tín hiệu khó khăn hơn trong khi sự biến dạng tín hiệu khiến việc xác định các điểm B và điểm X có thể bị sai. Do các thơng số huyết động được tính tốn từ các điểm đặc trưng này, thành phần nhiễu thở có thể gây sai lệch đáng kể kết quả. Vì vậy, việc loại bỏ thành phần nhiễu thở là một khâu quan trọng trong phương pháp tim đồ trở kháng ngực. Phép lọc không chỉ giúp nâng cao độ chính xác của các thơng số huyết động mà cịn đảm bảo cho việc đọc dạng sóng tín hiệu để phát hiện các bất thường về tim mạch trong chẩn đoán cận lâm sàng [44-47].
Nguồn gốc của thành phần nhiễu thở trong phép đo trở kháng đã được Baker và Geddes (1966) tiến hành để làm sáng tỏ nguồn gốc của tín hiệu trở kháng do hoạt động hơ hấp tạo nên bằng cách đo sự thay đổi trở kháng vùng ngực khi thở máy ở những cá thể chó bị chết sử dụng điện cực dán hai bên ở vị trí xương ức [48]. Theo các tác giả, phần lớn dòng điện dẫn truyền bằng con đường ngực trước (79,9%), một số qua cơ hoành, gan và thành ngực trước, và chỉ 4,7% qua phổi.
Baker và cộng sự cũng đã nghiên cứu tỷ lệ ΔZ/ΔV (với ΔV là sự thay đổi thể tích lồng ngực) và đường kính lồng ngực ở 10 cá thể chó được gây mê với các dây thần kinh cột sống được phẫu thuật, từ đó cho phép kiểm sốt được cơ hồnh của chúng khi tiến hành thí nghiệm. Các điện cực được cấy dưới da ở các vị trí xương sườn khác nhau ở các đường giữa nách nhằm mục đích loại bỏ các yếu tố thay đổi trở kháng do điện cực trượt trên xương sườn và tiếp xúc mơ. Các giá trị áp lực nội khí quản và thể tích hơ hấp cũng được ghi lại. Nghiên cứu chỉ ra rằng, thể tích phổi gia tăng đáng kể khi cơ hoành bị co cứng do điều khiển chủ động bên ngồi. Mặc dù khơng có chuyển động lồng ngực nhưng kết quả lại cho thấy tương quan giữa thể tích và trở kháng mà khơng phải là đường kính ngực. Từ đó, có thể kết luận tín hiệu trở kháng vùng ngực có sự tham gia của q trình thơng khí của phổi trong q trình hơ hấp. Trong thực tế, biên độ của thành phần trở kháng biến thiên do hơ hấp phụ thuộc vào vị trí đặt điện cực đo và đạt biên độ lớn nhất ở vị trí xương sườn thứ tám.
33
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự biến thiên trở kháng lồng ngực trong q trình hơ hấp được tạo nên một phần do sự thay đổi của đường kính lồng ngực do dòng điện được truyền dẫn chủ yếu qua thành ngực [49]. Cuối cùng, sự dịch chuyển của điện cực tiếp xúc da cũng như sự chuyển động của khối cơ hoành-gan cũng gây nên sự biến thiên trở kháng vùng ngực [50].