TRONG HEÄ THOÁNG PHAÂN TÍCH ECG
3.1 NHIEÃU TRONG KHI THU THAÄP TÍN HIEÄU ECG bò nhieãu hoaëc khoâng ño ñöôïc :
ECG bị nhiễu hoặc không đo được :
Khi đo ECG, nếu thấy ở các chuyển đạo có đầy đủ các dạng sóng nhưng bị biến dạng ở tất cả các chuyển đạo hoặc máy chỉ đo được một hay vài chuyển đạo và bị biến dạng không đo được một số chuyển đạo khác thì đó là hiện tượng bị nhiễu trên một điện tâm đồ.
Hình 3:Một vài chuyển đạo trên ECG bị nhiễu .
Như vậy có nhiều loại nhiễu làm ảnh hưởng đến hình dạng tín hiệu và làm sai lạc kết quả phâ kết quả phân tích làm cho các sóng có nét méo đi khó mà cho ra kết quả chẩn được.Người ta chia làm nhiều loại nhiễu theo nguồn gốc của nhiễu : nhiễu đường nguồn, nhiễu do sự rung của cơ, nhiễu do chuyển động
của cơ thể, nhiễu dịch chuyển đường nền, nhiễu do công tắc thiết bị. Nhiễu do đường nguồn : do các dây dẫn điện 50Hz/60Hz lắp đặt trong phòng,
do đó thường được gọi là nhiễu 50Hz/60Hz. Ở Việt Nam và đa số các nước khác sử dụng tần số 50Hz, trong khi ở Mỹ sử dụng chủ yếu nguồn 60Hz. Nhiễu có 2 đặc điểm. Đặc điểm thứ nhất là có dạng sóng sin đều đặn 50Hz/60Hz, do đó rất dễ nhận biết trên giấy vẽ ECG. Đặc điểm thứ hai là biên độ có thể rất lớn. Tần số nhiễu có thể dao động chậm từ 49.2 đến 50.1 Hz nếu nguồn có tần số 50hz. Trong đề tài, biên độ nhiễu 50Hz/60Hz có khi lớn hơn nhiều lần biên độ tín hiệu mong muốn. Nhiễu đường nguồn có thể giảm khi nối đất và cân chỉnh tốt các điện trở trong hệ thống máy đo (tăng hệ số CMMR) và bọc giáp các dây dẫn tín hiệu. Tùy vào tốc độ tim và tốc độ máy đo điện tim mà ta có những thành phần sóng bị nhiễu khác nhau.
Hình 3.1 : Nhiễu đường nguồn 50Hz Nhiễu do sự rung cơ :
Nhiễu này có nguồn gốc do sự rung của các cơ bắp.
Tần số của nhiễu này khá cao so với các thành phần khác trên điện tâm đồ. Bệnh nhân do đó phải không bị căng thẳng lo âu trước khi đo.
Tư thế nằmvà giữ thật thoải mái.
Hình 3.2 : Nhiễu do sự rung của cơ bắp.
Nhiễu do sự chuyển động của cơ thể : khi cơ thể chuyển động, tổng trở điện cực ở da thay đổi tạo ra điện thế chênh lệch không mong muốn giữa các vị trí điện cực.
Nhiễu này thường được thấy ở dạng một đoạn nhô cao bất thường kéo dài vài chu kỳ tim.
Nhiễu do dịch chuyển đường nền : do sự thay đổi điện trở tiếp xúc ở da hay do sự thở. Nhiễu này có tần số trong khoảng dưới 1Hz.
Do loại nhiễu này có tần số rất thấp nên ta chỉ mô phỏng hình dạng sóng như hình trên
Hình 3.4 : Nhiễu do sự thay đổi điện trở tiếp xúc làm dịch chuyển đường nền. 3.2 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ
Trong hệ thống ghi và phân tích ECG, xử lý tín hiệu số được áp dụng trong các công việc khử nhiễu, hay làm nổi bật các tần số cần thiết trong quá trình phát hiện phức hợp QRS, phân tích rối loạn nhịp. Trong đề tài, hai loại bộ lọc FIR và IIR được sử dụng làm các bộ lọc thông thấp (LowPass Filter), lọc thông thấp (HighPass Filter), lọc nhiều dãi thông (BandPass Filter) và bộ lọc khe (Notch Filter). Loại bộ lọc FIR có nhiều ưu điểm hơn : đáp ứng pha tuyến tính và ổn định. Mặc dù FIR đòi hỏi số lượng phép tính khá nhiều : khoảng 100 hệ số trong khi chỉ khoảng 10 hệ số đối với bộ lọc IIR, nhưng do các ưu điểm của FIR phù hợp với yêu cầu xử lý tín hiệu ECG và tốc độ của máy tính, đề tài sử dụng chủ yếu bộ lọc FIR.
a. Tín hiệu rời rạc (Discrete - Time signal) là tín hiệu chỉ có giá trị xác định ở những thời điểm rời rạc nhất định. Do đó có thể biểu diễn bằng 1 dãy số
x={x(n)} , 0 n <+. x(n) được gọi là mẫu thứ n của tín hiệu x , có giá trị là số thực, phức hay nguyên.
b. Tín hiệu số (Digital Signal) là tín hiệu rời rạc có biên độ cũng rời rạc (lượng tử hóa) : x(n) có giá trị là một số nguyên
c. Xử lý tín hiệu số: (DSP:Digital Signal Processing) là ngành chuyên môn nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật cũng như các hệ thống xử lý tín hiệu số d. Định lý Niquist về tần số lấy mẫu : Để có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu từ tín hiệu lấy mẫu, tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số của tín hiệu ban đầu
-Tín hiệu rời rạc tuần hoàn với chu kỳ là N nếu thỏa:x(n) = x(n+N). Với mọi n. -Năng lượng của tín hiệu được định nghĩa là :
n n x W ( )2
e. Các hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc
Một hệ thống xử lý tín hiệu sẽ xác lập mối quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra. Ta có thể biểu diễn hệ xử lý bằng một phép biến đổi hay một toán tử T nào đó :
y(n) =T{x(n)}
Trong đó tín hiệu vào x(n) còn được gọi là tác động, còn tín hiệu ra y(n) được gọi là đáp ứng của hệ xử lý.
Ta có thể diễn tả quan hệ như sau (hình 1)
X(t) Y(t)
H
Hììnnhh11: Mô hình hệ xử lý biến đổi tín hiệu vào x(n) thành tín hiệu y(n). : HHeệättuuyyeếánnttíínnhh: Giả sử y: 1(n) và y2(n) là đáp ứng của hệ tương ứng với tác động vào là x1(n) và x2(n). Hệ là tuyến tính nếu và chỉ nếu:
T[a. y1(n) + b. y2(n)] = a.T[x1(n)]+ b.T[x2(n)]= a.y1(n)+by2(n) Vì một tín hiệu bất kỳ có thể biểu diễn là:
= 0 nếu kn do vậy đối với hệ tuyến tính:
với hk(n)= T[(n-k)]. được gọi là đáp ứng xung của hệ đối với tác động là xung
(n-k) H
Heệäbbaấáttbbiieếnántthheeootthhơờiøiggiiaann: (Time invariant system) : Nếu như đáp ứng của hệ : đối với tác động x(n) là y(n) thì đáp ứng của hệ đối với tác động là x(n-k) sẽ là y(n-k). Nói cách khác nếu tín hiệu vào bị dịch đi 1 đoạn thời gian là k thì tín hiệu ra bị dịch đi 1 đoạn thời gian là k. Mọi hk(n) đơn giản trở thành h(n-k), tức là h(n) dịch đi k mẫu.
H
Heệättuuyyeếánnttíínnhhvvaàøbbaấáttbbiieếán (TTBB) : Được đặc trưng hoàn toàn bằng đáp ứng n xung h(n): biết h(n) ta hoàn toàn tính ra đáp ứng y(n) của tín hiệu vào x(n). Công thức này còn được gọi là tổng chập (convolution) của 2 tín hiệu và còn được ký hiệu là : y(n) = x(n)*h(n).
Bộ lọc số:
Thay cho thiết kế truyền thống là thiết kế phần cứng từng khối chức năng trong hệ thống xử lý tín hiệu, thiết kế theo phương pháp số được sử dụng ở đây chuyển toàn bộ các thiết kế phần cứng đó thành các thuật toán phần mềm để mô phỏng các chức năng tương ứng trong mỗi khối trước đây. Như thuật toán lọc có tác dụng lọc tín hiệu giống như khi sử dụng một bộ lọc tương tự truyền thống, điểm khác biệt duy nhất trong hai phương pháp đó là cách biểu diễn tín hiệu thay vì tương tự ( analog ) thì nay là rời rạc (discrete, digital). Nhưng điều đó không làm thay đổi bản chất của phép biến đổi lên tín hiệu vì ta hoàn toàn có thể nhận được tín hiệu liên tục mong muốn nhờ phép biến đổi Shannon. Bên cạnh đó, người ta còn dựa vào độ dài của đáp ứng xung để phân ra 2 loại: Hệ đáp
ứng xung với độ dài hữu hạn: FIR system (Finite Impulse Response system), gọi tắt là
hệ co đáp ứng xung hữu hạn, và Hệ có đáp ứng xung với độ dài vô hạn: IIR ( Infinite
Bộ lọc FIR :
Quan hệ giữa chuỗi đầu vào số của bộ lọc FIR x(n) và chuỗi đầu ra số y(n) có thể được viết như sau :
(3.1)
Trong đó bi là các hệ số của bộ lọc và n là số các hệ số đó. Các hệ số của bộ lọc bi cung cấp đặc trưng của bộ lọc thông qua các chuỗi vào x(n) được chuyển qua để tạo chuỗi ra mong muốn y(n). Theo định nghĩa và thiết kế, chuỗi ra y(n) của bộ lọc FIR (cũng được biết như là một bộ lọc không hồi quy) là một hàm chỉ của các đầu vào hiện hành và quá khứ của nó.
Hàm truyền biến đổi z tương ứng với phương trình (3.1) có thể được biểu diễn như sau : H(z)= Y z X z b zi i i N ( ) ( ) 0 1 = h(i z i i N ) 0 1 (3.2)
Trong đó h(i), đáp ứng xung của bộ lọc FIR, được tạo thành từ bi, các hệ số của bộ lọc FIR.
Để xác định đáp ứng tần số của bộ lọc FIR, biến số của phép biến đổi Z (z) được đánh giá trên đường tròn đơn vị như sau :
z = ej2f
(3.3)
Trong đó f = tần số chuẩn hoá, nghĩa là tần số thực được chia cho tần số lấy mẫu.
Bằng cách thay thế phương trình (3.3) vào phương trình (3.2) đáp ứng tần số của bộ lọc FIR có thể được viết như sau :
H(ej2f) = 1 0 2 N i fi j e ) i ( h