RUÙT TRÍCH CAÙC THOÂNG SOÁ ÑAËC TRÖNG VAØ HEÄ SUY DIEÃN DÖÏA TREÂN TAÄP LUAÄT MÔØ
4.1. CAÙC THOÂNG SOÁ COÙ GIAÙ TRÒ TRONG CHAÅN ÑOAÙN ECG Caùc thoâng soá coù giaù trò trong chaån ñoaùn ECG thöôøng ñöôïc söû duïng laø :
Các thông số có giá trị trong chẩn đoán ECG thường được sử dụng là : 4.1.1 Tần số của tim : Số nhịp tim trong một phút
Rate = (Thời điểm phát hiện R cuối – Thời điểm phát hiện R đầu tiên)/(số sóngR phát hiện được –1)
4.1.2 Các thời khoảng :
RR : thời khoảng trung bình giữa các sóng R liên tiếp
PQ : đoạn PQ, tức là thời gian từ đầu sóng P đến đầu phức hợp QRS QRS : thời gian của phức hợp QRS, thường gọi là bề rộng của phức hợp QRS
QT : Thời gian từ điểm khởi đầu phức hợp QRS (khởi đầu sự khử cực thất) đến điểm kết thúc cùa sóng T( kết thúc pha tái cực )
QTC : Thời khoảng QTC chuẩn hoá. Vì thời khoảng QT phụ thuộc rất nhiều vào tần số của tim, người ta biến đổi QT thành QTC chuẩn hoá theo công thức xấp xỉ
QTC = QT*sqrt(1000/RR)
Thời khoảng QTC bình thường trung bình 390 40 ms 4.1.3 Trục điện :
Các trục điện dược xác định riêng theo từng sóng P,T và QRS. Trục điện cho biết hướng lan truyền chính của vector điện trong mặt phẳng trán. Có thể tính dựa vào tín hiệu ECG ở chuyển đạo I và chuyển đạo aVF theo công thức
Trục = arctan ( max(aVF)/max(I) ) 4.1.4 Các biên độ
P : biên độ sóng P Q : biên độ sóng Q Qd : thời gian sóng Q R : biên độ sóng R Rd : thời gian sóng R S : biên độ sóng S Sd : thời gian sóng S
R' : biên độ sóng R' (nếu có) R'd : biên độ sóng R'
S' : biên độ sóng S' S'd : thời gian sóng S' J : biên độ điểm J
ST : chênh lên/chênh xuống (mV) T : biên độ sóng T
T' : biên độ sóng T' ( nếu sóng T có hai pha) Quan hệ giữa các chuyển đạo chi :
Khi sử dụng điện tâm đồ 12 chuyển đạo chuẩn, trong các chuyển đạo chi , nếu biết 2 chuyển chi có thể tính 4 chuyển đạo chi còn lại. Có 30 tổ hợp 2 chuyển đạo chi có thể. Việc tính toán này dựa trên định luật Einthoven's và quan hệ giữa các chuyển đạo "a" (aVR, aVL, aVF) . Như vậy, nếu kết quả ghi ở chuyển đạo chi nào đó có tỉ số nhiễu/tín hiệu lớn, ta có thể tính lại tín hiệu ở chuyển đạo này thay vì sử dụng kết qủa ghi trực tiếp. Hoặc trong trường hợp thay vì phải đo đồng thời 6 chuyển đạo chi, ta có thể chỉ đo 2 chuyển đạo (và do đó có thể đo với tần số lấy mẫu lớn hơn ) và suy ra các chuyển đạo còn lại
I + III= II
aVR + aVL + aVF = 0 aVR = -1/2*( I + II ) aVL = I - (1/2 *II) aVF = (1/2*I)
Nếu biết chuyển đạo I và II : III = II-I
aVR = -1/2 *(I + II) aVL = I - (1/2 * II ) aVF = II - (1/2 * I )
Nếu biết chuyển đạo I và III : II = I+ III
aVR = -1/2 * ( 2*I + III) aVL =1/2*( I-III)
aVF = III + (1/2* I )
Nếu biết chuyển đạo II và III I = II - III
aVR = 1/2* ( III - 2*II ) aVL = 1/2 * (II - 2*III ) aVF =1/2* ( II + III)
Nếu biết chuyển đạo aVF và aVL : I = 2/3*( 2*aVL + aVF)
III = 2/3*(aVF - aVL) aVR = -aVF -aVL
Nếu biết chuyển đạo aVF và aVR : I = -2/3*( 2*aVR + aVF)
II = 2/3*(aVF-aVR) III = 2/3*(2*aVF + aVR) aVL = -aVR -aVF
Nếu biết chuyển đạo aVL và aVR I = -2/3*(aVR -aVL)
II = -2/3*(2*aVR + aVL) III = -2/3*(aVR + 2*aVL ) aVF = -aVL –aVR
4.1.5 Xác định trục điện tim
Trục điện của phức hợp QRS theo mặt phẳng trán có thể được xác định nhờ vào các chuyển đạo chi (I,II,III,aVF,aVL và aVR). Sự thay đổi trục điện trong mặt phẳng trán gọi là sự lệch trục, là một trong các thông số quan trọng của việc chẩn đoán
Bảng tham khảo góc trục giúp xác định trục điện của phức hợp QRS một cách nhanh chóng
I II III AVL AVF AVR Góc trục (độ)
- - + - 0 + -180o - - + - - + -151 đến -179 - - 0 - - + -150 - - - + -121 đến -149 - - - 0 - + -120 - - - + - + -91 đến -119 0 - - + - + -90 + - - + - + -61 đến -89 + - - + - 0 -60 + - - + - 0 -31 đến -59 + 0 - + - - -30 + + - + - - -1 đến -29 + + - + 0 - 0 + + - + + - 1 đến 29 + + 0 + + - +30 + + + + + - +31 đến +59
+ + + 0 + - +60 + + + - + - +61 đến +89 0 + + - + - +90 - + + - + - +91 đến +119 - + + - + - +120 - + + - + + +121 đến +149 - 0 + - + + +150 - - + - + + +151 đến +179 - - + - 0 + +180 Trong đó :
- : Phức hợp chủ yếu âm
0 : Đẳng điện =âm và dương cân bằng = trục cần xác định vuông góc với chuyển đạo này
+ : Phức hợp chủ yếu dương Đánh giá góc trục điện :
Trục ( độ) Đánh giá
-30 đến +90 Bình thường
+90 đến +180 Lệch phải -30 đến -90 Lệch trái -90 đến -180 Trục dị thường Giải thuật :
Bước 1 : Sử dụng chuyển đạo I và aVF để xác định phần tư góc (0 đến +90o,90 đến +180, 0 đến -90, -90 đến -180)
Bước 2 :
Nếu thuộc phần tư dưới, trái (0 đến +90) : dò theo III và aVL Nếu thuộc phần tư dưới, phải (+90 đến +180) : dò theo II và aVR Nếu thuộc phần tư trên, trái (0 đến -90) : dò theo II và aVR
Nếu thuộc phần tư trên, phải (-90 đến -180 hay +180 đến +270) : dò theo III và aVL
Trục điện QRS theo mặt phẳng ngang
Trục điện của phức hợp QRS theo mặt phẳng ngang được xác định bằng các chuyển đạo trước tim (V1 đến V6).Sự thay đổi trục điện theo mặt phẳng ngang gọi là quay trục
Bình thường V3 và V4 là đẳng điện, với V1 và V2 âm, V5 và V6 dương.
Nếu quay về phía trái trong mặt phẳng ngang, điểm đẳng điện có thể nhìn thấy trong V5 hay V6, với V3 và V4 chủ yếu âm
Nếu quay về phía phải trong mặt phẳng ngang, điểm đẳng điện có thể nhìn thấy trong V1 hay V2, với V3 và V4 chủ yếu dương
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 sử dụng đến các qui tắc ngưỡng về giá trị :
- Góc giữa cánh phải của peak i và cánh trái của peak i+1 phải nhỏ hơn 2 Góc của mỗi peak phải nhỏ hơn 5
- Năng lượng của một peak ít nhất phải lớn hơn 1
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 3 và 4
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.
4.1.7 Phân loại phức hợp QRS
Bằng cách sử dụng các giải thuật phát hiện sóng R, người ta ghi nhận được chuỗi thời điểm R-R. Chuỗi thời điểm R-R cho biết nhịp nhanh, chậm hay trung bình và đều hay không đều. Tuy nhiên căn cứ vào hình dáng của phức hợp QRS người ta có thể xác định được thương tổn ở tim. Chẳng hạn một phức hợp QRS có sóng Q sâu hơn 1/3 sóng R cho biết một nhồi máu cơ tim, hoặc một phức hợp QRS rộng cho biết dầy thất,…. Do đó cần phân loại phức hợp QRS theo hình dạng của nó : bình thường, bất thường, kỳ lạ,…. Có nhiều phương pháp để phân loại. Sau đây là phương pháp phân loại bằng hàm xấp xỉ Chebychev.
Sử dụng các giá trị tín hiệu trước đỉnh R 60milisec và sau đỉnh R 180 milisec vào xấp xỉ Chebysev bậc 5, thu được các hệ số c1, c2, c3, c4, c5. Phân bố các hệ số c2 theo c1 và phân bố c5 theo c1 của các trường hợp phức hợp QRS bình thường và QRS thất được cho thấy rất dễ dàng phân biệt. Trong đó, các kí hiệu tròn là điểm tương ứng với phức hợp QRS bình thường và các kí hiệu * là điểm tương ứng với phức hợp thất (hình vẽ)
Sau đó khoảng cách Euclide được tính.
So sánh dnormal và dventricular để xác định loại của phức hợp QRS So sánh với các phương pháp khác :
-Một số phương pháp khác đo bề rộng của QRS để phân loại. Trong trường hợp này cần định vị chính xác điểm khởi đầu của phức hợp (tức là khởi đầu của sóng Q) và kết thúc của phức hợp (tức là kết thúc của sóng S hay điểm J). Trong nhiều trường hợp rất khó xác định các điểm này.
-Sử dụng vài đặc trưng trong phức hợp QRS như diện tích, giá trị min, max, hệ số tương quan với phức hợp QRS bình thường. Phương pháp này cũng gặp khó khăn giống như phương pháp đo bề rộng của QRS.
-Dùng mạng neuron với input là giá trị trung bình với trong các khoảng thời gian đều đặn.