B GIÁO DO
I HC BÁCH KHOA HÀ NI

CH C HOÀNG
 LUN ÁN TI
Hà Ni - 2014

I 
u ca riêng tôi. Các s liu và kt
qu trong lun án là trung th   c ai khác công b trong bt k
công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm
2014
ng dn Nghiên cu sinh
GS.TS. Nguyc Thun Ch c Hoàng II
Hà nội, ngày 24 tháng 10 năm 2014
Tác gi
III

Ch c Hoàng

L i
MC LC iii
MT S KÝ HIU VÀ CH VIT TT vii
MC LC HÌNH NH ix
MC LC BNG BIU xi
1. Gii thiu 1
2. Lý do ch tài lun án 3
u 3
ng nghiên cu: 3
u: 4
4. Tình hình nghiên cc và trên th gii 4
c: 4
Trên th gii: 5
5. Mc tiêu và nhim v ca lun án 6
Mc tiêu: 7
Nhim v: 7
6. Cu trúc lun án 10
c và thc tin ca lun án 12
8. Các kt qu mi d kin s c 13
  NG QUAN V PHÂN TÍCH VÀ X LÝ TÍN HI N TIM
LON NHP 15

2.3.2 Hn ch: 64
2.4 B  d lii d 65
KT LU 69
N GII THUT PHÂN TÁCH PHC HP QRS VÀ KH
NG TÍN HI 71
t v 71
3.1 Phát trin module t ng phân tích và chu gii thut ca
Pan, Hamilton và Tompkins. 72
3.1.1 Mô hình ci ti ng phân tích và chu
t gii thut ca Pan, Hamilton và Tompkins. 73
 xut xây dng gii thut phân tích kh ng tín hi
tr (Multi Detrended Fluctuation Analysis - MDFA). 80
3.2.1 Hn ch c xut và các phép bii
DFA hin ti 80
3.2.2 Mô hình thc hin gii thut MDFA 80
V

3.3.3 Quy trình thc hin MDFA 85
KT LUN  3 87
T QU BII VÀ PHÂN TÍCH TÍN HIN TIM LON
NHP BNG CI THIN PHÂN TÁCH PHC HP QRS VÀ BII MDFA 89
t v 89
4.1 D liu mu phân tích 90
4.2 Kt qu phân tách phc hp QRS. 90
4.3 Các kt qu  xut ci thi ng
tín hing (MDFA) 95
4.3.1 Các thông s phân tích tín hiu tim lon nhp trong min phi tuyn 95
4.3.2 Kt qu phân tích bii MDFA theo các khong thi gian 20 phút 96
4.3.3 Phân tích bii MDFA theo các nhóm 1000 nhp RR 101
4.3.4 Phân tích bii MDFA theo các nhóm 1000 nhp RR cho nhóm bnh nhân

5.4.1 H thu vào 121
5.4.2 Thu nhn và tng hp d lin tim 122
5.4.3 Module x lý MDFA trung tâm 123
5.4.4 Các h thng qun lý thông tin bnh vin (HIS/PACS/RIS/LIS ) cùng vi H
thng thit b và thông tin bnh vin 127
5.5 Tric t mô hình thu nhn, chu
d lin tim lon nhp di Vit Nam. 128
u qu ca mô hình MDFA ca tác gi xây dng so vi các phn
mm x lý tín hin tim Holter. 129
5.5.2 Mt s tu chnh c xut 131
KT LUN  133
KT LUN VÀ  XUT 135
TÀI LIU THAM KHO 140
VII



STT
Thut ng
Din gii
D
1
ANS
Autonomic Nervous System
H thng thn thc vt
2
APC

Bii Fourier nhanh
9
HF
High Frequency
Tn s cao
10
HRV
Heart Rate Variability
Lon nhp tim
11
LF
Low Frequency
Tn s thp
12
NHLBI
National Heart, Lung, and
Blood Institute
Vin nghiên cu quc gia
M v Máu, Tim, Phi
13
PSD
Power Spectrum Density
M ph ng
14
REC
Recurrence Rate
T phát sinh li
15
RMSD
Root Mean Square Deviation

Very Low Frequence
Tn s rt thp
22
VPC
Ventricular Premature
Contractions
Các t sm ti
tâm tht
23
QRS
QRS
Phc hp QRS
24
RR
RR
Khong thi gian gia 2
nh R liên tip
25
SS
SS
Khong thi gian gia 2
nh S liên tip
26
QQ
QQ
Khong thi gian gia 2
nh RQ liên tip

BedmasterEX hiện đang được sử dụng tại bệnh viện One Children's Place, St. Louis, MO,
63110 53
Hình 2.4: Các cơn co thắt sớm tại tâm thất 55
Hình 2.5: Các cơn co thắt sớm tại tâm nhĩ 55
Hình 2.6: Phân bố bệnh nhân theo độ tuổi, với tỉ trọng bệnh nhân nhi tuổi <1 và tỉ trọng
bệnh nhân trong độ tuổi 20 đến 50 chiếm tối đa 57
X

Hình 2.7: Mô hình thu nhận dữ liệu điện tim từ hệ thống BedmasterEX tại bệnh viện One
Children's Place, St. Louis, MO, 63110. 58
Hình 2.8 Các chỉ số sống của cơ thể bệnh nhân hiển thị qua phần mềm theo dõi trung tâm
BedmasterEX 59
Hình 2.9: Cấu trúc của khung dữ liệu của hệ thống BedmasterEX bao gồm các thông tin về
bệnh nhân và dữ liệu các kênh theo thời gian thực 60
Hình 2.10: Lựa chọn tín hiệu điện tim CAST 61
Hình 2.11: Dữ liệu sóng điện tim trích xuất được từ bộ nhớ của thiết bị ghi điện tim Holter
tại các bệnh viện ở Việt Nam 66
Hình 2.12: Dữ liệu sóng điện tim trích xuất được từ bộ nhớ của hệ thống BedmasterEX tại
bệnh viện One Children's Place, St. Louis, MO, 63110 và tại Phòng nghiên cứu
Washington University School of Medicine Heart Rate Variability Laboratory. 67
Hình 2.13: Đề xuất phân tích biến đổi và đồng nhất dữ liệu điện tim loạn nhịp của cả ba
hệ thống Holter , BedmasterEX và bộ cơ sở dữ liệu CAST. 68
Hình 2.14: Cấu trúc không gian lưu trữ dữ liệu trên PhysioNet 69

Hình 3.1 : Đề cải thiện quy trình phân tách phức hợp QRS bằng cách tích hợp thêm chức
năng và chuẩn hoá véc tơ RR đầu ra 74
Hình 3.2: Hình dạng các đỉnh tín hiệu Q,R,S của phức hợp QRS sau khi đã được lọc và
bình phương tín hiệu 75
Hình 3.3: Lựa chọn phương pháp xác định ngưỡng tín hiệu các đỉnh Q,R,S trong phức hợp
QRS theo tỉ lệ % của các đỉnh 77

con và máy chủ trung tâm tại các trung tâm tim mạch và phục hồi chức năng 116
Hình 5.2: Mô hình kết hợp các đầu vào trong quá trình thu nhận, số hóa, lưu trữ và quảng
bá tín hiện điện tim 118
Hình 5.3: Mô hình thu nhận, số hóa, chuẩn hóa và phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp tại
Việt Nam phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về véc tơ RR 120
Hình 5.4: Quy trình thực hiện phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp do tác giả đề xuất cho
Việt Nam 123
Hình 5.5: Quy trình tính toán MDFA 125
Hình 5.6: Giao diện phần mềm MDFA dùng Matlab gui 126

MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Cấu trúc véc tơ RR sau khi phân tác phức hợp QRS có cải tiến phương pháp của
Hamilton – Tompkins trong khoảng 24h theo dõi. 35
Bảng 2.1 Thông số cấu hình của máy đo Holter hiện đang được dùng phổ biến tại các
bệnh viện lớn tại Việt nam 49
Bảng 2.2: Bảng dữ liệu tim Holter trong 23h50p của một bệnh nhi 15 tháng tuổi được ghi
tại Bệnh Viện Tim Hà Nội thông qua thiết bị Holter RZ153 của Mỹ 50
XII

Bảng 2.3: Phân bố các mẫu tín hiệu điện tim loạn nhịp từ các hệ thống Holter ,
BedmasterEX, Cast và HRV lab tại Việt Nam và Mỹ 56
Bảng 2.4: Phân bố bệnh nhân theo giới tính ở quá trình đo tín hiệu điện tim bằng thiết bị
điện tim Holter 57
Bảng 2.5: Thời gian phát hiện bệnh của các bệnh nhân căn cứ theo tiếu sử bệnh nhân và
các xét nghiệm lâm sàng 57
Bảng 2.6: Phân bố tỷ lệ các bệnh nhân theo độ tuổi tại Bệnh viện St. Louis Children’s
Hospital (SLCH), hầu hết trong số đó là các bệnh nhân nhi. 59
Bảng 2.7 Cấu trúc dữ liệu điện tim CAST RR được trích xuất từ hệ thống cơ sở dữ liệu
chuẩn PhysioNet 62
Bảng 2.8: Trích mẫu dữ liệu véc tơ điện tim RR từ hệ thống tiêu chuẩn CAST 63

Quá trình phân tích tín hin tim có th c chính xác khong 90%
các biu hing gp ca bnh tim t n v tình
trng sc kho ca bnh nhân. Lun án ti tp trung nghiên cu phân tích
tín hin tim ca các bc bit là các bnh nhi bng các thut toán
      tín hi  (DFA  Detrended Fluctuation
Analysis) [1, 2] các công c toán hn
khoa h t i thunh trng thái bnh tt ph
bin ca bnh nhân ca Vit N gii.
Trong khot qu nghiên cu v phân tích tín hin tim
lon nhp (HRV - Heart Rate Variability) ca các nhà khoa hc trên toàn th gi
làm sáng t thêm v  sinh lý hc ca tim và các quan h mt thit ca tín hiu
n tim lon nhp vi các bnh lý khác nhau. Các nghiên c ch ra rng HRV
phn ánh ho   u khin bi h thng thn kinh thc vt (ANS-
Autonomic Nervous S 2]. HRV là mt trong các triu
chng ph bin nht ca bnh tim, vì vt nhiu các công trình nghiên cu
v vic phát hin, ch   m c phn cng và phn m phc v
trong công tác nghiên cu [3, 4] chu tr [5].
Tín hiu tim nói chung và tín hiu tim lon nhc phân tích bng
nhic phân chia thành 
Phân tích tín hiu tim lon nhp trong min th tính toán các thông
s n ca tín hip tim trung bình [6], phân b  RR(khong thi
gian ginh tín hin tim cao nht và liên tip ca n tim) và các
  yu da trên các thn v các
a tín hin tim.
Ưu điểm: n, cho kt qu nhanh.
Nhược điểm: Ch th hin các thông s n v s nhp, nhp trung bình,
không hiu qu khi thi gian theo dõi ln.
2

Phân tích tín hiu tim lon nhp trong min tn s cho phép phân tích ph tn s

pháp phân tích x lý các tín hic bc
c th t có th chc sm nht các tín hiu lon nhp tim [20, 21].
3

2. Lý do chọn đề tài luận án
T nhng phân tích  trên cho thy quá trình thu nhn, phân tích, x lý tín
hin tim tc phát tric nht qu
quan trng. Tuy nhiên các nhà khoa hc vp tc nghiên cu ch
sm các triu chng bnh tt ca bnh nhân nh quá trình theo dõi tín hin tim
và các thông s sinh hc trong ththu nhn, phân tích,
x lý d liu tùy thum và tình trng ca bc thù ti các
 y t. Ti Vin khác, mcó
nhng h thng và thit b thu nhn, phân tích tín hin tim ca các hãng ni
ting trên th gimi dng li  m thu nhn, hin th và phân tích các
triu chn hình khi bu hin bnh tt rõ ràng.
Hn ch cPeng C-K  xut là ch có duy nht mt
cp giá tr kt qu   lon nhp tín hin tim trong sut
thi gian theo dõi. Khong thi gian theo dõi có th n 72 gi hoa s
khin cho ch s c ít hiu qu. Tác gi  xut thc hin lun án
này vi m  phát trin gii thut DFA thành gii thut toán P  
khuynh         Multi Detrended Fluctuation
Analysis khc phm c   -
xut vi kh ng lon nhp tim và thm xut
hin lon nhp tim. Bên cnh  tác gi  xut xây dng mô hình, quy trình x lý,
ng d lin tim lon nhp sau khi thu nhn và các yu t liên
quan ti kh ng dng vào thc tiu kin và yêu cu ca
Vi gic bit ln.
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu:
Trong quá trình nghiên cu, tác gi tp trung phát trin các thu tính

Arrhythmia Suppression Trial). H thng này trc thuc mt nghiên cu bu t
NHLBI tài tr d lic tác gi nghiên cu, phân tích
và s dng trong sut thi gian thc hi tài t n 12/2013.
4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới
Trong nƣớc:
Ti Vit nam, nghiên cu v c bit là nghiên cu v phân tích x lý
tín hiu tim mi ch dng li  vic thu nhn tín hing, hin th các
tín hiu này m thông qua các thit b c thit k ti mt s 
i Hc Bách Khoa Hà Ni Hc Quc Gia Hà Ni Hc Quc Gia H
Chí Minh và mt s  tài nghiên c bên ngoài ch trì. Các công
trình nghiên cc s dng trong thc t và hiu qu không cao cho mc
a bnh. V mt thc hành, quá trình nghiên cn tim và các bnh
5

n tim  dng li  mn và cn lâm sàng. V
n các nghiên cu dng li  m nhn xét lâm sàng và quan sát
biu hin bnh nhân thông qua lut s ln y hc nhi lý
tín hin hình mt s loi nghiên cu v 
  tài nghiên cu cp n c KHCN11-15(1999 - 2000): "Nghiên cu
chn lc mt s thành tu khoa hc công ngh ca th gii v 
ng dng thích hp vào Vit Nam (chu tr các bnh tim mch)".
  tài nghiên cu cp nc KC 10- 04(2001- 2004): "Nghiên cu ng
dng k thut tiên tin trong chu tr bnh tim mch".
  tài nghiên cu c  c KC10-29(2005-2007): "ng dng tin b
khoa hc công ngh trong chu tr mt s bnh tim
bng gp".
  tài nghiên cu c  c KC10-06(2007-2010): "Nghiên cu tình
trng tc li, tái hng mch vành sau can thip và các bi hn
ch".
  tài hp tác   d án hp tác phát tri i hc VLIR-HUT

trong thi gian dài và có th x lý theo thi gian thc thông qua h thng phn mm
và thit b tiên ti lý thuyt v lon nhu
khoa trên nhng tin b v thu nhn, phân tích và x lý tín hiu vi
khá nhic khác nhau  [41], lc
s [42], mng nhân to [43c [43, 44], mô hình ca Markov, thit k t
phi tuy  ng t      i thu  xut bi
Tompkins [43, i wavelet [30].
V mt thc hành, quá trình nghiên cu lâm sàng, chu tr c
tin hành t c nhiu thành tu c th thc
hing t u chnh ch  hong
ca tim. Bên ct b to nhc s dng tm thi hoc gn
trc ti b nh quá trình hong ca tim thông qua các
  n vào các th m thích hp  các bung tim. Nhiu trung tâm
nghiên cu v tim trên th gii vng xuyên thc hin các nghiên cu nhm
quy trình nh nhnh và can thip sm
vào bnh nhân v các triu chng ca tim.
5. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
Quá trình thu nhn, x lý, phân tích, chán tín hin tim trong khong
thi gian dài là mt trong nhng quy trình phc tp trên th gii và hin ti vn
i, phát trin. Tác gi n hành thc hin lun án ti
 bnh vin  Vi y t và trung tâm nghiên cu ti M,
ng thi chiu, so sánh vi d liu trong b  d liu CAST. Mc tiêu
và nhim v ca luc th hi
7

Mục tiêu:
M1) Tng hp d lin tim t nhiu ngun khác nhau ti Vit Nam,
M và trên th gii, t ng b  d lin tim lon nhp
vi  khác nhau, phc v quá trình phân tích và nghiên
cu.


      u Washington
University School of Medicine Heart Rate Variability Laboratory;
c. Thu nhn d liu v tín hin tim lon nhp theo chun CAST
ca Vin nghiên cu quc gia M v Máu, Tim, Phi;
d. Tng hp d li n tim lon nhp ti phòng nghiên cu
HRVLAB  dn tim hoc dR.
9

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Phân tích tín hiệu điện tim loạn nhịp theo hướng tự động thu
nhận tín hiệu điện tim của bệnh nhân theo các tiêu chí:
- Dữ liệu thu nhận theo thời gian dài từ 24h đến 72h
- Nguồn dữ liệu thu nhận được từ Việt Nam và Mỹ
- Trích xuất dữ liệu từ cơ sở dữ liệu chuẩn quốc tế
- Tổng hợp dữ liệu từ phòng nghiên cứu HRVLab tại Mỹ
THU NHẬN DỮ LIỆU
Dạng dữ liệu điện tim thông thường
Dạng dữ liệu số sóng điện tim
Dạng dữ liệu số véc tơ RR theo chuẩn quốc tế
PHÂN TÁCH PHỨC HỢP QRS
Phân tích dữ liệu điện tim thu nhận được nhằm xác định được
các đỉnh sóng P,Q,R,S,T,U.
Trích xuất ra các dữ liệu đỉnh sóng R
Trích lọc dữ liệu để tạo thành véc tơ RR
PHÂN TÍCH VÉC TƠ RR DƢỚI MIỀN PHI TUYẾN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỬ KHUYNH HƢỚNG ĐỘNG
TÍN HIỆU ĐỘNG ĐA TRỊ (MDFA)
Thực hiện phân tích véc tơ RR bằng các phương pháp phi
tuyến. Đề xuất xây dựng và cải thiện phép biến đổi DFA thành

N3) Nghiên cu ln tim lon
nhp trên các bin thi gian, tn s và phi tuy     
m ca mi vi vic phân tích tín hin tim
10

lon nhc bit là tín hin tim lon nhp trong thi gian dài và chn
m các triu chng bnh cho bnh nhân. T  xut ci thin
gii thut phân tách phc hp QRS trong tín hi t 
c phc hp QRS và xây da tín hiu tim lon nhp.
Phân loi các giá tr các nh và gii hn trong khong
n 1500ms cho mi nhp.
N4) Ci thin gii thut phân tích tín hi n tim b  
DFA thành MDFA. Thc hin theo dõi, phát hi    n
tng bng ca bnh nhân trong thn 72 gi theo
m lon nhp tim và thm xy ra lon nh
chm các hing bng ca bnh nhân thông qua các
giá tr i vp RR.
N5) t qu i vi d liu t Vit nam, t M và
t  d liu chu t  xut v mô hình phân tích
x lý tín hin tim lon nhp ti Ving hoàn toàn t
ng các yêu cn chun hóa ca th gii và phù hp vc thù
theo dõi tín hiu trong thi vi bnh nhân Vit Nam.
6. Cấu trúc luận án
Luc trình bày gm phn m u, phn kt lun và kin ngh, tài liu
tham kho, phn ph lc và 5 i dung. Kin thc nn tc trình bày
trong Ct phn ca C. Các n xut và thc
hin trong C 2, C 3 ca lun án. Các kt qu c th hin trong
Ci Vic th hin trong C
M u: n m u, ni dung chính ca phn này trình bày nhng khái
nim tng quát nhn ni dung nghiên cu ca lun án, lý do ch

phc hn tim ca các tác gi Pan, Hamilton và Tompskin. T 
 xut phát trin module t ng phân tích và chun hoá các  RR, QQ, SS t
gii thut c  phân tích bii d
lin tim thành dng phc hp QRS và  RR, phc v cho các quá
 p theo. Bên c tp trung trình
bày v gii thuc ci tin t gii thut DFA do Peng C- xut
nhm phân tích tín hin tim theo các nhóm thi gian 20 phút hoc nhóm 1000
nhp/mu. Gii thuc s d tính toán các vn
trong m c t l phát hin tín hiu lon nhp tim và
thm xy ra lon nhp tim so va Peng C-K 
mt s ci tin bii DFA khác.
 Tác gi tp trung trình bày các kt qu i v
2400 mu d liu thu nhc trong C s dng gii thut phân
tách phc hc ci tin t gii thut ca Pan, Halmiton và Tompkins
i tin gm thc hin chun hóa d lic v dng
chun  RR. D liu t  c tác gi phân tích tính toán bng
gii thut MDFA ci tin nht và c th v m lon
nhp tim, thm hoc v trí xy ra lon nhp tim trong sut thi gian theo dõi dài
n 24 gi. Kt qu a tác gi ch c c
th m và t lon nhp tng phn và thm xy ra lon nhp cc b i vi
tt qu c biu din trc quan bng c bng s liu (chính

Trích đoạn Một số tuỳ chỉnh của mô hình đề xuất

---