Nghiên cứu và đánh giá các phương pháp tối ưu cho bài toán điện tâm đồ

Nghiên cứu và đánh giá các phương pháp tối
ưu cho bài toán điện tâm đồ

Nguyễn Thị Thanh Vân

Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hệ thống thông tin; Mã số: 60 48 05
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế Lộc
Năm bảo vệ: 2011

Abstract: Giới thiệu bài toán đảo điện tâm đồ, những bước tiến trong nghiên cứu bài
toán và mô hình toán học của bài toán đảo điện tâm đồ. Nghiên cứu các cách tiếp cận
để giải bài toán: Cách tiếp cận chung để giải bài toán; Bài toán thuận điện tâm đồ; Bài
toán đảo điện tâm đồ. Đánh giá các phương pháp tối ưu cho bài toán điện tâm đồ.

Keywords: Công nghệ thông tin; Phương pháp tối ưu; Điện tâm đồ; Xử lý dữ liệu

Content
Cho đến nay việc tính toán nguồn năng lượng điện trong tim từ các điện thế trên bề
mặt cơ thể người là một bài toán về điện tâm đồ chưa được nghiên cứu nhiều, hơn nữa cũng
khó có thể đưa ra được một phương pháp chính xác cho bài toán này. Để giải quyết bài toán
đảo điện tâm đồ, người ta sử dụng việc phân tích số với một mô hình nguồn năng lượng đặc
biệt. Tiếp theo, các giải pháp của bài toán đảo điện tâm đồ được tiếp cận bởi việc sử dụng một
kỹ thuật lặp, tìm kiếm tối ưu toàn cục. Trong luận văn này, đưa ra so sánh sự thực thi của ba
thuật toán tối ưu đã được sử dụng rộng rãi cho bài toán đảo điện tâm đồ đó là thuật toán di
truyền, thuật toán mô phỏng luyện kim và phương pháp downhill simplex. Các kết quả mô
phỏng trên máy tính thể hiện rằng thuật toán di truyền là cách tiếp cận hiệu quả nhất trong
việc định vị nguồn lưỡng cực.
Nội dung luận văn được chia làm 4 chương, bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu bài toán đảo điện tâm đồ
Chương 2: Cách tiếp cận để giải bài toán

Chương 3: Đánh giá các phương pháp tối ưu trong giải bài toán điện tâm đồ
GIỚI THIỆU BÀI TOÁN
Cho đến nay việc tính toán nguồn năng lượng điện trong tim từ các điện thế trên bề
mặt cơ thể người là một bài toán về điện tâm đồ chưa được nghiên cứu nhiều, hơn nữa cũng
khó có thể đưa ra được một phương pháp chính xác cho bài toán này. Để giải quyết bài toán
đảo điện tâm đồ, người ta sử dụng việc phân tích số với một mô hình nguồn năng lượng đặc
biệt. Tiếp theo, các giải pháp của bài toán đảo điện tâm đồ được tiếp cận bởi việc sử dụng một

2
kỹ thuật lặp, tìm kiếm tối ưu toàn cục. Trong luận văn này, đưa ra so sánh sự thực thi của ba
thuật toán tối ưu đã được sử dụng rộng rãi cho bài toán đảo điện tâm đồ đó là thuật toán di
truyền, thuật toán mô phỏng luyện kim và phương pháp downhill simplex.
NỘI DUNG LUẬN VĂN
- Giới thiệu về bài toán điện tâm đồ, sự cần thiết nghiên cứu và ý nghĩa của việc
giải bài toán điện tâm đồ.
- Luận văn đã trình bày mô hình toán học của bài toán cần đặt ra.
- Đưa ra các phương pháp tiếp cận để giải bài toán và trong luận văn này tôi đã lựa
chọn phương pháp mô hình hóa để giải bài toán bằng việc mô hình hóa nguồn điện trong tim
và mô hình hóa vật dẫn điện.
- Nêu ra bài toán thuận, bài toán đảo điện tâm đồ và lời giải đối với bài toán đảo điện
tâm đồ.
- Trong quá trình giải quyết bài toán đảo điện tâm đồ, tôi sẽ giới thiệu ba phương pháp
tối ưu đó là:
+ Thuật toán di truyền
+ Thuật toán mô phỏng luyện kim
+ Phương pháp downhill simplex
Sau đó tôi so sánh sự thực thi của 3 thuật toán tối ưu đã được sử dụng để giải quyết bài
toán đảo điện tâm đồ. Các kết quả mô phỏng trên máy tính thể hiện rằng thuật toán di truyền
cục bộ là cách tiếp cận hiệu quả nhất trong việc định vị nguồn lưỡng cực.
KẾT LUẬN

- Kết quả thu được
Trong luận văn này, tôi đã trình bày bài toán điện tâm đồ. Lời giải cho bài toán đảo
điện tâm đồ thu được bằng việc kết hợp sử dụng phân tích số bằng phương pháp phần tử hữu
hạn với mô hình hóa nguồn điện và các phương pháp tối ưu toàn cục. Ở đây nguồn điện được
xem như là một lưỡng cực đơn với các tham số như: vị trí, độ lớn, góc quay còn vật dẫn là
hữu hạn và không đồng nhất. Để xác định nghiệm bài toán, tôi trình bày phương pháp phần tử
hữu hạn để rời rạc hóa miền nghiệm bằng cách tạo lưới các phần tử cơ bản cho miền nghiệm
theo thuật toán tam giác Delaunay từ mô hình thu được. Sau đó tôi so sánh sự thực thi của 3
thuật toán tối ưu đã được sử dụng rộng rãi cho bài toán đảo điện tâm đồ đó là thuật toán di
truyền, thuật toán mô phỏng luyện kim và phương pháp downhill simplex. Các kết quả mô
phỏng trên máy tính thể hiện rằng thuật toán di truyền cục bộ là cách tiếp cận hiệu quả nhất
trong việc định vị nguồn lưỡng cực.

3
- Hướng nghiên cứu tiếp theo
Hiện tại bài toán đảo điện tâm đồ vẫn chưa được áp dụng vào thực tế và vẫn chưa
được nghiên cứu nhiều. Trong khuôn khổ luận văn này vẫn còn những hạn chế nhất định, vì
vậy, các hướng nghiên cứu tiếp theo cho luận văn này của tôicó thể thực hiện đó là:
 Hiện tại, trong luận văn này tôi sử dụng mô hình vật dẫn là 2 chiều, tuy nhiên
để thực tế bài toán thì ta có thể xây dựng mô hình vật dẫn là cơ thể người theo mô hình 3
chiều.
 Cải tiến phương pháp để thời gian thực hiện giải bài toán nhanh hơn đáp ứng
được yêu cầu thực tế cho bài toán.

References
Tiếng Việt
1. Đinh Mạnh Tường, Giáo trình trí tuệ nhân tạo, Khoa Công nghệ thông
tin, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
2. Nguyễn Thị Thanh Vân, Phạm Thị Mai Bảo, Đặng Thành Trung,
Nguyễn Thế Lộc, Said Elnaffar (2010), Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn với

phương pháp tìm kiếm tối ưu toàn cục cho bài toán đảo điện tâm đồ, Tạp chí khoa
học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, tập 55, Số 3.
3. Nguyễn Minh Nam, Nguyễn Vĩnh Nam, Hoàng Kiếm (2009), Giải
thuật song song xây dựng lưới tam giác Delaunay, Các công trình nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng CNTT-TT, Tập V-1, Số 1.

Tiếng Anh
4. Guibas L., Knuth D., Sharir M.(1992), Randomized
incrementalconstruction of Delaunay and Voronoi diagrams, Algorithmica, no. 7,
pp. 381-413.
5. D. T. Trung, P. T. Minh (2008), “An Analysis of The Single Moving
Dipole Source for Electrocardiography Inverse Problem”, IEEE International
Conference on Research, Innovation and Vision for the Future in Computing and
Communications Technologies, Ho Chi Minh City, Vietnam.
6. Pham Thi Mai Bao, Dang Thanh Trung, Nguyen The Loc, Said
Elnaffar (2009), ““ECG Dipole Source Localizationby Genetic Algorithm”, Kỷ yếu
hội nghị quốc tế lần thứ 4 về Tri thức, thông tin và các hệ hỗ trợ sáng tạo, Seoul, Hàn
Quốc.
7. Jaakko Malmivuo and Robert Plonsey (1995),Bioelectromagnetism,
Oxfoxd University Press.
8. Robert S. MacLeod and Dana H. Brooks January-February, “Recent
Progress in Inverse Problem in Electrocardiology”, IEEE Engineering in Medicine and
Biology, 1998.

4
9. Y. Chang, P. Coddington and K. Hutchens (1999), The NPAC/OLDA
visible human viewer Computer Science Department (Adelaide
University,Adelaide,Australia),

10. G. P. Nikishkov (2004),Introduction to Finite Element Method, Lecture

Notes University of Aizu.
11. Di Stefano, M. Marchinonni, S.Mattoccia, G.Neri (2004), “A fast
Area-Based Stereo MatchingAlgorithm”, Image and Vision Computing, Vol 22, pp
983-1005.
12. S. Kirkpatrick, C. D. J. Gelatt, and M. P.Vecchi (1983),
“Optimization by simulatedannealing” Science, vol. 220, pp.671-680.