Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Kỹ thuật: Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẶNG HỒNG QUÂN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM
CHẨN ĐỐN TỰ ĐỘNG BỆNH MẠCH VÀNH QUA
TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

HÀ NỘI – 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẶNG HỒNG QUÂN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM
CHẨN ĐỐN TỰ ĐỘNG BỆNH MẠCH VÀNH QUA
TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
Mã số: 8520114.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS PHẠM MẠNH THẮNG

HÀ NỘI – 2020


Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn đốn tự động bệnh mạch
vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức
Đặng Hồng Qn
Khóa K23, ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử

Tóm tắt luận văn:
Trong thời đại càng phát triển thì số người mắc các bệnh về tim được dự báo đang ở mức
đáng báo động trong số đó có bệnh động mạch vành. Để chẩn đốn bệnh bệnh mạch vành
thông thường các bác sĩ thường sử dụng phương pháp đọc điện tâm đồ. Q trình chẩn đốn
và chữa trị cũng gặp khơng ít những khó khăn địi hỏi bác sĩ phải có chun mơn cao và có
nhiều kinh nghiệm. Trong khi số lượng bệnh nhân ngày càng gia tăng thì các bác sĩ trong
chẩn đốn bệnh tim mạch vẫn chưa đáp ứng đủ chuyên môn trong chẩn đoán các bệnh tim
mạch và đặc biệt là bệnh động mạch vành đồng thời khả năng bỏ sót các điểm bất thường cao.
Trên cơ sở đó, luận văn “Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm tự động chẩn đốn
bệnh mạch vành dựa trên tín hiệu điện tâm đồ gắng sức” được thực hiện dựa trên lý thuyết về
điện tim, cách đọc điện tâm đồ kết hợp với phân tích xử lý tín hiệu số. Luận văn sẽ trình bày
về tình hình bệnh tim mạch hiện nay, giới thiệu về tim người, điện tim, cách đọc điện tâm đồ.
Tiếp đó trình bày chi tiết về bệnh mạch vành, ngun nhân, các biểu hiện lâm sàng, cách chẩn
đoán và chữa trị, dấu hiện nhận biết bệnh trên các sóng điện tim theo từng giai đoạn của bệnh
(thiếu máu, tổn thương, hoại tử). Trên cơ sở đó, xây dựng và triển khai các thuật tốn phát
hiện đỉnh của tín hiệu dựa trên sự thay đổi của các sóng điện tim qua phương pháp lọc số để
tối ưu việc tìm các đỉnh. Từ các đỉnh sóng tìm được và dựa vào tiêu chuẩn Minnesota, bệnh
mạch vành được chẩn đoán một cách tự động. Luận văn trình bày chi tiết về lưu đồ thuật tốn,
chương trình thực hiện thuật tốn, xây dựng phần mềm và kết quả đã đạt được.

Từ khóa: ECG, Chẩn đoán bệnh, Bệnh mạch vành, Coronary artery disease.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm chẩn
đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức” do tôi tự thực hiện
dựa trên cơ sở lý thuyết và kiến thức thực tế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm
Mạnh Thắng
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, khách quan, đáng
tin cậy và không trùng với bất cứ nghiên cứu đã được tiến hành nào khác. Các thông
tin tham khảo trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng. Tơi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn
về lời cam đoan này.

Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2020
Học viên

Đặng Hồng Quân


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới PGS.TS Phạm Mạnh Thắng, người
thầy đã đề ra phương hướng, hết lịng chỉ bảo, tận tình hướng dẫn và dìu dắt em trong
suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban Giám Hiệu, ban Chủ Nhiệm
Khoa cùng các thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử - Khoa Cơ học kỹ
thuật và Tự động hóa - Trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN đã giúp đỡ, truyền đạt
kiến thức và tạo điều khiện thuận lợi cho em hồn thành tốt khố luận này.
Mặc dù em đã cố gắng, nỗ lực hết mình, tuy nhiên khả năng bản thân, kiến thức
và thời gian còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những khiếm khuyết. Em rất
mong nhận được góp ý chân tình của q thầy cơ và các bạn để em tiếp thu và hiểu

biết sâu sắc hơn nữa đối với vấn đề được nêu ra trong luận văn.

Em chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2020
Học viên

Đặng Hồng Quân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. ĐIỆN TÂM ĐỒ VÀ MỘT SỐ BỆNH TIM MẠCH ................................ 3
1.1. Tim .......................................................................................................................3
1.1.1. Cấu tạo của tim ............................................................................................ 3
1.1.2. Cơ chế hoạt động của tim ............................................................................ 4
1.2. Điện tâm đồ .........................................................................................................4
1.2.1. Quá trình điện học của tim ......................................................................... 4
1.2.2. Sự hình thành điện tâm đồ .......................................................................... 5
1.2.3. Khái niệm điện tâm đồ ................................................................................. 6
1.2.4. Các chuyển đạo trên ECG ........................................................................... 7
1.2.5. Quá trình hình thành các sóng trên ECG ................................................ 10
1.3. Một số bệnh về tim ...........................................................................................11
Chƣơng 2. BỆNH ĐỘNG MẠCH VÀNH ................................................................. 13
2.1. Bệnh động mạch vành ......................................................................................13
2.1.1. Khái niệm bệnh động mạch vành ............................................................. 13
2.1.1. Tình hình bệnh động mạch vành .............................................................. 14
2.1.2. Nguyên nhân bệnh mạch vành ................................................................. 16
2.1.3. Biểu hiện lâm sàng của bệnh .................................................................... 17
2.1.4. Các dạng bệnh lý của bệnh mạch vành .................................................... 17

2.1.5. Cách chẩn đoán và chữa trị ...................................................................... 19
2.2. Dấu hiệu nhận biết bệnh mạch vành trong điện tâm đồ ..............................23
2.2.1. Thiếu máu (Ischemia) ............................................................................... 23
2.2.2. Tổn thương (Injury) .................................................................................. 23
2.2.3. Hoại tử (necrosis) ...................................................................................... 24
2.3. Các tiêu chuẩn chuẩn đốn bệnh mạch vành ................................................25
2.3.1. Sóng Q ........................................................................................................ 25
2.3.2. Đoạn ST...................................................................................................... 27


2.3.3. Sóng T ........................................................................................................ 28
Chƣơng 3. THUẬT TỐN CHUẨN ĐỐN BỆNH MẠCH VÀNH DỰA TRÊN
TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC .................................................................. 30
3.1. Lƣu đồ thuật toán của phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ..................30
3.1.1. Thuật toán tổng quát của phần mềm ........................................................ 30
3.1.2. Xử lý tín hiệu đầu vào................................................................................ 30
3.1.3. Tìm đường trung bình của điện tâm đồ .................................................... 33
3.1.4. Thuật tốn tìm đỉnh R và S ....................................................................... 34
3.1.5. Thuật tốn tìm đỉnh Q, P, T ...................................................................... 36
3.1.6. Thuật tốn tính nhịp tim ........................................................................... 36
3.2. Áp dụng các tiêu chuẩn trong chẩn đốn bệnh mạch vành .........................38
3.2.1. Sóng Q ........................................................................................................ 38
3.2.2. Đoạn ST...................................................................................................... 39
3.2.3. Sóng T ........................................................................................................ 40
Chƣơng 4. XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHUẨN ĐOÁN BỆNH MẠCH VÀNH
DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐIỆN TÂM ĐỒ GẮNG SỨC ............................................ 41
4.1. Ý tƣởng thiết kế phần mềm .............................................................................41
4.2. Phần mềm chẩn đốn bệnh mạch vành .........................................................41
4.2.1. Mơi trường phát triển phần mềm.............................................................. 41
4.2.2. Cấu trúc của phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG .................... 43

4.2.3. Giao diện phần mềm chẩn đoán bệnh mạch vành ECG ......................... 43
4.2.3. Thử nghiệm phần mềm ............................................................................. 45
4.3. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................46
4.3.1. Các tham số đánh giá kết quả ................................................................... 46
4.3.2. Đánh giá kết quả của phần mềm .............................................................. 47
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 50
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN VĂN .................................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 52


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc tim .....................................................................................................3
Hình 1.2. Cơ chế điện học của tim ..................................................................................5
Hình 1.3. Hình ảnh điện tâm đồ ......................................................................................6
Hình 1.4. Các thành phần của sóng điện tim ...................................................................6
Hình 1.5. Đặc điểm ECG dựa trên giải phẫu tim ............................................................7
Hình 1.6. Các chuyển đạo điện tim .................................................................................8
Hình 1.7. Các chuyển đạo mẫu ........................................................................................9
Hình 1.8. Các chuyển đạo đơn cực chi ............................................................................9
Hình 1.9. Vị trí các sóng trên điện tâm đồ.....................................................................11
Hình 2.1. Bệnh mạch vành ............................................................................................13
Hình 2.2. Xơ vỡ động mạch ..........................................................................................16
Hình 2.3. Điện tâm đồ trong chuẩn đốn bệnh ..............................................................19
Hình 2.4. Siêu âm tim ....................................................................................................20
Hình 2.5. Siêu âm tim gắng sức ....................................................................................21
Hình 2.6. Máy CTScanner 128 lát cắt ...........................................................................22
Hình 2.7. Các dạng sóng T bệnh lý trong triệu chứng thiếu máu .................................23
Hình 2.8. Hình ảnh ST tổn thương ................................................................................24
Hình 2.9. Hình ảnh sóng Q hoại tử ................................................................................24

Hình 2.10. Hình ảnh 1 chuyển đạo điện tâm đồ bình thường .......................................25
Hình 2.11. Sóng Q sâu (I, II, III) với ST chênh lên.......................................................26
Hình 2.12. Sóng Q sâu (II, III, aVF) với ST chênh lên .................................................27
Hình 2.13. Hình ảnh đoạn ST trong ECG .....................................................................27
Hình 2.14. Hình ảnh đoạn ST trong ECG .....................................................................27
Hình 2.15. Hình ảnh sóng T trong ECG ........................................................................28
Hình 2.16. Hình ảnh sóng T bất thường ........................................................................29
Hình 2.17. Sóng T dẹt ở các chuyển đạo V2-V6 do thiếu máu cục bộ .........................29
Hình 3.1. Sơ đồ thuật tốn tổng qt chẩn đốn bệnh mạch vành ................................30
Hình 3.2. Sơ đồ xử lý tín hiệu số đầu vào .....................................................................31
Hình 3.2. Mở rộng tín hiệu bằng phương pháp lọc của sổ trung bình động. ................32
Hình 3.3. Ví dụ về phương pháp trung bình động xử lí hình ảnh .................................32
Hình 3.4. Ví dụ về phương pháp trung bình động xử lí tín hiệu sóng ..........................33
Hình 3.5. Đường trung bình của chuyển đạo ECG .......................................................34
Hình 3.6. Sơ đồ thuật tốn tìm R,S ................................................................................34


Hình 3.7. Mơ phỏng thuật tốn tìm đỉnh bằng phần mềm Matlab ................................35
Hình 3.8. Đỉnh R sau khi đã được xác định ..................................................................36
Hình 3.9. Thuật tốn tính nhịp tim thơng qua tín hiệu điện tim ....................................37
Hình 3.10. Xác định chiều rộng và độ cao sóng Q ........................................................39
Hình 4.1. Giao diện người dùng phần mềm lập trình Qt Creator ..................................42
Hình 4.2. Sơ đồ khối của phần mềm chuẩn đoán bệnh mạch vành ECG......................43
Hình 4.3. Giao diện phần mềm chẩn đốn tự động bệnh mạch vành ............................44
Hình 4.4. Dữ liệu bệnh nhân mạch vành được tải từ kho dữ liệu PhysioBank ATM ...45
Hình 4.5. Ma trận nhầm lẫn biểu diễn kết quả thử nghiệm phần mềm .........................49


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành sóng Q (nhồi máu trước và bên). ...25

Bảng 2.2. Tiêu chuẩn chẩn đốn bệnh mạch vành sóng Q (nhồi máu sau, dưới). ........26
Bảng 2.3. Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành đoạn ST (chênh xuống). ................28
Bảng 2.4. Tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành đoạn ST (chênh lên). .....................28
Bảng 2.5. Tiêu chuẩn chẩn đốn bệnh mạch vành sóng T. ...........................................29
Bảng 4.6. Kết quả chẩn đoán bệnh mạch vành của phần mềm .....................................48


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ECG : (Electrocardiogram) Điện tâm đồ
CAD : (Coronary artery disease) Bệnh mạch vành
ĐTN : Đau thắt ngực
ĐMV : Động mạch vành
NPGS : Nghiệm pháp gắng sức


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Các bệnh về tim ngày càng diễn biến phức tạp trong đó có bệnh mạch vành có
những triệu chứng lâm sàn rất nghèo nàn nhưng là căn bệnh nguy hiểm gây tử vong
hàng đầu ở các nước đang phát triển.
Trong đó tỉ lệ tử vong về các bệnh về tim đang được dự báo ở mức báo động chỉ
sau các bệnh ung thư trong đó có bệnh mạch vành là nguy hiểm nhất. Khơng những
thế các triệu chứng lâm sàng trong chẩn đoán bệnh mạch vành rất khó phát hiện thế
nên các bác sĩ sử dụng phương pháp đọc điện tâm đồ hoặc điện tâm đồ gắng sức để
phát hiện và chẩn đoán bệnh. Và cơng việc đó cần độ chính xác rất cao và áp lực là rất
lớn cùng theo đó là số lượng bệnh nhân ngày càng lớn do áp lực công việc các bác sĩ
có thể dẫn đến chẩn đốn thiếu chính xác. Vì vậy hướng nghiên cứu Điện Tâm Đồ để
chẩn đoán bệnh mạch vành một cách tự động là một hướng đi rất cần thiết để hỗ trợ
cho các bác sĩ tim mạch trong việc chẩn đoán đồng thời giúp bệnh nhân có thể an tâm
hơn về kết quả chẩn đoán.

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn
Đề tài nghiên cứu, phân tích điện tim, điện tâm đồ và cơ sở lý thuyết chẩn đoán
bệnh dựa trên điện tâm đồ để từ đó xây dựng thiết kế phần mềm có thể xác định được
đỉnh trên điện tâm đồ và chẩn đoán các bệnh về tim, cụ thể ở luận văn này là bệnh
động mạch vành. Trong khuôn khổ luận văn này em xin trình bày về chẩn đốn bệnh
mạch vành như một hướng phát triển mới trong việc chẩn đoán các bệnh về tim mạch.
Hướng phát triển trong tương lai là có thể kết nối trực tiếp với phần cứng để tạo ra một
hệ thống hoàn chỉnh bao gồm đo, hiển thị và chẩn đoán các bệnh về tim.

1


Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Tín hiệu điện tâm đồ ECG
Trong phạm vi của luận văn, luận văn tập trung nghiên cứu tín hiệu điện tim để
từ đó xây dựng thuật tốn và chương trình phần mềm chẩn đoán tự động bệnh mạch
vành.
Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập phân tích và xử lí tín hiệu số dựa trên lý thuyết chẩn đoán bệnh mạch
vành dựa trên tín hiệu điện tâm đồ gắng sức.
- Tiến hành tìm hiểu các cơng cụ hỗ trợ
 Sử dụng Matlab Simulink xây dựng và mơ phỏng các thuật tốn xử lí tín
hiệu điện tim đồ.
 Sử dụng phần mềm Qt Creator để xây dựng chương trình chẩn đốn tự động
bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức.

Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu một số khái niệm cơ bản về điện tâm đồ và bệnh mạch vành.
- Tìm hiểu về tiêu chuẩn chẩn đoán bệnh mạch vành Minnesota qua ECG.

- Xây dựng thuật toán chuẩn đoán bệnh mạch vành dựa trên ECG.
- Xây dựng, thử nghiệm và đánh giá kết quả đạt được chất lượng của phần mềm
chẩn đoán bệnh mạch vành.

2


Chƣơng 1. ĐIỆN TÂM ĐỒ VÀ MỘT SỐ BỆNH TIM MẠCH

1.1. Tim
1.1.1. Cấu tạo của tim

s

Hình 1.1. Cấu trúc tim
Tim là một trong những cơ quan quan trọng bậc nhất trong cơ thể con người. Nó
là một phần vơ cùng thiết yếu trong hệ thống tim mạch với nhiệm vụ đưa Oxy và các
chất dinh dưỡng đến toàn bộ cơ thể để duy trì sự sống. Tim có kích cỡ bằng nắm tay
và đập liên tục (mở ra và đóng lại) khoảng 100.000 lần mỗi ngày, bơm 5-6 lít máu mỗi
phút, hoặc khoảng 2.000 gallon mỗi ngày.
Nó được tạo thành từ một loại cơ đặc biệt, được gọi là cơ tim. Thông thường,
tim người được chia thành 4 phần, bao gồm:
- Ở nửa trên: tâm nhĩ trái và tâm nhĩ phải. Đặc điểm chung của hai tâm nhĩ này là
có thành mỏng, được ngăn cách bởi vách liên nhĩ, nhận nhiệm vụ đưa máu từ tĩnh
mạch xuống tâm thất.
- Ở nửa dưới: tâm thất trái và tâm thất phải. Các tâm thất thường có thành dày,
được ngăn cách bởi vách liên thất, đảm nhiệm vai trò bơm máu vào động mạch.
Độ dày của các thành tim ở các buồng thay đổi tùy theo chức năng của nó. Thành
cơ tim thất trái dầy gấp hai đến bốn lần thành thất phải, do nó phải bơm máu với áp lực
cao hơn để thắng sức cản lớn của tuần hoàn hệ thống.

3


1.1.2. Cơ chế hoạt động của tim
Tim hoạt động như cái bơm: Hút máu từ các tĩnh mạch về hai tâm nhĩ, đẩy máu
từ hai tâm thất vào động mạch chủ và động mạch phổi. Đem máu đến các tế bào để
cung cấp các chất dinh dưỡng đồng thời nhận chất thừa đào thải ra ngoài.
Sự hoạt động của tim thể hiện bằng sự co bóp tự động, mỗi lần co bóp như thế
gọi là một chu kỳ tim.
Khi máu từ tĩnh mạch chủ chảy vào tâm nhĩ, van nhĩ thất (van ở giữa tâm nhĩ và
tâm thất) lập tức mở ra, tâm nhĩ co đẩy máu qua van này chảy vào tâm thất phải (đến
bây giờ máu vẫn là màu đỏ sẫm). Lúc máu vừa vào tâm thất phải, van động mạch lập
tức mở ra, tâm thất phải đẩy máu đi qua van này đổ vào động mạch phổi và được
thanh lọc, máu biến thành màu đỏ tươi và theo tĩnh mạch phổi trở vào tâm nhĩ trái. Khi
máu đỏ tươi vào tâm nhĩ trái, van nhĩ thất (có 2 van nhĩ thất trong tim: van nhĩ thất
giữa tâm nhĩ phải và tâm thất phải, van nhĩ thất giữa tâm nhĩ trái và tâm thất trái) lập
tức mở ra. Tâm nhĩ trái co đẩy máu vào tâm thất trái. Thành tâm thất trái có lớp cơ
dày. Chính nhờ lớp cơ này mà tâm thất trái mới co bóp mạnh, đẩy máu vào động mạch
chủ với vận tốc cao và áp lực lớn. Máu từ tâm thất trái đi vào các cơ quan rồi trở vào
tĩnh mạch, chảy ngược lên tim. Tim hoạt động như cái bơm: Hút máu từ các tĩnh mạch
về hai tâm nhĩ, đẩy máu từ hai tâm thất vào động mạch chủ và động mạch phổi. Đem
máu đến các tế bào để cung cấp các chất dinh dưỡng đồng thời nhận chất dư thừa đào
thải ra ngồi [1].

1.2. Điện tâm đồ
1.2.1. Q trình điện học của tim
Ngày nay khoa điện sinh lý học hiện đại đã cho ta biết rõ, dịng điện do tim phát
ra. Đó là do sự sự biến đổi hiệu điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào cơ
tim. Sự biến đổi hiệu điện thế này bắt nguồn từ sự di chuyển của các ion (K+, Na+...)

từ ngoài vào trong tế bào và từ trong ra ngoài tế bào cơ tim hoạt động, lúc này tính
thẩm thấu của màng tế bào đối với các loại ion luôn luôn biến đổi. Khi tế bào bắt đầu
hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng tế bào sẽ trở thành âm tính tương
đối (bị khử mất cực dương) so với mặt trong: người ta gọi đó là hiện tượng khử cực
(despolarisation). Sau đó, tế bào lập lại thế thăng bằng ion nghỉ, điện thế mặt ngồi trở
lại dương tính tương đối (tái lập cực dương) người ta gọi đó là hiện tượng tái cực
(repolarisation) [2].

4


Hình 1.2. Cơ chế điện học của tim

1.2.2. Sự hình thành điện tâm đồ
Quả tim là một cơ rỗng, gồm 4 buồng dày mỏng không đều nhau. Cấu trúc phức
tạp đó làm cho dịng điện hoạt động của tim trong quá trình khử cực và tái cực cũng
biến thiên phức tạp hơn ở một số tế bào đơn giản như đã nói ở trên.
Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự
động của tim. Đầu tiên, xung động đi từ nút xoang tỏa ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực
trước, nhĩ bóp trước đẩy máu xuống thất. Sau đó, nút nhĩ thất Tawara tiếp nhận xung
động truyền qua bó His xuống thất làm thất khử cực. Lúc này, thất đã đầy máu sẽ bóp
mạnh đẩy máu ra ngoại biên. Hiện tượng nhĩ và thất khử cực lần lượt trước sau như
thế chính là để duy trì quá trình huyết động bình thường của hệ thống tuần hồn. Đồng
thời điều đó cũng làm cho điện tâm đồ bao gồm hai phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng
điện hoạt động của nhĩ đi trước và một thất đồ, ghi lại dòng điện của thất đi sau.
Để thu được dòng điện tim, người ta đặt những điện cực của máy ghi điện tim lên
cơ thể. Tùy theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tâm đồ sẽ khác nhau. Nhưng
trong các ví dụ dưới đây, để cho thống nhất và đơn giản, chúng ta quy ước đặt điện
cực dương (B) ở bên trái quả tim, và điện cực âm (A) ở bên phải quả tim.
Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trương) khơng có dòng điện tim nào qua máy và

bút sẽ chỉ ghi lên giấy một đường thẳng ngang, ta gọi đó là đường đồng điện
(Isoelectric line).

5


Khi tim hoạt động (tâm thu) mà điện cực B thu được một điện thế dương tính
tương đối so với điện cực A thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dương, nghĩa là ở mé
trên đường đồng điện.
Trái lại, khi điện cực A dương tính tương đối thì bút sẽ vẽ một làn sóng âm,
nghĩa là ở mé dưới đường đồng điện.

1.2.3. Khái niệm điện tâm đồ

Hình 1.3. Hình ảnh điện tâm đồ
Quả tim co bóp theo nhịp do được điều khiển bởi một hệ thống dẫn truyền trong
cơ tim. Những dòng điện này tuy rất nhỏ (chỉ khoảng một phần nghìn volt) nhưng có
thể được nhận biết nhờ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực người bệnh. Những
dòng điện này được chuyển đến máy ghi, được máy khuếch đại lên và ghi lại trên điện
tâm đồ.
Điện tâm đồ là đồ thị ghi lại hoạt động của điện tim, có vai trị quan trọng trong
chẩn đốn các bệnh tim mạch, theo dõi hiệu quả điều trị, phản ứng của người bệnh với
điều trị bằng thuốc và theo dõi tác dụng phụ của thuốc...

Hình 1.4. Các thành phần của sóng điện tim

6


P là điểm bắt đầu và U là điểm kết thúc của 1 chu kì sóng ECG.

Hình 1.5. Đặc điểm ECG dựa trên giải phẫu tim

1.2.4. Các chuyển đạo trên ECG
Điện tâm đồ gồm 12 chuyển đạo riêng biệt. Các chuyển đạo của máy ECG được
thiết kế để có thể ghi nhận được các sóng của q trình khử cực và tái cực khi chúng di
chuyển qua tâm nhĩ và tâm tâm thất. Các chuyển đạo ghi nhận các tín hiệu điện thế
này được đặt trên cơ thể bệnh nhân.

7


Hình 1.6. Các chuyển đạo điện tim
- Chuyển đạo trƣớc tim: V1, V2, V3, V4, V5, V6
+

V1: nằm ở khảng gian sườn 4 phía bên phải xương ức

+
+
+
+
+

V2: nằm ở khảng gian sườn 4 phía bên phải xương ức
V3: trung điểm của V1 và V4
V4: giao gian sườn 5 và đường trung đòn trái
V5: giao đường nách trước và đường nằm ngang qua V4
V6: giao đường nách giữa và đường ngang đi qua

- Chuyển đạo mẫu: DI, DII, DIII.
+ DI: cực dương tay trái, cực âm tay phải
+
+

DII: cực dương chân trái, cực âm tay phải
DIII: cực dương chân trái, cực âm tay trái

8


Hình 1.7. Các chuyển đạo mẫu

Hình 1.8. Các chu ển đạo đơn cực chi
- Chuyển đạo đơn cực các chi: aVR, aVL, aVF
+ aVL :cực dương tay trái, cực âm tay phải + chân trái.
+ aVR: cực dương tay phải, cực âm tay trái + chân trái
+ aVF: cực dương chân trái, cực âm tay trái + tay phải
- Vị trí các chuyển đạo trên ECG
Máy điện tâm đồ sẽ in sẽ in ECG ra một mẩu giấy A4 theo hướng nằm ngang và
các tín hiệu từ các chuyển đạo trước tim sẽ in vào phía tay trái của khổ giấy A4 theo
thứ tự số đếm (trên hình vẽ). Ngồi cùng bên phải giấy in các chuyển đạo mẫu (I, II,
III) và tiếp đó là chuyển đạo đơn cực chi (aVR, AVL, aVF). Cuối cùng là các chuyển
đạo trước tim (từ V1 đến V6) [3].
Các chuyển đạo này giúp tạo ra một cái nhìn đa chiều về hoạt động điện tim.

9


1.2.5. Q trình hình thành các sóng trên ECG

Như đã nói ở trên, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) tỏa ra làm khử cực cơ
nhĩ như hình các đợt sóng và hướng chung là từ trên xuống dưới, từ phải qua trái. Như
vậy vectơ khử cực nhĩ (nghĩa là véc tơ biểu diễn dòng điện khử cực nhĩ) sẽ có hướng
từ trên xuống dưới từ phải sang trái , làm với đường ngang một góc 49 độ. Máy sẽ ghi
được một làn sóng dương thấp nhỏ với thời gian khoảng 0.8 giây gọi là sóng P. Khi
nhĩ tái cực nó phát ra một dịng điện ghi lên máy bằng một sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta
(auricular T), nhưng ngay lúc này cũng xuất hiện khử cực thất (QRS) với điện thế
mạnh hơn nhiều nên trên điện tâm đồ thơng thường ta khơng nhìn thấy sóng Ta.Ngay
khi nhĩ cịn đang khử cực thì xung động đã bắt vào nút nhĩ thất rồi truyền qua thân và
nhánh bó His xuống khử cực thất. Việc khử này bắt đầu từ phần giữa mặt trái vách liên
thất đi xuyên qua mặt phải vách này, tạo ra một véc tơ khử cực đầu tiên hướng từ trái
sang phải, máy sẽ ghi được một làn sóng âm nhỏ, nhọn, gọi là sóng Q. Sau đó, xung
động truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả hai tâm thất theo hướng xuyên
qua bề dày cơ tim, từ lớp dưới nội tâm mạc ra lớp dưới nội tâm mạc. Lúc này, khử cực
hướng nhiều về bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nằm nghiêng hướng trục giải
phẫu về bên trái. Do đó, véc tơ khử cực lúc này hướng từ phải sang trái, máy sẽ ghi
được một làn sóng dương cao, gọi là sóng R. Sau cùng, khử cực nốt vùng đáy thất, lại
hướng từ trái sang phải, tạo ra một véc tơ hướng từ trái sang phải: máy ghi được một
làn sóng âm nhỏ, nhọn, gọi là sóng S.
Như vậy, khử cực thất bao gồm ba làn sóng cao, nhọn Q, R, S biến thiên phức
tạp nên được gọi là phức bộ QRS (QRS complex). Vì nó có sức điện động tương đối
lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0.07s nên còn được gọi
là phức bộ nhanh, sóng chính lớn nhất là sóng R. Thất khử cực xong, sẽ qua một thời
kỳ tái cực chậm, không thể hiện trên điện tâm đồ bằng một làn sóng nào hết mà chỉ là
đoạn thẳng đồng điện gọi là đoạn ST. Sau đó đến thời kỳ tái cực nhanh (sóng T). Trái
với khử cực, tái cực tiến hành từ vùng điện dương tới vùng điện âm. Do đó, tuy nó tiến
hành ngược chiều với khử cực, nó vẫn có véctơ tái cực hướng từ trên xuống dưới và từ
phải sang trái làm phát sinh một làn sóng dương thấp, gọi là sóng T.

10

Hình 1.9. Vị trí các sóng trên điện tâm đồ

1.3. Một số bệnh về tim
Hiện nay có rất nhiều bệnh liên quan tới tim, và gây hậu quả rất nghiêm trọng
cho con người. Có thể liệt kê một vài bệnh tim điển hình như dày cơ tim (dày thất trái,
thất phải, nhĩ trái, nhĩ phải…), động mạch vành, nhồi máu cơ tim, loạn nhịp tim, suy
tim…
Bệnh dày cơ tim hay hội chứng dày cơ tim là bệnh tim thường gặp do sự tăng lên
kích thước của thành cơ tim. Theo thời gian tích tụ nó sẽ gây tổn hại đến hoạt động
của tim và gây hậu quả nghiêm trọng ảnh hưởng đến nhịp tim và nặng hơn là gây ra
hiện tượng nhồi máu cơ tim.
Bệnh mạch vành là một trong những bệnh tim thường gặp nhất, xảy ra khi
cholesterol xấu tích tụ thành mảng bám trong động mạch. Trong giai đoạn đầu, triệu
chứng của bệnh mạch vành khá mơ hồ, người bệnh có thể cảm thấy nặng ngực hay cơn
đau thắt ngực bên trái. Trong chun mơn cịn gọi là cơn đau thắt ngực không ổn định.
Cơn đau xuất hiện khi xúc động, gắng sức và thường xuất hiện vào buổi sáng. Có thể
kèm theo cao huyết áp gây nhức đầu, chóng mặt, cảm giác khó thở.Tần suất các cơn
đau ngày càng tăng và cường độ cơn đau càng ngày càng nặng và có thể đưa đến nhồi
máu cơ tim cấp nếu không được điều trị đúng và kịp thời.
Nguyên nhân dẫn tới các bệnh về tim chủ yếu là do chế độ ăn uống và sinh hoạt
không điều độ, ăn quá nhiều chất đạm, chất béo, không tập thể dục thể thao thường
xuyên, thói quen hút thuốc, uống rượu bia nhiều…

11


Hiện nay các bệnh về tim xảy ra càng nhiều. Để chẩn đoán các bệnh về tim, bao
gồm tất cả các bệnh được liệt kê ở trên, người ta chủ yếu dựa trên điện tâm đồ. Các

bác sĩ chủ yếu đọc điện tâm chủ yếu bằng mắt thường, với những kiến thức được học
và kinh nghiệm họ có thể chẩn đốn được bệnh về tim từ điện tâm đồ đó. Vấn đề gặp
phải là kết quả mà bác sĩ đưa ra chỉ có độ chính xác tương đối, khơng thể chính xác
hồn tồn, vì nhìn bằng mắt nên một vài dấu hiệu thay đổi nhỏ trên điện tâm đồ mà
bác sĩ có thể khơng thể nhìn ra. Ngồi ra, để có kết luận chính xác thì các bác sĩ tim
mạch cần tập trung quan sát ECG rất kỹ, tỉ mỉ và chi tiết. Đó quả là điều khó khăn cho
mỗi bác sĩ tim mạch khi chẩn đốn bệnh.
Chính vì vậy, đặt ra bài toán là dùng ECG và hệ thống phần mềm xử lý tín hiệu
trên máy tính để đưa phân tích , đánh giá ECG và đưa ra chẩn đốn sơ lược về bệnh.
Một phần có thể hỗ trợ các bác sĩ tim mạch có thể đưa ra kết quả bệnh tim chính xác
hơn và đỡ vất vả hơn, một phần cũng là để hỗ trợ cho các bệnh nhân bị bệnh tim trong
quá trình điều trị bệnh.

12


Chƣơng 2. BỆNH ĐỘNG MẠCH VÀNH
2.1. Bệnh động mạch vành
2.1.1. Khái niệm bệnh động mạch vành
Bệnh động mạch vành (hay bệnh mạch vành) là tên gọi chung của một nhóm các
bệnh lý liên quan đến mạch vành - mạch máu duy nhất đến nuôi dưỡng cho cơ tim.
Bệnh động mạch vành là bệnh lý chỉ tình trạng lịng mạch bị hẹp lại do các mảng xơ
vữa hoặc do co thắt mạch. Đến một mức độ nào đó thì dịng máu đến ni cơ tim sẽ
khơng đủ và dẫn đến tình trạng thiếu máu cơ tim. Bệnh động mạch vành còn được gọi
là suy tim động mạch vành, thiếu máu cơ tim, thiểu năng vành hay bệnh tim thiếu máu
cục bộ.

Hình 2.1. Bệnh mạch vành
Bệnh mạch vành là căn bệnh thường gặp và là nguyên nhân gây tử vong hàng
đầu trên thế giới. Có nhiều yếu tố nguy cơ khiến cho một người dễ mắc bệnh như bị

tăng huyết áp, đái tháo đường, rối loạn chuyển hóa mỡ máu, tuổi cao, ít vận động, béo
phì... Ngồi ra nam giới là đối tượng có nguy cơ mắc bệnh mạch vành cao hơn nữ giới.
Khi mắc bệnh mạch vành không ai không đi chữa bệnh vì nỗi sợ sẽ bị tử vong
đột ngột. Nhưng trên thực tế vẫn có những người khơng điều trị gì. Trước hết là do bản
thân khơng cảm thấy có bệnh. Số người này chiếm tỉ lệ cao bởi vì căn bệnh này
thường tiến triển âm thầm trong hàng chục năm và ít biểu hiện ra ngồi nên nhiều
người chủ quan khơng bao giờ đi khám bệnh, có chăng tình cờ đi khám sức khỏe mà
phát hiện ra.

13


Thực tế bệnh này không phải dễ dàng phát hiện bằng những khám nghiệm thơng
thường. Một số người khác thì chủ quan vì trong người khơng thấy có gì bất thường,
vẫn làm việc, ăn uống, ngay cả chơi thể thao vẫn thoải mái. Hoặc những người bị mắc
chứng bệnh khác quan trọng hơn nên chỉ tập trung vào đó mà qn mất hay khơng biết
mình đang có bệnh mạch vành. Trong đó có bệnh làm che mờ các dấu hiệu của xơ vữa
động mạch vành như bệnh tiểu đường.
Hãy lấy một thống kê của Hoa Kỳ làm cơ sở: Hàng năm tại Hoa Kỳ có khoảng
1.500.000 người bị nhồi máu cơ tim cấp, trong đó 1/3 có kết cục tồi tệ. Những người
sống sót sau cơn nhồi máu cơ tim có tiên lượng rất tồi: 1,5 đến 15 lần có nguy cơ tử
vong cao hơn so với người bình thường. 25% nam giới và 35% nữ giới chết trong
vòng 1 năm đầu sau cơn nhồi máu cơ tim. Trong số những người cịn sống thì 18%
nam giới và 34% nữ giới có cơn nhồi máu cơ tim lần thứ 2 trong vòng sáu năm sau,
7% nam và 6% nữ đột tử, 22% nam và 46% nữ mất khả năng vận động do suy tim, 8%
nam và 11% nữ có cơn đột quỵ [11].
Với con số thống kê trên chứng tỏ người bệnh đã từng bị bệnh mạch vành thì
chất lượng cuộc sống giảm sút ghê gớm, biến chứng ln rình rập và nguy cơ tử vong
là rất cao.
Vì vậy khi có những cơn đau tim thì có thể là dấu hiệu cảnh báo cơ tim bị thiếu

máu nuôi dưỡng do bệnh mạch vành. Cơn đau có thể ổn định, nghĩa là khởi phát sau
một gắng sức hay một kích động về tâm lý, cường độ không nặng và thời gian chỉ vài
phút là hết. Hoặc cơn đau có thể đến rất mơ hồ thống qua, nhói nhói, tức tức ở ngực
trái... Trong mọi trường hợp, người bệnh không được chủ quan, mà cần thu xếp thời
gian đi khám tại các cơ sở y tế gần nhà để loại trừ hoặc phát hiện sớm bệnh mạch
vành.
2.1.1. Tình hình bệnh động mạch vành
Trên thế giới
Năm 1990, thế giới có 50,4 triệu người chết thì tử vong do bệnh mạch vành
chiếm 28%, trong số 1,4 tỷ người giảm chất lượng cuộc sống thì bệnh tim mạch gây ra
9,7%. Đến năm 2001, tử vong do bệnh tim mạch tăng lên 29%, dự đoán đến 2030 thì
con số này khoảng 30%, trong số đó 14,9% ở nam và 13,1% ở nữ tử vong vì bệnh
mạch vành.
Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới, năm 2004 thế giới có 7,2 triệu người,
chiếm 12,2 % chết vì bệnh mạch vành. Có hơn 3 triệu người nhồi máu cơ tim ST trên

14