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

Chia sẻ: Elysale Elysale | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích chính của đề tài luận văn là 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 ĐOÁN 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 ĐOÁN 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 đoán tự động bệnh mạch vành qua tín hiệu điện tâm đồ gắng sức Đặng Hồng Quân Khóa K23, ngành Công 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 đoán bệnh bệnh mạch vành thông thường các bác sĩ thường sử dụng phương pháp đọc điện tâm đồ. Quá trình chẩn đoán và chữa trị cũng gặp không ít những khó khăn đòi hỏi bác sĩ phải có chuyên môn cao và có nhiều kinh nghiệm. Trong khi số lượng bệnh nhân ngày càng gia tăng thì các bác sĩ trong chẩn đoán 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 đoán 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, nguyên 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 toán 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 toán, chương trình thực hiện thuật toán, 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. Tôi 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 lòng 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 hoàn thành tốt khoá 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 quý thầy cô 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 đoán 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 TOÁN CHUẨN ĐOÁN 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 toán tìm đỉnh R và S ....................................................................... 34 3.1.5. Thuật toán tìm đỉnh Q, P, T ...................................................................... 36 3.1.6. Thuật toán tính nhịp tim ........................................................................... 36 3.2. Áp dụng các tiêu chuẩn trong chẩn đoán 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 đoán bệnh mạch vành .........................................................41 4.2.1. Môi 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 CÔNG 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 đoán 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 toán tổng quát chẩn đoán 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 toán tìm R,S ................................................................................34
Hình 3.7. Mô phỏng thuật toán tìm đỉnh bằng phần mềm Matlab ................................35 Hình 3.8. Đỉnh R sau khi đã được xác định ..................................................................36 Hình 3.9. Thuật toán tính nhịp tim thông 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 đoán 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 đoán 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 đoán 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. Không 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 công 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 đoán 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 đoán 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 toán 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 công cụ hỗ trợ  Sử dụng Matlab Simulink xây dựng và mô phỏng các thuật toán xử lí tín hiệu điện tim đồ.  Sử dụng phần mềm Qt Creator để xây dựng chương trình chẩn đoán 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 vô 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 ngoài [1]. 1.2. Điện tâm đồ 1.2.1. Quá trình điện học của tim Ngày nay khoa điện sinh lý học hiện đại đã cho ta biết rõ, dòng 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 ngoài 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 dòng 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 hoàn. 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) không 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 trò quan trọng trong chẩn đoán 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 quá 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). Ngoài 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