Phát triển kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG ứng dụng trong phép đo thông số cung lượng tim TT

− Đối với rào cản phi kỹ thuật gây ra do sự chồng lấn của vị trí gắn điện cực với vị trí đặt các đường ống thông tĩnh mạch, tác giả xác định mục tiêu là Đề xuất và đánh giá một số vị trị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN ĐĂNG HƯNG

PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT THU NHẬN

TÍN HIỆU TIM ĐỒ TRỞ KHÁNG NGỰC ICG ỨNG DỤNG TRONG PHÉP ĐO THÔNG SỐ CUNG LƯỢNG TIM

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Duy Hải

Vào hồi …… giờ, ngày …… tháng …… năm ……

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, thế giới đã nghiên cứu và áp dụng một

số phương pháp không xâm lấn để đo các thông số huyết động Nổi lên trong số đó là phương pháp tim đồ trở kháng ngực với cơ sở quan trọng nhất là sự phụ thuộc giữa tốc độ biến thiên trở kháng ngực và giá trị của các thông số huyết động Ưu điểm của phương pháp này là dễ dàng thiết lập phép đo, chi phí vận hành thấp, và theo dõi được kết quả một cách liên tục Tuy nhiên, giá thành của thiết bị, độ chính xác của kết quả, và tính hữu dụng trong thực tế vẫn đang chịu tác động của nhiều yếu tố Đây là động lực để tác giả đề xuất hướng nghiên cứu, góp phần đưa thiết bị vào ứng dụng đại trà

2 Mục tiêu của luận án

Mục tiêu tổng quát của luận án là nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực (ICG) để ứng dụng trong phép đo cung lượng tim (CO) Các mục tiêu cụ thể được xây dựng dựa trên các rào cản khi ứng dụng thiết bị tại các bệnh viện Cụ thể:

− Đối với rào cản về giá thành và độ chính xác của thiết bị, tác giả

xác định mục tiêu là Phát triển giải pháp cải tiến hệ thống thu nhận tín hiệu ICG nhằm xây dựng một hệ thống mới có độ chính

xác cao với các nền tảng xử lý sẵn có Mục tiêu này cho phép tối

ưu hóa chi phí nghiên cứu, phát triển, và chế tạo thiết bị

− Đối với rào cản phi kỹ thuật gây ra do sự chồng lấn của vị trí gắn điện cực với vị trí đặt các đường ống thông tĩnh mạch, tác giả xác

định mục tiêu là Đề xuất và đánh giá một số vị trị đặt điện cực thay thế nhằm thực tế hóa tính hữu dụng của thiết bị, cho phép mở

rộng nhóm bệnh nhân có thể tiếp cận và được sử dụng thiết bị

− Đối với rào cản về độ tin cậy của kết quả đo, tác giả xác định một

mục tiêu trong phạm vi nguồn lực có thể tiếp cận, đó là Phát triển giải pháp giảm ảnh hưởng của nhiễu thở đối với tín hiệu tim đồ trở kháng ngực Đây là một trong những vấn đề quan trọng và

được quan tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới

3 Đối tượng, phạm vi, và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án gồm các nhóm:

− Nhóm liên quan đến tim: lý thuyết căn bản về tim, thông số huyết động, các phương pháp đo CO đang được ứng dụng;

− Nhóm liên quan đến ICG: phương pháp đo CO bằng tín hiệu ICG, tín hiệu ICG và nhiễu, ảnh hưởng của quá trình hô hấp đến tín hiệu ICG, và các phương pháp giảm thiểu các ảnh hưởng này;

− Nhóm liên quan đến kỹ thuật đo: vị trí đặt điện cực, sóng mang đưa vào và tín hiệu thu được từ cơ thể, phương pháp giải điều chế tín hiệu, và kỹ thuật xử lý tín hiệu;

− Nhóm đối tượng phụ trợ: tín hiệu điện tim, nguồn nhiễu thấp, kỹ thuật lọc nhiễu điện, và một số kỹ thuật tối ưu hóa mạch điện

Phạm vi nghiên cứu của luận án được xác định như sau:

− Lý thuyết về tim và thông số huyết động: luận án chỉ dừng lại ở việc trình bày tổng quan để làm nền tảng cho các đề xuất

− Tín hiệu ICG và CO: luận án chỉ trình bày lý thuyết chung và kế thừa công thức tính CO từ ICG của nghiên cứu khác

− Nhiễu thở và giảm nhiễu thở trong tín hiệu ICG: thực hiện trên các tình nguyện viên khỏe mạnh, không có bệnh lý về tim mạch

− Cách đo và vị trí điện cực: sử dụng 8 điện cực điểm thông dụng;

vị trí đặt thay thế được đề xuất trên cơ sở khảo sát tại bệnh viện

− Phần cứng thu nhận tín hiệu: luận án chỉ tập trung vào thiết kế các mô-đun cốt lõi thay vì phát triển cả thiết bị hoàn thiện

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm:

− Phương pháp phân tích và tổng hợp để xác định các vấn đề, xây dựng cơ sở khoa học để đề xuất và thực hiện các nội dung

− Phương pháp chuyên gia để kế thừa trí tuệ và kinh nghiệm lâu năm của đội ngũ bác sĩ và chuyên gia về tim mạch

− Phương pháp thực nghiệm để đề xuất giải pháp, triển khai thí nghiệm, đánh giá kết quả và đúc kết tri thức mới

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Về ý nghĩa thực tiễn:

− Kết quả đề xuất các kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác trong phép đo tín hiệu ICG có thể áp dụng vào thực tiễn để nâng cao độ chính xác cho các thiết bị đo sử dụng kỹ thuật này

− Việc đề xuất các vị trí đặt điện cực mới thay thế cho các vị trí điện cực tiêu chuẩn sẽ giúp cho quá trình ứng dụng kỹ thuật tim đồ trở kháng ngực trên thực tế lâm sàng được đầy đủ và dễ dàng hơn cho

các đối tượng bệnh nhân khác nhau

và có thể trực tiếp hoặc gián tiếp giúp giảm giá thành thiết bị

− Đã đề xuất được và triển khai đánh giá thực nghiệm thành công một số vị trí đặt điện cực mới, thay thế cho vị trí tiêu chuẩn Đóng góp này giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật tim đồ trở kháng ngực trên thực tế lâm sàng được đầy đủ và dễ dàng hơn cho các đối tượng bệnh nhân khác nhau

− Đã xác định các đặc trưng của nhiễu thở trong phép đo tín hiệu ICG và đề xuất thuật toán lọc nhiễu thở bằng phương pháp kết hợp giữa biến đổi wavelet và trung bình toàn bộ để để nâng cao chất lượng tín hiệu ICG

6 Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 4 chương Chương 1 trình bày cơ sở

lý thuyết của luận án, các công trình nghiên cứu liên quan, và phân tích các vấn đề còn tồn tại Chương 2 trình bày hai giải pháp phát triển

kỹ thuật nâng cao chất lượng và hiệu quả hệ thống thu nhận tín hiệu ICG là giải pháp số hóa tín hiệu sóng mang tại đỉnh và giải pháp về vị trí đặt điện cực thay thế cho trường hợp bị chồng lấn với ống thông tĩnh mạch Chương 3 nghiên cứu xác định đặc trưng của nhiễu thở trong phép đo tín hiệu ICG trên cơ sở bộ dữ liệu nhiễu thở được bóc tách trực tiếp từ tín hiệu trở kháng ngực của các tình nguyện viên Chương 4 đề xuất thuật toán giảm nhiễu thở trong phép đo tín hiệu ICG và đánh giá thuật toán với bộ nhiễu thở thu được trong chương 3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG TRÌNH

NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Trong chương đầu tiên, tác giả tập trung trình bày các nền tảng lý thuyết về tim, cung lượng tim, phương pháp tim đồ trở kháng ngực,

kỹ thuật ghi đo tín hiệu, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan,

và phân tích các vấn đề còn tồn tại để khu trú lại ba mục tiêu nghiên cứu của luận án

1.1 Tim và huyết động

Cung lượng tim (CO – cardiac output) là thể tích máu được tâm thất trái bơm vào động mạch chủ mỗi phút Do đó, CO là tích số của nhịp tim và thể tích nhát bóp với giá trị thông thường là 5-6 lít/phút CO có vai trò quan trọng trong y học, đặc biệt là trong hồi sức cấp cứu Hiện có các phương pháp xâm lấn và không xâm lấn để đo CO và các thông số huyết động khác Trong số đó, phương pháp tim đồ trở kháng ngực (không xâm lấn) là đề tài đang được quan tâm phát triển

do ưu điểm vượt trội về mức độ an toàn, dễ thao tác, và chi phí thấp

1.2 Phương pháp đo CO bằng tim đồ trở kháng ngực

Là phương pháp tính CO dựa trên tốc độ và mức độ thay đổi trở kháng ngực do hoạt động bơm máu của tim Cụ thể, việc tính CO được thực hiện thông qua bốn bước gồm: (1) đo sự biến thiên của trở kháng vùng ngực (TEB – thoracic electrical bioimpedance) theo thời gian; (2) xây dựng tín hiệu tim đồ trở kháng ngực (ICG – impedance cardiography) từ tín hiệu TEB sau khi loại bỏ các can nhiễu; (3) xác định các điểm đặc trưng trên tín hiệu ICG; rồi (4) tính nhịp tim (HR – heart rate), thể tích nhát bóp (SV – stroke volume), và CO dựa trên các điểm đặc trưng đã xác định được

Trở kháng vùng ngực (TEB) trong điều kiện lý tưởng và chỉ có tim hoạt động được ký kiệu là Z gồm hai thành phần: trở kháng cố định Z0

và trở kháng thay đổi ∆Z Trở kháng Z0 bao gồm trở kháng của các mô mỡ, cơ, xương, máu dự trữ tại các tế bào, là các thành phần không thay đổi trong quá trình bơm máu của tim Thành phần ∆Z được sinh ra do

sự thay đổi của dòng máu ra vào tim, chiếm khoảng 0,5% của trở kháng Z, dao động từ 100 mΩ – 240 mΩ Vi phân của ∆Z, ký hiệu là dZ/dt là tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG, thể hiện tốc độ thay đổi trở kháng ngực theo quá trình hoạt động của tim Dựa vào các điểm đặc trưng của tín hiệu ICG, ta có thể tính được CO và một số thông số huyết động khác theo các công thức đã được công bố

Hình 1.4 Tín hiệu ICG tiêu biểu và các điểm đặc trưng

Hình 1.4 là tín hiệu ICG tiêu biểu với các điểm đặc trưng tương ứng với các sự kiện của tim: điểm A là thời điểm tâm nhĩ bắt đầu thu, điểm

B van động mạch chủ mở, điểm C tốc độ trở kháng thay đổi lớn nhất, điểm X van động mạch chủ đóng, điểm O van 2 lá mở

CO được tính từ tín hiệu ICG dựa theo công thức CO = SV × HR Trong đó, HR = 60/CC với CC là khoảng cách giữa hai đỉnh C liên tiếp trong tín hiệu ICG Để tính thể tích nhát bóp SV, đã có một số công thức được đề xuất, tuy nhiên công thức của Sramek – Bernstein

là công thức được dùng phổ biến hiện nay

là thời gian tống máu thất trái tương ứng với khoảng cách giữa điểm

B và X trên đồ thị ICG

1.3 Kỹ thuật ghi đo tín hiệu ICG

Để đo được trở kháng ngực, ta cấp một nguồn dòng hình sin có biên

độ nhỏ và tần số cao (để đảm bảo an toàn về điện) vào vùng ngực của bệnh nhân Áp dụng định luật Ôm, ta có U = I × Z Nếu I không đổi,

đo U và lọc bỏ các can nhiễu sẽ tính được Z Điện cực sử dụng để ghi

đo tín hiệu ICG có thể là điện cực dải, điện cực điểm Trong số đó, cấu hình 8 điện cực điểm do Bernstein đề xuất được dùng phổ biến trong nghiên cứu và trong các thiết bị thương mại (Hình 1.7)

Hình 1.7 Nguyên lý đo tim đồ trở kháng ngực

Dòng điện cấp cho vùng ngực có biên độ không đổi, giá trị từ 0,5-5

mA để đảm bảo đạt được tỉ số SNR tốt và tần số từ 20-100 kHz để đảm bảo độ an toàn về điện Điện áp thu từ các điện cực là một tín hiệu điều biên với các đặc điểm: tần số sóng mang là 20-100 kHz, dải tần

số tín hiệu băng gốc là 0-50 Hz, độ cao trung bình của đường bao biên

độ (phản ánh Z0) là khoảng 10-240 mV, và sự thay đổi độ cao của đường bao biên độ (phản ánh ΔZ) là khoảng 0,05-1,2 mV

Với đặc điểm của tín hiệu điều biên thu được, giải điều chế để tái tạo chính xác sự biến thiên của ΔZ là rất khó khăn, đòi hỏi hệ thống

đo và xử lý tín hiệu phải có độ chính xác và độ phân giải rất cao Ngoài

ra, xử lý các loại nhiễu xuất hiện trong quá trình ghi đo tín hiệu ICG như nhiễu điện, nhiễu do cử động, và đặc biệt là nhiễu do hô hấp cũng

là một vấn đề cần quan tâm

1.4 Một số vấn đề còn tồn tại và các nghiên cứu liên quan

❖ Độ chính xác và hiệu quả khi giải điều chế tín hiệu

Hiện nay, có hai giải pháp thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu ICG là: (1) giải điều chế và xử lý tín hiệu trở kháng bằng các mạch tương

tự rồi số hóa hoặc (2) số hóa tín hiệu đo trở kháng ngực thu được từ điện cực rồi lấy mẫu ở tốc độ cao (hàng chục MHz), giải điều chế, và

xử lý trên nền tảng FPGA Điểm hạn chế trong giải pháp thiết kế thứ nhất là mạch điện tương tự có cấu trúc khá phức tạp và sử dụng một

số khâu xử lý phi tuyến Do đó, phép đo có độ chính xác chưa cao, phụ thuộc mạnh vào linh kiện và môi trường hoạt động Ở xu hướng thiết

kế thứ hai, mạch xử lý bằng FPGA khắc phục được hầu hết các nhược điểm gây ra bởi mạch tương tự Tuy nhiên, có một sự lãng phí rất lớn

Dòng điện vào

về tài nguyên phần cứng khi phải sử dụng hệ mạch có năng lực tính toán rất mạnh ở tốc độ hàng trăm MHz chỉ để xử lý một tín hiệu có tần rất thấp, 0-50 Hz Vì vậy, cần nghiên cứu và đề xuất một giải pháp giải điều chế tín hiệu ICG theo phương pháp số với yêu cầu khắc phục những nhược điểm trên mà vẫn đảm bảo tính chính xác và độ ổn định của kết quả

❖ Vấn đề chồng lấn vị trí đặt điện cực

Trong quá trình triển khai thử nghiệm thực tế hệ thống đo trên các bệnh nhân ở bệnh viện Tim Hà Nội và bệnh viện Việt Đức tại Việt Nam, tác giả nhận thấy hầu hết các bệnh nhân khi được đưa vào phòng hồi sức tích cực đều đang được theo dõi và điều trị bằng nhiều trang thiết bị y tế khác nhau; trong đó, nhiều nhất là các trường hợp cần phải đặt các ống thông tĩnh mạch Một trong những vị trí thường được đặt ống thông là tại vị trí tĩnh mạch cảnh trong, vị trí này nằm ngay ở cổ dẫn đến sự chồng lấn với vị trị đặt các điện cực phía trên của phép đo ICG với cấu hình sử dụng 8 điện cực phổ biến hiện nay Do đó, việc thực hiện phép đo ICG đối với hầu hết các bệnh nhân ở khu vực hồi sức tích cực là bất khả thi Tuy nhiên, đây lại là nhóm đối tượng quan trọng mà kĩ thuật đo cung lượng tim bằng phương pháp trở kháng ngực hướng đến Để khắc phục hiện trạng trên, cần nghiên cứu và đề xuất các vị trí điện cực có thể thay thế trong trường hợp vị trí tiêu chuẩn bị chồng lấn nhằm tăng khả năng ứng dụng của phương pháp

❖ Vấn đề ảnh hưởng của hoạt động hô hấp

Tín hiệu ICG thường bị can nhiễu bởi hoạt động hô hấp (nhiễu thở) dẫn đến những sai sót trong việc xác định các điểm đặc trưng trên dạng sóng tín hiệu Điều này làm giảm độ chính xác của các kết quả phép

đo Do có sự chồng lấn dải phổ giữa tín hiệu ICG và thành phần nhiễu thở, việc loại bỏ thành phần nhiễu này gặp rất nhiều khó khăn Trên thế giới, phương pháp loại bỏ thành phần nhiễu này có thể chia thành hai nhóm: nhóm không sử dụng tín hiệu thở làm tham chiếu và nhóm

có sử dụng tín hiệu thở làm tham chiếu

Ưu điểm của các phương pháp trong nhóm thứ nhất là đơn giản Tuy nhiên, nhóm này chỉ hiệu quả khi tín hiệu ICG và nhiễu thở không (hoặc ít) chồng phổ Điều này là không dễ gặp trong thực tế

Nhóm phương pháp thứ hai có thể lọc nhiễu thở hiệu quả ngay cả khi có sự chồng phổ mạnh Tuy nhiên, tín hiệu tham chiếu dạng này

hiện được thu bởi các thiết bị bổ sung như cảm biến luồng khí ở mũi hoặc hệ điện cực đo trở kháng phổi Các thiết bị này gây nên sự bất tiện và phức tạp trong quá trình đo Ngay cả khi tín hiệu tham chiếu là tín hiệu trở kháng phổi, thành phần này cũng không thể phản ánh chính xác nhiễu thở trong phép đo ICG Do đó, việc lọc nhiễu khó đạt hiệu quả cao và độ chính xác cao Hạn chế này cho thấy sự cần thiết của việc nghiên cứu sâu về nhiễu thở và đề xuất các phương pháp lọc nhiễu thở hiệu quả và tiện dụng

1.5 Kết luận chương

Chương 1 trình bày các cơ sở lý thuyết quan trọng nhất về cung lượng tim và phương pháp tim đồ trở kháng ngực Trên cơ sở phân tích những tồn tại của kỹ thuật thu nhận tín hiệu ICG, tác giả khu trú lại các vấn đề cần giải quyết trong luận án gồm:

− Cần phát triển một giải pháp thu nhận và giải điều chế tín hiệu ICG theo phương pháp số để nâng cao hiệu quả và độ chính xác

− Cần đề xuất và đánh giá một số vị trị đặt điện cực thay thế vị trí đặt điện cực chuẩn trong trường hợp bị chồng lấn

− Cần xác định các đặc trưng của nhiễu thở trong phép đo tín hiệu ICG và phát triển giải pháp giảm ảnh hưởng của nhiễu thở trong

kỹ thuật đo CO bằng tín hiệu ICG

Đặc biệt, kết quả nghiên cứu liên quan đến việc khảo sát và đánh giá các phương pháp lọc nhiễu thở ở Chương 1 đã được tác giả tổng hợp

và công bố trong [CT1]

CHƯƠNG 2 NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ TÍNH ỨNG DỤNG

CỦA HỆ THỐNG THU NHẬN TÍN HIỆU ICG

Chương này của luận án trình bày hai giải pháp khắc phục những vấn đề còn tồn tại của phương pháp tim đồ trở kháng ngực đã được chỉ

ra trong Chương 1 Cụ thể, nội dung thứ nhất là một giải pháp cải tiến

hệ thống thu nhận tín hiệu ICG với kỹ thuật số hóa trực tiếp tại đỉnh tín hiệu sóng mang tần số cao Nội dung thứ hai là quá trình đề xuất

và đánh giá một số vị trị đặt điện cực thay thế cho vị trí chuẩn khi vị trí này bị chiếm dụng bởi các ống thông tĩnh mạch

2.1 Đề xuất mô hình thu nhận tín hiệu ICG mới

Để đo tín hiệu ICG một cách hiệu quả và chính xác, tác giả đề xuất một mô hình hệ thống thu nhận mới Ý tưởng được xây dựng dựa trên hai cơ sở: (1) phép đo trở kháng ngực được thực hiện bằng việc giải

điều chế biên độ tín hiệu điện áp thu từ điện cực và (2) dải tần tín hiệu trở kháng là đủ thấp so với tần số sóng mang để tín hiệu thu từ các điện cực gần như là chuỗi các hình sin Khi đó, tín hiệu băng gốc (tỷ

lệ với trở kháng ngực) có thể được thu bằng cách lấy mẫu rồi lượng tử hóa các đỉnh sóng của tín hiệu điều chế Việc định vị đỉnh được thực hiện bằng cách kết hợp một mạch phát hiện điểm 0 với một bộ định thời, như minh họa trên Hình 2.2 Phương thức này cho phép ta thực hiện việc số hóa và giải điều chế biên độ một cách đồng thời Hệ thống được triển khai chi tiết trong Hình 2.4

Tín hiệu điều chế Đầu ra bộ phát hiện điểm 0

Lấy mẫu dữ liệu ở các đỉnh không liên tiếp

Hình 2.2 Tín hiệu điều chế và các điểm lấy mẫu tại đỉnh

Khối thu nhận theo phương án đề xuất

Vi điều khiển 32-bit

Định thời

Bộ xử lý chính

16-bit ADC

Input Trigger OutputDATA Điện

cực ICG

Khối phân tích, xử lý

dữ liệu phía sau

Dữ liệu số

Hình 2.4 Mô hình hệ thống thu nhận tín hiệu ICG đề xuất

Hệ thống có ba khối chính Đầu tiên, khối mạch tương tự khuếch đại tín hiệu điện áp thu được từ cơ thể bệnh nhân lên đủ lớn rồi lọc thông cao để loại bỏ các dải tần không mong muốn (điện áp lệch một chiều, nhiễu điện lưới 50 Hz, tín hiệu điện tim và điện cơ) Tiếp theo, khối mạch số hóa và giải điều chế bao gồm hai phần tử chính là một bộ so

sánh tương tự và một bộ ADC 16-bit Bộ so sánh tương tự được thiết lập ngưỡng so sánh ở 0 V để nhận biết các điểm 0 của tín hiện hình sin đầu vào và xuất tín hiệu xung vuông ở đầu ra Cuối cùng, một vi điều khiển 32-bit căn cứ vào xung vuông để điều khiển bộ ADC lấy mẫu tín hiệu tại đỉnh sóng và xử lý tín hiệu sau lượng tử hóa để tính

Z, Z0 và ΔZ Bộ định thời trong vi điều khiển được sử dụng để tạo ra các khoảng trễ bằng đúng 1/4 chu kỳ của sóng mang

Việc số hóa đỉnh có thể được thực hiện liên tiếp hoặc ngắt quãng để giảm tải cho khâu xử lý Ngay cả khi thực hiện ngắt quãng, dữ liệu thu được vẫn phản ánh tốt đường bao biên độ do tần số sóng mang là quá lớn so với tín hiệu băng gốc Việc tính trung bình độ cao nhiều đỉnh cũng có thể được thực hiện để giảm nhiễu

Hệ thống thu nhận tín hiệu ICG mới đề xuất được đánh giá theo phương pháp đối chứng Thiết bị đối chứng là thiết bị đo CO Niccomo của hãng Medis Đối tượng đo là thiết bị tạo trở kháng ngực giả lập Niccomo ICG simulator của cùng hãng Cả hệ thống mới đề xuất và thiết bị tham chiếu đều được cấu hình với tần số nguồn dòng là 85 kHz

và tốc độ lấy mẫu tín hiệu sau giải điều chế là 200 SPS để việc so sánh được chính xác

Để đánh giá kết quả, tác giả sử dụng hai chỉ tiêu thống kê thường được sử dụng để so sánh mức độ khớp giữa hai phép đo, gồm: (1) sai

số bình phương trung bình gốc, ký hiệu là RMSE (root mean squared error) và (2) sai số bình phương trung bình gốc tương đối RMSPE (root mean squared percentage error) Tác giả tiến hành đo 10 lần, mỗi lần trích xuất ra 7.000 mẫu (tương đương 35 giây) bằng cả hai hệ thống Sau đó, dữ liệu ra được dùng để tính toán các chỉ số trên Tín hiệu thu được được minh họa trên Hình 2.11 và Hình 2.12

Hình 2.11 Tín hiệu thu bởi hệ thống đề xuất

Hình 2.12 Tín hiệu thu bởi thiết bị đối chứng

Kết quả về chỉ số RMSE như sau: RMSETB = 0,0350; RMSEmin = 0,0272; RMSEmax = 0,0427; |RMSEmax– RMSEmin| = 0,0155 Như vậy, sai số bình phương trung bình gốc có sự biến động nhỏ, không có sự tăng giảm đột biến, hệ thống mới đề xuất hoạt động ổn định và tin cậy Kết quả về sai số bình phương trung bình gốc tương đối: RMSPETB = 13,66%; RMSPEmin = 10,23%; RMSPEmax = 16,77% Chỉ số này nằm trong phạm vi từ 10% đến 20% nên hệ thống mới đề xuất được đánh giá là có chất lượng tốt so với thiết bị tham chiếu

2.2 Đề xuất các vị trí đặt điện cực mới để thu nhận tín hiệu ICG

Việc đề xuất các vị trí đặt điện cực mới được tác giả thực hiện dựa trên hai cơ sở: kiến thức về giải phẫu sinh lý người và mô hình toán học của vùng ngực đã được sử dụng để xây dựng phương trình tính thể tích nhát bóp SV Ba vị trí đặt điện cực thay thế cho vị trí chuẩn (khi vị trí chuẩn bị chiếm dụng) được thể hiện trên Hình 2.14

Hình 2.14 Minh họa các vị trí điện cực đề xuất

− Vị trí số 1: các cặp điện cực phía trên đặt tại hai bên của gốc cổ, phía trên động mạch cảnh chung trái và phải

− Vị trí số 2: các cặp điện cực phía trên được đặt ở khoảng giữa của xương đòn, phía trên động mạch dưới đòn trái và phải

− Vị trí số 3: điện cực phía trên được đặt tại vị trí của động mạch cánh tay, ngay phía dưới nách Khoảng cách giữa 2 điện cực được

cố định bằng pad như phương án sử dụng của điện cực chuẩn Trong cả ba vị trí mới đề xuất, các điện cực dưới được dịch chuyển xuống với khoảng cách bằng với khoảng cách dịch chuyển các điện cực trên, tính từ vị trí chuẩn

Tác giả tiến hành đo và đánh giá từng vị trí đặt điện cực mới với vị trí chuẩn bằng thiết bị Niccomo và 10 tình nguyện viên khỏe mạnh Các điện cực được gắn lên tất cả các vị trí đo, bao gồm một vị trí tiêu chuẩn và ba vị trí mới đề xuất như trên Hình 2.15 Để so sánh giữa kết quả của vị trí đề xuất và kết quả từ vị trí chuẩn, tác giả sử dụng một

bộ chuyển mạch đa kênh để đảm bảo thời gian chuyển đổi giữa vị trí điện cực đề xuất và vị trí chuẩn là không đáng kể

Quá trình chuyển đổi và ghi đo lại dữ liệu được lặp lại liên tục và luân phiên ba lần với mỗi vị trí gắn điện cực Dữ liệu thu được trên các tình nguyện viên bao gồm dạng sóng tín hiệu ICG, năm thông số huyết động gồm HR, Z0, LVET, SV và CO Dữ liệu về dạng sóng ICG được trích xuất từ thiết bị trong khi các thông số huyết động được ghi chép lại bằng tay

Hình 2.15 Vị trí đề xuất và vị trí điện cực chuẩn đo trên thiết bị Niccomo

Với mỗi thông số huyết động, tác được ghi lại giá trị trung bình của

ba lần đo cho vị trí gắn điện cực chuẩn; giá trị trung bình của ba lần

đo cho vị trí gắn điện cưc đề xuất; và giá trị độ lệch trung bình giữa hai vị trí gắn điện cực Độ tin cậy của các thông số huyết động đo tại các vị trí gắn điện cực mới được đánh giá bởi: (1) biểu đồ phân tán và

hệ số quyết định R2 và (2) sự phù hợp (agreement) Bland-Altman của thông số đo

Tác giả kiểm định mối quan hệ tuyến tính giữa kết quả đo ở vị trí đề xuất và vị trí điện cực chuẩn; từ đó, đưa ra các công thức hiệu chỉnh thông số phù hợp cho từng vị trí Kết luận được quyết định thông qua hai tham số thống kê là hệ số xác định R2 và giá trị p (với giá trị p được tính từ phân phối t-test) Ngoài ra, tác giả cũng đánh giá thông qua một

số thông số phụ khác như chênh lệch tuyệt đối trung bình và chênh