PHẦN 4: ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUANG PHỔ TÍN HIỆU TIM LOẠN NHỊP
4.2. Phần mềm ứng dụng phân tích tín hiệu tim loạn nhịp
4.2.3. Mô tả phần mềm
4.2.3.1 Định dạng dữ liệu đầu vào
PM Kubios HRV hỗ trợ các định dạng file đoạn RR sau. Đầu tiên, 2 file dữ kiệu là SUUNTO SDF/STE và POLAR HRM đƣợc sử dụng để hiển thị nhịp tim. Các file dữ liệu được phân tích và chú ý rằng các đoạn RR phải được đo/lưu trữ dưới dạng beat-beat. Thêm nữa, file text ASCII hiển thị các giá trị đoạn RR cũng đƣợc sử dụng. File ASCII đầu vào có thể bao gồm giá trị đoạn RR hoặc dữ liệu ECG trong 1 hoặc 2 định dạng cột. Giá trị các đoạn RR có thể đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
Loại 1 Loại 2
0.232 0.711 0.759 0.322 1.583 0.690 0.126 2.151 0.702 0.422 2.628 0.712 0.569 3.969 0.773 ...
Giá trị đoạn RR trên đƣa ra theo đơn vị (s), cũng có thể theo (ms)
4.2.3.2 Giao diện người sử dụng
Phần mềm phân tích HRV đƣợc phát triển hoạt động với giao diện đồ họa.
Giao diện windown đƣợc chỉ ra trong hình 4.6. Giao diện đƣợc chia ra làm 4 phần: 1) Tùy chọn chuỗi RR ở góc trên bên trái, 2) Hiển thị dữ liệu ở góc trên bên phải, 3) Lựa chọn phân tích ở góc dưới bên trái, 4) Hiển thị kết quả ở góc dưới bên phải.
57 Hình 4. 7. Giao diện đồ hòa của phần mềm phân tích HRV
Tùy chọn chuỗi RR
Tùy chọn chuỗi RR đƣợc chỉ ra trong hình 4.7 bao gồm 3 chức năng: Hiệu chỉnh mô phỏng, Phân tích mẫu, và thành phần loại bỏ. Tùy chọn hiệu chỉnh mô phỏng có thể được sử dụng để hiệu chỉnh lại chuỗi RR bị sai lệch. Người sử dụng có thể chọn các mức điều chỉnh rất thấp, thấp, trung bình, mạnh và rất mạnh. Thêm nữa, mức độ tùy chỉnh theo (s) có thể đƣợc cài đặt. Sự tùy chỉnh đƣợc làm trên chuỗi RR được hiển thị trên trục đoạn RR. Để thực hiện tùy chỉnh ấn vào nút Apply. Phương pháp nội suy bậc 3 từng phần đƣợc sử dụng trong hiệu chỉnh. Ta cũng có thể khôi phục lại trước khi tùy chỉnh bằng cách ấn vào nút Undo hay không lựa chọn mức hiệu chỉnh. Ta nên chú ý rằng hiệu chỉnh mô phỏng các giá trị sai lệch hoặc thiếu vào chuỗi RR bằng phép nội suy có thể gây ra nhiễu kết quả phân tích.
58 Hình 4. 8. Giao diện các tùy chọn chuỗi RR
Ví dụ tùy chỉnh tín hiệu mô phỏng được chỉ ra trong hình 4.8. Trong trường hợp này, Mẫu đoạn RR đƣợc phân tích bao gồm hai thành phần lạ rõ ràng. Để loại bỏ các thành phần lạ này ta sẽ chọn tùy chỉnh mức trung bình. Hiệu quả của tùy chỉnh được kiểm tra từ giao diện người sư dụng, VD: Chuỗi được hiệu chỉnh không rõ ràng trên đầu của chuỗi RR thô có thể thấy từ hình 4.9 (a). Mức độ hiệu chỉnh có thể đƣợc chấp nhận và thực hiện hiệu chỉnh bằng cách ấn nút Apply. Chuỗi đƣợc hiệu chỉnh đƣợc chỉ ra trong hình 4.9 (b). Có thể nhìn thất từ đánh giá phổ trong hình 4.9(a) và (b), Sự hiệu chỉnh của một số thành phần lạ ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả phân tích. Vì vậy, các thành phần lạ phải được chú ý trước khi phân tích HVR.
Trong ví dụ đối với các thành phần lựa chọn phân tích của chuỗi RR đƣợc phân tích có thể đƣợc hiệu chỉnh bằng cách thêm hoặc loại bỏ các mẫu và thay đổi thời gian bắt đầu hay độ dài của mẫu. Nếu nhiều hơn 1 mẫu đƣợc chọn, phân tích mẫu có thể đƣợc hoàn thành đồi với các mẫu đơn đƣợc tách ra hay gộp các mẫu thành một mẫu dài trước khi phân tích. Sự lựa chọn này được hiển thị trên trục của chuỗi RR khi nhiều mẫu đƣợc chọn. Điểm bắt đầu và chiều dài của mẫu có thể cũng bị thay đổi do việc di chuyển/định lại kích thước mảng trên chuỗi RR.
59
60 Hình 4. 9. Hiệu chỉnh thành phần lạ: (a) Chuỗi đã hiệu chỉnh thành phần lạ được
quan sát trên đầu của chuỗi RR thô. (b) chuỗi RR đã được hiệu chỉnh.
Đôi khi chuỗi RR bao gồm thành phần khuynh hướng đường cơ bản tần số thấp gây nhiễu. Tùy chọn khử khuynh hướng có thể được sử dụng để loại bỏ thành phần gây nhiễu này. Tùy chọn khử khuynh hướng bao gồm các mức loại bỏ thứ nhất, thứ hai, thứ ba theo định hướng tuyến tính hay có thể loại bỏ thành phần nhiễu theo phương pháp được gọi là làm phẳng trước (Smoothness priors). Phương pháp ưu tiên làm phẳng này cơ bản là một bộ lọc thông cao theo thời gian và tần số cắt của nó có thể đƣợc điều chỉnh với thông số Lambda (Nếu tần số lớn hơn giá trị Lambda thì chế độ làm phẳng sẽ không đƣợc thực hiện). Tần số cắt ƣớc lƣợng đối với giá trị Lambda đƣợc đƣa ra thể hiện bên cạnh giá trị Lambda lựa chọn. Hơn nữa, thành phần bị loại bỏ từ chuỗi RRi đƣợc chỉ ra trên thành phần đƣợc lựa chọn từ chuỗi RR nhƣ dòng màu đỏ.
61 Khối hiển thị dữ liệu đƣợc chỉ ra trong hình 4.10 hiển thị chuỗi RR đƣợc đo.
Dữ liệu đoạn RR có thể đƣợc cuộn lại với thanh trƣợt và phạm vi trục có thể đƣợc thay đổi bằng cách sửa giá trị phạm vi. Chuỗi RR hiển thị chế độ có thể đƣợc thay đổi bằng các nút bên tay phải của trục RR. Hơn nữa, giới hạn Y của trục có thể đƣợc thay đổi bằng cách chỉnh sửa các box edit phía bên tay trái của trục. Ta có thể nhìn thấy đƣợc dữ liều của đoạn RR, trục đoạn RR cũng hiển thị sự hiệu chỉnh các thành phần lạ.
Hình 4. 10. Khối hiển thị dữ liệu trên giao diện chính
Các mẫu đƣợc chọn (đánh dấu vàng trên trục RR) có thể đƣợc điều chỉnh bằng chuột nhƣ sau. Mỗi mẫu có thể đƣợc di chuyển bằng cách nhắp nó từ giữa với chuột trái và định lại kích cỡ bằng cách nhắp nó từ góc trái hay phải. Có thể thêm một mẫu mới từ vị trí đặc biệt trong chuỗi RR bằng cách click chuột phải trên trục RR. Mẫu mới sẽ bắt đầu ngay khi click và chiều dài của mẫu mới đƣợc mặc định tương tự như mẫu trước. Sau khi click chuột phải trên trục RR một cửa sổ popup nhỏ sẽ mở ra, thời gian bắt đầu mẫu và chiều dài mẫu có thể đƣợc chấp nhận/điều chỉnh.
Khi nhiều hơn 1 mẫu đƣợc chon, một mẫu có thể loại bỏ bằng cách click chuột phải.
Khối tùy chọn phân tích đƣợc chỉ ra trong hình 4.11 bao gồm ba phần: Băng tần, Nội suy chuỗi RR, và đánh giá phổ. Tất cả các tùy chọn này có liên quan đến phân tích miền tần số. Tần số rất thấp (VLF), tần số thấp (LF), tần số cao (HF) là các dải tần của phân tích HRV trong miền thời gian có thể đƣợc điều chỉnh bằng cách sửa các giá trị VLF, LF, và HF. Các giá trị mặc định đối với các dải tần là VLF: 0–
62 0.04 Hz, LF: 0.04–0.15 Hz, và HF: 0.15–0.4 Hz. Giá trị mặc định của các dải tần có thể đƣợc khôi phục bằng cách ấn vào nút Defauls.
Chuỗi RR là chuỗi lấy mẫu không đều, nhờ đó phương pháp đánh giá phổ không thể đƣợc ứng dụng trực tiếp. Trong phần mềm này, vấn đề này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp nội suy để chuyển đổi chuỗi RR thành dạng lấy mẫu cách đều. Theo phương pháp nội suy thì phương pháp nội suy bậc 3 được sử dụng.
Tốc độ lấy mẫu của phép nội suy có thể đƣợc điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ nội suy. Tốc độ mặc định của phép nội suy là 4 Hz.
Hình 4. 11. Khối tùy chọn phân tích trên giao diện chính
Phổ của mẫu đoạn RR lựa chọn được tính toán bằng cả 2 phương pháp đồ thị hàm số Welch (Phổ FFT) và phương pháp dựa trên mô hình tự hồi quy (phổ AR).
Theo phương pháp đồ thị hàm số Welch cửa sổ sử dụng rộng và chồng lên nhau có thể điều chỉnh bằng cách sửa các giá trị tương ứng. Giá trị mặc định đồi với của sổ rộng là 256 giây và chồng lấp mặc định lên nhau là 50 % (tương ứng là 128 giây).
Theo phổ AR, có 2 tùy chọn có thể lựa chọn. Đầu tiên, thứ tự của các mô hình AR sử dụng có thể đƣợc chọn. Giá trị mặc định thứ tự model là 16, nhƣng thứ tự model thường nhỏ hơn 2 lần so với số lượng đỉnh của phổ trong dữ liệu tín hiệu. Tùy chọn thứ 2 là trong bất cứ trường hợp nào sử dụng thừa số (factorization) phổ trong đánh giá phổ AR. Theo sự tìm thừa số (factorization ) phổ AR đƣợc chia ra thành nhiều thành phần và các đánh giá năng lƣợng của mỗi thành phần là đƣợc sử dụng cho năng lƣợng dải tần. The factorization, tuy nhiên, có vài vấn đề nghiêm trọng có thể
63 gây nhiễu kết quả. Vấn đề chính là lựa chọn thứ tự model theo cách chỉ có một thành phần AR sẽ là kết quả trong mỗi băng tần và, vấn đề thứ hai là giá trị năng lƣợng âm có thể tạo ra các thành phần AR có khoảng trống gần nhau. Nhờ đó, lựa chọn mà không sử dụng tìm thừa số (factorization ) trong phổ AR chắc chắn là thiết thực hơn.
Kết quả khi phân tích mẫu đoạn RR đƣợc chọn hiển thị trong bảng hiển thị kết quả. Kết quả đƣợc chia thành kết quả của miền thời gian, miền tần số và phi tuyến tính. Kết quả của mỗi phương pháp được hiển thị bằng cách ấn vào nút tương ứng trên đầu của khối hiển thị kết quả. Kết quả mặc định tự động cập nhật bất cứ khi nào mẫu hay tùy chọn phân tích đƣợc thay đổi. Cập nhật kết quả có thể bị thời gian chi phối đối với các mẫu dài hơn và trong trường hợp đó thì phần mềm không thể cập nhật tự động nếu không kiểm soát box check tự động ở góc dưới bên trái của giao diện. Khi không kiểm tra, một hay nhiều sự thay đổi tùy chọn có thể đƣợc thực hiện mà không làm hỏng cập nhật và khi kết thúc với các sự thay đổi, nút Apply có thể đƣợc ấn để cập nhật các kết quả.
Xem kết quả miền thời gian đƣợc chỉ ra trong hình 4.12 hiển thị các giá trị miền thời gian trong bảng và đoạn RR & đồ thị nhịp tim đƣợc hiển thị trên 2 trục.
Hầu hết các kết quả được tính toán từ chuỗi RR khử khuynh hướng (nếu khử khuynh hướng được ứng dụng), nhưng đó là hai sự loại bỏ rõ ràng (ví dụ: đoạn RR trung bình và HR trung bình) đƣợc đánh dấu *.
Hình 4. 12. Giao diện hiển thị kết quả miền thời gian.
Kết quả miền tần số đƣợc chỉ ra trong hình 4.13 hiển thị kết quả của cả 2 phương pháp đánh giá phổ FFT và AR. Cả 2 phương pháp này đều áp dụng chuỗi
64 RR khử khuynh hướng. Phổ của cả 2 phương pháp này được biểu diễn trên 2 trục (phổ FFT bên trái và phổ AR bên phải). Trục tần số của phổ đƣợc cố định từ 0 HZ đến giới hạn trên của băng tần HF + 0.1Hz. Vì thế, dải tần tần số mặc định cài đặt trên trục tần số là 0 – 0.5 Hz. Trục năng lƣợng của phổ có thể đƣợc điều chỉnh với tùy chọn ở góc trên bên trái của xem kết quả miền tần số. Trục năng lƣợng có thể được chọn cả thông thường hoặc chia trên trục Y. Nếu Y-limit được chon, nó có thể cũng được điều chỉnh ở trong hộp edit dưới nút chọn.Ttrục năng được chọn lựa chọn ứng dụng cho bản báo cáo. Kết quả của cả 2 loại phổ được hiển thị trong bảng dưới trên trục phổ tương ứng.
Hình 4. 13. Giao diện hiển thị kết quả miền tần số.
Kết quả phi tuyến tính đƣợc chỉ ra trong hình 4.14, hiển thị tất cả các giá trị phi tuyến tính đƣợc tính toán trong 1 bảng. Tất cả các giá trị đƣợc tính toán từ chuỗi RR không khử khuynh hướng gốc. Đồ thị Poincaré và kết quả DFA cũng được thể hiện dưới dạng đồ thị trên 2 trục. Đối với đồ thị Poincaré (trục bên tay trái), các đoạn RR kế tiếp đƣợc vẽ đồ thị bởi các vòng màu xanh và giá trị SD1 và SD2 thu đƣợc từ kỹ thuật làm phù hợp elip đƣợc biểu diễn. Đối với đồ thị DFA (trục bên phải), sự bất thường được loại bỏ F(n) được biểu diễn như chức năng của n trong phạm vi log-log và đường dốc đối với sự thay đổi bất thường của các kỳ ngắn và kỳ dài α1 và α2, tương ứng, được chỉ ra.
65 Hình 4. 14. Khung theo dõi kết quả phi tuyến tính.
Các menu và nút công cụ đƣợc bố trí trên góc trái trên của giao diện. Có 3 menu và 7 nút công cụ. Biểu tƣợng của nút công cụ và hoạt dộng của nó đƣợc đƣa ra bên dưới
Nút mở dữ liệu mới để phân tích. Nếu kết quả của phân tích hiện tại chƣa đƣợc lưu, người sử dụng sẽ được nhắc nhở.
Nút lưu kết quả phân tích. Kết quả có thể được lưu dưới các định dạng file ASCII, PDF, và MATLABr MAT (chỉ ra chi tiết trong Section 4.3)
Nút in kết quả để in kết quả hiện tại khi không mở bản cửa sổ báo cáo.
Nút Bảng báo cáo mở một hay vài cửa sổ Bảng báo cáo bao gồm các kết quả phân tích (chỉ ra chi tiết trong Section 4.3.2)
Nút thiết lập cài đặt mở ra một cửa sổ mà bạn có thể chỉnh sửa thông số trong đó. VD: thay đổi giá trị mặc định cho tùy chọn phân tích (chỉ chi tiết trong Section 4.4).
Nút giới thiệu về phần mềm phân tích HRV mở ra hộp thoại có ghi thông tin về số Version và thông tin liên lạc. Về đăng kí bản quyên cũng có thể đƣợc chỉ ra trong hộp thoại.
66 Nút hướng dẫn sử dụng PM Kubios HRV mở ra tài liệu hướng dẫn sử dụng Kubios HRV. mặc định của hệ thống là sử dụng file PDF.
Nút đóng file để đóng file dữ liệu hiện tại. Nếu kết quả của phân tích hiện thời chưa được lưu, người sử dụng sẽ được nhắc để làm điều đó.
Tất cả các chức năng trên luôn có sẵn trên menu. Menu File bao gồm Open, Save Results, Save Results As, Print Results, Edit Prefences, Close, và lệnh Quit.
Lệnh Open, Save Results, Edit Prefences, Close hoạt động tương tự như các nút công cụ. Sự khác nhau giữa Save và Save As là khi kết quả thực sự đƣợc ghi, Lệnh Save sẽ tự động ghi đè lên kết quả cũ, trái lại lệnh Save As yêu cầu người sử dụng đặt một tên file mới. Lệnh Quit trong menu file để thoát khỏi phần mềm. Menu View bao gồm lệnh Report Bảng làm việc tương tự như nút công cụ tương ứng. Cuối cùng, menu Help bao gồm lệnh giới thiệu về phần mềm phân tích HRV mở ra hộp thoại giống nhƣ nút trên thanh công cụ.
4.2.3.3 Lưu các kết quả
Kết quả phân tích có thể được lưu bằng cách chọn Save Results hoặc Save Results As từ menu File hay bằng cách ấn nút Save trên toolbar. Nó sẽ mở một hộp thoại để thiết lập lưu file: loại file lưu có thể được lựa chọn. Đó là loại file lưu kết quả khác nhau có thể được lưu. Kết quả có thể được lưu dưới dạng file text ASCII để có thể kiểm tra kĩ hơn, Report Bảngs được tạo ra từ kết quả có thể được lưu dạng file PDF, hay kết quả có thể được lưu trong MAT-file MATLABr.
Khi loại file text ASCII được chọn để lưu trữ, kết quả số phân tích sẽ được ghi trong file text ASCII. File text lưu kết quả bao gồm các thông tin theo thứ tự sau:
1. Phần mềm, người sử dụng và thông tin file dữ liệu 2. Các thông số phân tích đƣợc sử dụng
3. Mẫu đƣợc lựa chọn để phân tích 4. Các kết quả miền thời gian 5. Các kết quả miển tần số 6. Các kết quả phi tuyến tính
7. Dữ liệu đoạn RR và đáng giá phổ
67 Các cột của file đƣợc chia ra bằng các dấu chấm phẩy, vì vậy các kết quả được đưa vào dễ dàng, VD: chương trình bảng điện tử như Microsoft Excel
Phần mềm tạo ra một Bảng báo cáo có thể in đƣợc, nó biểu diễn tất cả kết quả đƣợc phân tích. Bảng báo cáo đƣợc chỉ ra trong hình 4.15, bao gồm tất cả các kết quả phân tích của miền thời gian, miền tần số, và phi tuyến tính. Dữ liệu đoạn RR và mẫu đƣợc chọn để phân tích đƣợc biểu diễn trên 2 trục phía trên cả 2 Bảng và các kết quả phân tích phía dưới chúng. Nếu có nhiều mẫu phân tích được chọn, mỗi Bảng báo cáo đƣợc tạo ra cho mỗi mẫu.
Khi các kết quả lưu được chọn, các Bảng báo cáo có thể được lưu dưới dạng file PDF bằng cách lựa chọn cấu hình báo cáo khi lưu trong hộp thoại. Trong trường hợp này, các Bảng báo cáo sẽ không được hiển thị, nhưng sẽ được lưu trong file PDF đƣợc chọn. Nếu bạn muốn nhìn thấy Bảng báo cáo hay truy xuất nó thành định dạng file khác chọn Bảng báo cáo từ menu View hay ấn vào nút công cụ tương ứng. Sau đó một cửa sổ Bảng báo cáo sẽ đƣợc mở ra để xem.
Cửa sổ Bảng báo cáo bao gồm 7 nút công cụ và các menu File và menu Page góc trên bên trái của cửa sổ. Biểu tƣợng nút công cụ và hoạt động của chúng đƣợc trình bày ở dưới