Phát triển phương pháp phân tích định lượng tín hiệu iemg chi trên hỗ trợ chẩn đ

BỌ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM MẠNH HÙNG PHÁT TRIÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG TIN HIEU iEMG CHI TREN HO TRO’ CHAN ĐOÁN BỆNH LÝ LUAN AN TIEN SI KY THUAT DIEN TU’ Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA HA NOI PHAM MANH HUNG PHÁT TRIÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG TIN HIEU iEMG CHI TREN HO TRO’ CHAN DOAN BENH LY Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 62520203 LUẬN ÁN TIÉN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DÃN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYEN VAN KHANG Hà Nội - 2016 li LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Giáo viên hướng dẫn Tác giả PGS.TS Nguyễn Văn Khang Phạm Mạnh Hùng iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới thầy hướng dẫn khoa học PGS. Thầy là người đã định hướng cho tôi triển khai các ý tưởng khoa học, luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn GS. Nguyễn Đức Thuận, các Anh, Chị, em và các bạn đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Điện tử & Kỹ thuật y sinh, Viện Điện Tứ - Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện, định hướng, giúp đỡ và động viên để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Đặc biệt tôi xin cảm ơn Bộ môn Công nghệ Điện tử & Kỹ thuật Y sinh, Bộ môn Điện tử & Kỹ thuật máy tính viện Điện Tử - Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Phòng xét nghiệm Điện cơ đồ Bệnh viện Lão Khoa Trung Ương đã giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu và các góp ý định hướng nghiên cứu đề tôi hoàn thành tốt công trình nghiên cứu của mình. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Viện Dao tao Sau đại học và viện Điện Tử - Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi cũng xin cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu EMGLabvn đã hỗ trợ và tham gia với tôi trong việc triển khai các thí nghiệm đo lường, phân tích tín hiệu tại các CƠ SỞ ÿ tế và phòng thí nghiệm. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người thân luôn động viên về tỉnh thần, thời gian và vật chất dé tôi có động lực trong công việc và nghiên cứu khoa học. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Phạm Mạnh Hùng iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIET TẮT.--c---e¿ ix DANH MUC BANG weneesssssseessssssssseeesessssnseeseesessneeeessesnnaneeessesnnaesess xi DANH MUC HINH. 1 Mile dich: Cua DShiGh WU vivcccsscssereneesarvrceracenceenmumenaxenrnunanmemnrenesececes 1 Mục tiêu nghiên Cứu Của ÏUẬN đH.

--- 5 +: + 5+ + Set veseseeeserreresrersvs 3 Các vấn đề cân giải quyết của luận án.----c-cce©ccseccxeeecxeecrsesrrveee Ø Phạm vi nghiên: cứu của luận:ẨT ;::s;s;:zz:zccszssedtElSö1110666163166841003834445003888 385 4 I400011589001: 4 Cấu trúc luận án.c¿ccccccececeeeeeereriiiirirrrereereieeerried 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.2- 22 ©+©cceccscrsecreecrs 6 Các đóng góp chính của luận án. -¿--- ¿- %S4 *31tEỲhnHỲH Htnrig 6 CHUONG I. TÍN HIỆU ĐIỆN CƠ - ỨNG DỤNG LÂM SÀNG. Sinh lý đơn vị vận động và nguồn sốc tín hiệu điện cơ.

Tom lược giải phẫu hệ thân kinh - €Ơ. Tóm lược về giải phẫu €0 VÂN. Tóm lược về giải phẫu của thân kinh vận động. Đơn Vị VẬN (ÏỘIE.5, Nguồn gốc của tín hiệu đÏÏỆH CƠV.- 5S: +St + +sx+eErsrxeeeeerreeeve 14 1.

Phản ứng hóa điện của synap thần kinh - cơ. Ứng dụng điện cơ đồ trong lâm sàng .2- 2 se+s£2xe+xetxe2 16 1. BEM YOU nga. Xét nghiệm điện cơ đồ 1.

Các khái niệm của tín hiệu iEMG dùng trong chẩn đoán. Điện thế:kim:đẦMsssisssnissotiisotiiitigiBiBiG00. Điện thế tự phát. Điện thế hoạt động của đơn vị vận động.

Tín hiệu kết tập điện thế hoạt động. Dấu hiệu bệnh lý trong tín hiệu IEMG ở các chỉ. Phương pháp phân tích định lượng tín hiệu điện cơ. Các kỹ thuật QEMG đang được ứng dụng hiện nay.

Két ChUONG hố. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP DE TIEN XU LY TÍN HIỆU iEMG CHI. Thu nhận và các thông số cơ bản của tín hiệu điện cơ. Phương pháp thu nhận tín hiệu E⁄MC.---- 5-5 se<+s>+esec+erses 30 2;1:1:1: Thu ribấn tín hiệu sElMG ;sccccoreordieigfstiagtotodgisttogtitotgzosstee 31 2.

Thu nhận tín hiệu 1EÌM. Đặc tính của tín hiệu E:ÌMC. Các yếu tố gây suy giảm chất lượng tín hiệu EMG. Suy giảm chất lượng do mạch thu nhận 2.

Các giải pháp tăng cường tín hiệu EMG bằng phần cứng. Khảo sát khả năng triệt nhiễu của mạch đo. Mô tá thiết kế của mạch đo khảo sát tín hiệu EMG. Khối khuếch đại và triệt nhiễu đồng pha 2.

Khối các bộ loc trong tif. Khối chuyền đổi tương tự - số tín hiệu. Khối cách ly nguồn với đối tượng đo. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiêu lên tín hiệu đo.

Giải pháp tiền xử lý tín hiệu iEMG số. Phân tích lựa chọn loại bộ lọc 44 2. So sánh giải pháp lựa chọn với giải pháp thường dùng. KẾT chương.

PHÁT TRIÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG TÍN HIỆU ¡EMG CHỊ. Dat VAN AG sce cececceccseesecssessecssessecsecsucssecsucssssecsuessussecsuesavesecsuessecsneeaneneceee 51 3. Phat triển phương pháp tự động xác định các thành phần có ý nghĩa trong tín hiệu EM GhỈ:zesztretatottettstittdtrtitiiittfGEHGSRSTDESGX 0S DGHNGRSIRWNRGii8AittA 55 3. Một số giải pháp phân tách các APS đã được giới thiệu.

Phương pháp 1: Phân tách APS sử dụng cửa số có định. Phương pháp 2: Phân tách APS sử dụng tín hiệu Trigơ. Phương pháp 3: Phan tach APS sir dụng biến đổi Wavelet. Phương pháp 4: Phan tach APS sir dung tín hiệu biến động.

Đánh giá các phương pháp phân tách đã được giới thiệu 3. Phương pháp tự động xác định các thành phân có ý nghĩa chẩn đoán được phiát trÏỂH. Tirdong xae dinh cae APS). acess aces aueun aa au ae ae 62 3.

Tự động xác định các điểm uốn trên sóng tín hiệu ïEMG. Tự động lấy các APS có ý nghĩa chân đoán. Đề xuất bộ thông số định lượng tín hiệu iEMG chỉỉ. Các thông số định lượng tính từ các tham số APXS.

Thông số định lượng tín hiệu ¡EM trên đồ thị Poincaré. So sánh với một số phương pháp QEMG hiện có. Đánh giá giá trị của bộ thông số định lượng được đề xuất. Tập dữ liệu HiẪU.

52256 SSSe xe SExESEx 2E E111 11. Mô tả tập dữ liệu các thông số định lượng ¡EM thu được. Kiểm định sự khác biệt thống kê của mỗi thông mm 82 3. Kiém djnh U-test.

Kết quả kiểm định U-test đối với tập đữ liệu mẫu. Kiểm định sự tương quan giữa các thông số. Kiểm định Spearman. Kết quả kiểm định sự tương quan giữa các thông số.

KẾT chương. 111011 xe re 89 CHƯƠNG 4. ĐÈ XUẤT PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH LƯỢNG TÍN HIỆU CÓ ĐƯỢC ĐỀ PHAN LOAI TÍN HIỆU ¡iEMG CHI THEO CÁC NHÓM BỆNH LÝ. Phương pháp phân loại dựa trên kỹ thuật học máy.

Mang Artifical Neural Nefwork (AIN). Phân loại tín hiệu theo bệnh lý sử dụng mạng ANN. Tập đữ liệu dùng để huấn luyện mạng ANN. Thiết lập mạng ANN cho bài toán phân loại tín hiệu 4.

Kết quả thực nghiệm. Phương pháp phân loại dựa trên kỹ thuật phân tích thống ". Phân tích hOi quy LOgiStic. Lua chon théng SỐ sử dụng cho các biểu thức Pi.

Phân loại tín hiệu theo các giá trị xác suất bệnh lý. Xây dựng biểu thức tính xác suất tín hiệu thuộc nhóm ALLS. Xây dựng biểu thức tính xác suất tín hiệu thuộc nhóm MYO. Bộ phân loại tín hiệu theo các nhóm bệnh lý.

Kết chương. 114 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ,. - - 2 esEE+E++xeEEeEvsrrrxerxee 116 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ CỦA LUẬN ÁN. 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO.-- + +5 +E£EE+EzkeEeEvsrerrerxee 119 PHU LUC oo —.

Chế tạo mạch đo khảo sát tín hiệu EMG. Xây dựng công cụ phân tích định lượng tín hiệu IEMG. 128 viii Ach ALS ANN ANN-BP APS AR AUC CAD CMAP CMRR DWT ECG EEG EMD EMG FIR IEEE iEMG IIR LPF MEP MU MUAP MUP MVC DANH MUC CAC KY HIEU VIET TAT Acetylcholine Amyotrophic Lateral Sclerosis Artifical Neural Network ANN- Back Propagation Active Potential Segment AutoRegressive Area Under the Curve Computer Aided Diagnosis Compound muscle action potential Common-mode rejection ratio Discrete Wavelet Transform Electrocardiography Electroencephalography Empirical Mode Decomposition Electromyography Finite impulse response High Pass Filter Institute of Electrical and Electronics Engineers intramuscular Electromyography Infinite impulse response Low Pass Filter Miniature Endplate Potential Motor Unit Motor Unit Action Potential Motor Unit Potential Maximum Voluntary Contraction Chất dẫn truyền than kinh Ach Hội chứng teo cơ xơ cột bên Mạng noron nhân tạo Mạng ANN lan truyền ngược Đoạn điện thế tích cực Tự hỏi quy Diện tích dưới đường cong ROC Hệ thống hé tro chan doan Điện thế co cơ toàn phần của bắp cơ Tỷ số nén nhiễu đồng pha Biến đổi wavelet rời rạc Tín hiệu điện tim Tín hiệu điện não Phân giải mô hình thực nghiệm Tín hiệu điện cơ Đáp ứng xung hữu hạn Bộ lọc thông cao Viện kỹ thuật điện và điện tử quốc tế Tín hiệu điện cơ kim Đáp ứng xung không giới hạn Bộ lọc thông thấp Điện thế thu nhỏ tâm tận cùng Đơn vị vận động Điện thế hoạt động đơn vị vận động Điện thế đơn vị vận động Co cơ chủ động cực đại ix MYO NCS NOR QEMG RMS ROC RQA sEMG SFAP SMU SNR SVD SVM WHO Myopathy Nerve Conduction Study Normal Quantitative Electromyography Root Mean Square Receiver Operating Characteristic Recurrence Quantification Analysis surface Electromyography Single Fibre Action Potential Single Motor Unit Signal-to-Noise Ratio Singular Value Decomposition Support Vector Machine World Health Organization Bénh ly do co Xét nghiém dan truyén than kinh Binh thuong Định lượng tín hiệu điện cơ Giá trị hiệu dụng Đặc trưng hoạt động bộ thu Phân tích định lượng truy hồi Tín hiệu điện cơ bề mặt Điện thế vận động sợi cơ đơn Đơn vị vận động đơn Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Phân giải giá trị suy biến Máy vectơ hỗ trợ Tổ chức chăm sóc sức khỏe thế giới DANH MỤC BẢNG Bang 1. Số lượng đơn vị vận động, sợi cơ và sợi cơ trung bình của mỗi đơn vị vận động của một số nhóm cơ chính ở các chỉ người.

Bảng phân loại bệnh cơ do WHO đề xuất. Cac dau hiéu bénh ly thé hiện trên tín hiệu iEMG. Một số thông số của mạch và giá trị khuyến nghị. Bảng so sánh tỷ lệ phân tách đúng của các phương pháp.

Bảng so sánh thông số phân tách các APS của các phương pháp. So sánh một số phương pháp QEMG (đã có và được phát triển). Một số thông số của bản ghi dữ liệu iEMG của dữ liệu. Bảng trích dữ liệu bộ các thông số định lượng tín hiệu IEMG.