برنامج لتحليل بيانات السلاسل الزمنية لمعدل ضربات القلب وضغط الدم من مناورة فالسالفا

يتضمن بحثي تطوير منهجيات لتحليل البيانات الفسيولوجية. ينصب تركيزي الأساسي على البيانات التي تم جمعها لتقييم أمراض القلب والأوعية الدموية وتفاعل القلب والأوعية الدموية والأنظمة الهرمونية. تدمج التطورات الحديثة النمذجة الميكانيكية مع علم البيانات لمرضى النمط الظاهري ، وبناء نماذج بديلة وتطوير التوائم الرقمية. تطور هذه الدراسة برنامجا يمكنه ، بطريقة قابلة للتكرار ، استخراج المؤشرات الحيوية من مخطط كهربية القلب وإشارات ضغط الدم المقاسة أثناء مناورة فالسالفا ، وهو اختبار فسيولوجي يستخدم لتقييم وظيفة نظام التحكم اللاإرادي. بصفتي عالم رياضيات تطبيقي ، تتضمن مساهماتي الأساسية تطوير منهجيات حسابية باستخدام مجموعة من لغات البرمجة ، بما في ذلك MATLAB و C ++ و Fortran و R. بالإضافة إلى محلل Valsalva ، يتضمن بحثي تطوير نماذج حسابية تدمج بيانات التصوير وديناميكية الدم لتحليل شبكة الأوعية الدموية. يوفر محلل فالسالفا خوارزمية يمكنها ، بطريقة قابلة للتكرار ، استخراج جميع المؤشرات الحيوية المعروفة لمعدل ضربات القلب وضغط الدم ، ويستخدم نموذجا رياضيا للكشف عن علامات الإشارات المتعاطفة والبارالسمبتاوي غير القابلة للقياس مباشرة. يمكن أن يساعد البرنامج الأطباء في تشخيص المرضى الذين يعانون من خلل وظيفي لاإرادي.

[مدرب] للبدء ، استخدم سوار ضغط الدم الرقمي للقياس المستمر لضغط الدم من السبابة والأصابع الوسطى لليد غير المهيمنة. ضع اليد على مستوى القلب للتخلص من تأثيرات الجاذبية. ضع الأقطاب الكهربائية على مسافة متساوية من القلب. ضع سلك تخطيط القلب الأبيض إلى اليسار وسلك تخطيط القلب الأسود على يمين الأذين وضع مخطط كهربية القلب الأحمر على الجانب الأيسر من الحافة السفلية للقفص الصدري. بعد الأجهزة ، اطلب من الشخص إجراء مناورة فالسالفا عن طريق الزفير في جهاز ضغط الزفير الموجب المتصل بمقياس ضغط. سجل إشارات مستقرة لمدة 30 ثانية على الأقل قبل وبعد مناورة فالسالفا. قم بإجراء مناورة فالسالفا عن طريق مطالبة الشخص بالزفير لمدة 15 ثانية ، مع الحفاظ على ضغط 40 ملم من الزئبق. لتصدير الإشارات من LabChart إلى MATLAB بسرعة 1000 هرتز ، حدد جزء الإشارة المراد تصديره باستخدام الماوس. في قائمة التصدير باسم MATLAB ، حدد القنوات التي تحتوي على HR و BP و ECG والضغط داخل الصدر إذا تم قياسها. هنا ، القنوات من واحد إلى ثلاثة. حدد النقطة العائمة 32 بت، وعينة لأعلى بنفس المعدل، وقم بإلغاء التعليق على التعليقات وعلامات الأحداث. انقر فوق موافق لتصدير ملف . MAP وإلغاء لإيقاف التصدير. من القائمة المنبثقة ، حدد معلمات الشكل ، واختر نوع النظام الأساسي للبرنامج ، وحجم خط الشكل ، وحجم العلامة ، وعرض الخط. ثم انقر فوق "موافق" لقبول الإعدادات والمتابعة إلى اختيار المريض. من قائمة اختيار المريض ، حدد المرضى لتحليلهم. استخدم الماوس لتحديد أي عدد من المرضى من القائمة وانقر فوق موافق للمتابعة إلى الخطوة التالية. من تحديد عملية القائمة، حدد العمليات التي سيتم تنفيذها بترتيب تنازلي. بعد تحديد العملية الخطوة الأولى ، حدد معلومات المريض. انقر فوق موافق للمتابعة. في القائمة المنبثقة، أدخل معلومات المريض، بما في ذلك رقم تعريف المريض والعمر والجنس والطول والوزن. ثم انقر فوق "موافق" للمتابعة. تظهر قائمة منبثقة جديدة. في هذه القائمة ، أدخل أوامر القنوات لإشارات ECG و HR و BP والضغط الصدري. إذا لم يتم قياس الضغط الصدري ، أدخل صفرا. سيظهر على الشاشة شكل يعرض لوحات تخطيط القلب ومعدل ضربات القلب وضغط الدم كوظائف للوقت. حدد البيانات المراد تحليلها ، بما في ذلك حوالي 30 ثانية قبل وبعد مناورة فالسالفا. ضع علامة التصويب وانقر مرة واحدة بالماوس في البداية ومرة ثانية في النهاية. ستظهر البيانات المحددة باللون الأحمر في الشكل. انقر فوق حفظ وخروج. حدد الخطوة الثانية، مخطط كهربية القلب أو تخطيط القلب، في قائمة اختيار العملية. الآن يعرض الشكل إشارة ECG. لتصحيح القمم في غير محلها ، انقر فوق نعم في القائمة المنبثقة. في القائمة التالية ، انقر فوق "موافق" وقم بالتمرير إلى اليمين باستخدام الأداة اليدوية حتى تظهر القمم التي تحتاج إلى تصحيح في النافذة. إذا كانت الذروة مفقودة أو في غير محلها أو تم وضع علامة على ذروة إضافية، فقم بالتمرير إلى موقع الذروة. اضغط على Enter على لوحة المفاتيح لفتح قائمة استعلام ، "هل تريد تصحيح نقاط RS؟" انقر فوق نعم لتصحيح النقاط، أو لا للعودة إلى قائمة العمليات. بعد ذلك ، تظهر قائمة مع خيار "انقر فوق نقطة للتصحيح". اضغط على موافق وضع علامة التصويب على النقطة التي تحتاج إلى تصحيح. ستسأل القائمة التالية ، "إضافة أو إزالة نقطة؟" لإضافة نقطة، انقر على إضافة. ستظهر النقطة المحددة باللون الأحمر أو الأزرق. سيصنف البرنامج النقطة على أنها R أو S بناء على موقع النقر الدقيق. لإزالة نقطة، انقر فوق إزالة وسيتم حذف النقطة التي تم وضع علامة عليها. اضغط على Enter على لوحة المفاتيح. في المطالبة التي تسأل عما إذا كنت تريد تصحيح النقاط، انقر فوق لا. إذا لم يكن عدد قمم R و S متطابقا وانقر المستخدم على "لا" ، فستعرض قائمة جديدة الرسالة ، "يجب أن يكون عدد قمم R و S متساويا. افحص البيانات." انقر فوق موافق وسيعود الرمز إلى خطوة تصحيح الذروة. في قائمة تحديد العملية ، حدد الخطوة الثالثة ، معدل ضربات القلب. يعرض الشكل معدل ضربات القلب في اللوحة العلوية وتخطيط القلب في اللوحة السفلية. إذا لم تكن إشارة معدل ضربات القلب تحتوي على عناصر ، فانقر فوق حفظ وخروج ، مع العودة إلى اختيار المريض. إذا كانت هناك أخطاء في البيانات، فانقر فوق تصحيح معدل نبضات القلب. قم بالتمرير على طول إشارة معدل نبضات القلب وحدد موقع القطع الأثرية. اضغط على مفتاح الإدخال على لوحة المفاتيح عند عرض منطقة تحتاج إلى تصحيح. انقر فوق موافق في القائمة للاستعلام عن "انقر في نقاط للاتصال". قم بمحاذاة التقاطع فوق النقطة الأولى قبل القطعة الأثرية وانقر مرة واحدة بالماوس. ثم قم بمحاذاة التقاطع فوق النقطة الأولى بعد القطعة الأثرية وانقر مرة ثانية بالماوس. يربط الشريحة الخطية بين النقطتين. تظهر قائمة على الشاشة تسأل ، "قبول التغيير؟" حدد نعم أو تراجع أو إضافة تغيير. يعرض الشكل الآن معدل ضربات القلب في اللوحة العلوية وتخطيط القلب في اللوحة السفلية. للمتابعة، اضغط على حفظ وخروج. في قائمة اختيار العملية ، حدد الخطوة الرابعة ، التنفس. يتم إنشاء إشارة الجهاز التنفسي من حجم إشارة QRS. انقر فوق حفظ وخروج لتخزين الشكل. في قائمة اختيار العملية ، حدد الخطوة الخامسة ، ضغط الدم. قم بمحاذاة الشعيرات المتصالبة مع ذروة ضغط الدم وانقر مرة واحدة بالماوس. ثم قم بمحاذاة علامة التصويب في الذروة التالية إلى اليمين وانقر مرة أخرى. يظهر الشكل ، ويعرض إشارات الانقباضية والانبساطي المكتشفة تلقائيا. تظهر قائمة تطالب، "هل تريد تصحيح النقاط الانقباضية؟" اضغط على نعم للمتابعة ، أو لا للمضي قدما في تصحيح ضغط الدم الانبساطي. انقر فوق آخر قيمة صحيحة لضغط الدم الانقباضي قبل التصحيح. ثم أضف نقاطا حيث يجب أن يكون ضغط الدم. ثم انقر فوق النقطة الصحيحة الأولى بعد القطعة الأثرية واضغط على Enter. سيعرض منحنى أحمر متقطع ضغط الدم الانقباضي المصحح. انقر فوق Enter واستمر في تصحيح ضغط الدم الانبساطي. يبدأ تصحيح ضغط الدم الانبساطي بقائمة تسأل ، "هل تريد تصحيح النقاط الانبساطية؟" اضغط على نعم للتصحيح، أو لا للمتابعة. اضغط على حفظ وخروج للعودة إلى اختيار المريض. في قائمة تحديد العملية، حدد الخطوة السادسة، مراحل الجهاز الظاهري. للاحتفال ببداية مناورة فالسالفا ، قم بمحاذاة الخطوط المتقاطعة مع بداية حبس التنفس وانقر مرة واحدة. بعد ذلك ، قم بمحاذاة التقاطع مع نهاية حبس التنفس وانقر مرة واحدة لتمييز نهاية مناورة فالسالفا. تظهر قائمة تطالب، "قبول المؤشرات؟" حدد نعم لإكمال العملية ، ولا لفحص الكشف التلقائي للمراحل المحددة بخطوط رأسية. في قائمة اختيار العملية ، حدد الخطوة السابعة ، النسب السريرية. يصور الشكل ضغط الدم الانقباضي في اللوحة العلوية ، ومعدل ضربات القلب في اللوحة المركزية ، والفاصل الزمني RR في اللوحة السفلية. افحص القيم المميزة المشروحة بعلامات دائرية. انقر فوق نعم إذا كانت جميع النقاط صحيحة. وإلا، انقر فوق لا لإجراء التعديلات. تظهر قائمة تطالب "تحديد النقاط المراد نقلها" على الشاشة. اختر نقطة واحدة أو عدة نقاط أو كلها. انقر فوق موافق للمتابعة، أو إلغاء لتخطي التغييرات. قم بتشغيل الخطوة الثامنة ، نموذج التنبؤ الاسمي ، لإنشاء شكل بأربع لوحات. تعرض الألواح اليسرى ضغط الدم الانقباضي المتغير في الوقت في الأعلى والضغط داخل الصدر في الأسفل ، والتي تعمل كمدخلات نموذجية. تظهر اللوحات العلوية اليمنى معدل ضربات القلب المقاسة ومعدل ضربات القلب المتوقع والإشارات الودية والبارالسمبتاوي المتوقعة في الأسفل. لا تتطلب الخطوات التالية ، تحليل الحساسية والتحسين ، أي تفاعل من المستخدم. تستغرق هذه الخطوات من دقيقتين إلى خمس دقائق للتشغيل. يقومون بمعايرة النموذج الرياضي للبيانات ، وتقدير الديناميكيات المتعاطفة والبارالسمبتاوي. بعد تحليل الحساسية وتحسينها، حدد الخطوة 11، رسم تنبؤات النموذج، لإنشاء استعلام قائمة، "تحديد تنبؤ النموذج لإظهاره". اختر التحسين لعرض نتائج تنبؤات النموذج باستخدام النموذج الذي تمت معايرته. يتم عرض النتائج باستخدام نفس تخطيط الشكل كما هو الحال في التنبؤ بالنموذج الاسمي. انقر فوق حفظ والخروج في أسفل اليمين للمتابعة. افتح قائمة حفظ البيانات، والتي تطالب بإدخال اسم ملف ملخص البيانات". أدخل اسم الملف المفضل في مربع النص. تظهر قائمة ثانية تطالب المستخدم باختيار تنسيق ملف. اختار. XLSX أو ملف مفصول بفواصل. يتضمن الملف المحفوظ معلومات المريض والعلامات السريرية وخطوط الانحدار وقيم المعلمات الاسمية أو المحسنة. نجحت تصحيحات إشارة تخطيط القلب في القضاء على الحاجة إلى تصحيح معدل ضربات القلب في جميع مجموعات البيانات باستثناء مجموعة واحدة ، حيث أظهر الموضوع الثامن أنماطا غير منتظمة لتخطيط القلب. أدى تصحيح معدل ضربات القلب المطبق على الموضوع الثامن إلى إشارة سلسة لمعدل ضربات القلب ، تتماشى مع الأشخاص الآخرين بعد الضبط. تم اشتقاق إشارات التنفس من بيانات تخطيط القلب باستخدام حجم مركب QRS ، مما يتنبأ بشكل فعال بتغيرات الضغط داخل الصدر. حدد البرنامج إما موجات QRS بالتبادل لحسابات الضغط داخل الصدر. تم تطبيق تصحيح ضغط الدم لمعالجة النبضات المفقودة واكتشاف الذروة غير الصحيح بسبب أخطاء المستشعر. أثناء مناورة فالسالفا ، تسببت تقلبات معدل ضربات القلب في تفويت البرنامج للقمم مما يستلزم تصحيح ضغط الدم. تم تصحيح إشارات ضغط الدم الانقباضي والانبساطي باستخدام استيفاء العمود الفقري الخطي المجزأ ، مما يضمن إعادة بناء دقيقة لشكل موجة ضغط الدم. نجح البرنامج في تحديد مراحل مناورة فالسالفا والعلامات السريرية ، لكن بعضها يتطلب تصحيحا يدويا. تم تصحيح المواضع الخاطئة للحد الأقصى لضغط الدم والحد الأدنى لمعدل ضربات القلب في المرحلة الرابعة المبكرة ، مما أدى إلى تحسين دقة الانحدار. تم حساب خطوط الانحدار للمرحلتين الثانية والرابعة المبكرة مع تضمين قيم تربيع R لتقييم الجودة.