Software para el análisis de datos de series temporales de frecuencia cardíaca y presión arterial de la maniobra de Valsalva

Mi investigación implica el desarrollo de metodologías para el análisis de datos fisiológicos. Mi enfoque principal está en los datos recopilados para evaluar las enfermedades cardiovasculares y la interacción de los sistemas cardiovascular y hormonal. Los avances recientes integran el modelado mecanicista con la ciencia de datos para fenotipar pacientes, construir modelos sustitutos y desarrollar gemelos digitales. Este estudio desarrolla un software que, de forma reproducible, puede extraer biomarcadores de las señales de ECG y presión arterial medidas durante la maniobra de Valsalva, una prueba fisiológica utilizada para evaluar la función del sistema de control autónomo. Como matemático aplicado, mis principales contribuciones implican el desarrollo de metodologías computacionales utilizando una variedad de lenguajes de programación, incluidos MATLAB, C ++, Fortran y R. Más allá del analizador Valsalva, mi investigación implica el desarrollo de modelos computacionales que integran imágenes y datos hemodinámicos para el análisis de redes vasculares. El analizador Valsalva proporciona un algoritmo que, de forma reproducible, puede extraer todos los biomarcadores conocidos de frecuencia cardíaca y presión arterial, y utiliza un modelo matemático para revelar marcadores de señalización simpáticos y parasimpáticos que no se pueden medir directamente. El software puede ayudar a los médicos a diagnosticar pacientes con disfunción autonómica.

[Instructor] Para comenzar, use un brazalete digital de presión arterial para medir continuamente la presión arterial desde los dedos índice y medio de la mano no dominante. Coloque la mano al nivel del corazón para eliminar los efectos de la gravedad. Coloque los electrodos equidistantes del corazón. Coloque el cable de ECG blanco a la izquierda y el cable de ECG negro a la derecha de la aurícula y coloque el ECG rojo en el borde inferior izquierdo de la caja torácica. Después de la instrumentación, indique al sujeto que realice la maniobra de Valsalva exhalando en un dispositivo de presión positiva al final de la espiración conectado a un manómetro. Registre señales estables durante al menos 30 segundos antes y después de la maniobra de Valsalva. Realice la maniobra de Valsalva pidiéndole al sujeto que exhale durante 15 segundos, manteniendo una presión de 40 milímetros de mercurio. Para exportar las señales de LabChart a MATLAB a 1000 hercios, seleccione la parte de la señal que desea exportar con el ratón. En el menú exportar como MATLAB, seleccione los canales que contienen FC, PA, ECG y presión intratorácica si se miden. Aquí, los canales uno a tres. Seleccione el punto flotante de 32 bits, aumente el muestreo a la misma velocidad y quite los comentarios y marcadores de eventos. Haga clic en Aceptar para exportar el archivo . MAP y cancele para detener la exportación. En el menú emergente, seleccione los parámetros de la figura, elija el tipo de plataforma de software, el tamaño de fuente de la figura, el tamaño del marcador y el ancho de línea. Luego haga clic en Aceptar para aceptar la configuración y proceder a la selección del paciente. En el menú de selección de pacientes, seleccione los pacientes que desea analizar. Utilice el ratón para seleccionar cualquier número de pacientes de la lista y haga clic en Aceptar para continuar con el siguiente paso. En la selección de operaciones del menú, seleccione las operaciones que se realizarán en orden descendente. Después de seleccionar el primer paso de la operación, seleccione la información del paciente. Haga clic en Aceptar para continuar. En el menú emergente, ingresa la información del paciente, incluido el ID del paciente, la edad, el sexo, la altura y el peso. Luego haga clic en Aceptar para continuar. Aparecerá un nuevo menú emergente. En este menú, ingrese órdenes de canal para las señales de ECG, FC, BP y presión torácica. Si no se mide la presión torácica, ingrese cero. Aparecerá en la pantalla una figura que muestra los paneles de ECG, frecuencia cardíaca y presión arterial como funciones de tiempo. Seleccione los datos para analizar, incluidos aproximadamente 30 segundos antes y después de la maniobra de Valsalva. Coloque la cruz y haga clic una vez con el mouse al principio y una segunda vez al final. Los datos seleccionados aparecerán en rojo en la figura. Haga clic en guardar y salir. Seleccione el paso dos, electrocardiograma o ECG, en el menú de selección de operaciones. Ahora la figura muestra la señal de ECG. Para corregir picos fuera de lugar, haga clic en Sí en el menú emergente. En el siguiente menú, haga clic en Aceptar y desplácese hacia la derecha con la herramienta de mano hasta que los picos que necesitan corrección sean visibles en la ventana. Si falta un pico, está fuera de lugar o se marca un pico adicional, desplázate hasta la ubicación del pico. Presione enter en el teclado para abrir un menú que pregunta: "¿Desea corregir los puntos RS?" Haga clic en sí para corregir puntos o en no para volver al menú de operaciones. A continuación, aparece un menú con la opción "Haga clic en apuntar para corregir". Presione OK y coloque la cruz en el punto que necesita corrección. El siguiente menú preguntará: "¿Agregar o quitar punto?" Para agregar un punto, haga clic en agregar. El punto marcado aparecerá en rojo o azul. El programa clasificará el punto como R o S en función de la ubicación exacta del clic. Para eliminar un punto, haga clic en eliminar y se eliminará el punto marcado. Presione enter en el teclado. En el mensaje que le pregunta si desea corregir puntos, haga clic en no. Si el número de picos R y S no es idéntico y el usuario hace clic en no, un nuevo menú mostrará el mensaje "El número de picos R y S debe ser igual. Inspeccione los datos". Haga clic en Aceptar y el código volverá al paso de corrección de pico. En el menú de selección de operaciones, seleccione el paso tres, frecuencia cardíaca. La figura muestra la frecuencia cardíaca en el panel superior y el ECG en el panel inferior. Si la señal de frecuencia cardíaca no tiene artefactos, haga clic en guardar y salir, volviendo a la selección del paciente. Si hay errores en los datos, haz clic en corregir frecuencia cardíaca. Desplácese a lo largo de la señal de frecuencia cardíaca y localice artefactos. Presione enter en el teclado cuando vea una región que necesita corrección. Haga clic en Aceptar en el menú que consulta "Haga clic en los puntos para conectarse". Alinee la cruz sobre el primer punto antes del artefacto y haga clic una vez con el mouse. Luego alinee la cruz sobre el primer punto después del artefacto y haga clic una segunda vez con el mouse. Una spline lineal conecta los dos puntos. Aparece un menú en la pantalla que pregunta: "¿Aceptar cambio?" Seleccione sí, deshacer o agregar cambio. Ahora la figura muestra la frecuencia cardíaca en el panel superior y el ECG en el panel inferior. Para continuar, presione guardar y salir. En el menú de selección de operaciones, seleccione el paso cuatro, respiración. La señal respiratoria se genera a partir de la magnitud de la señal QRS. Haga clic en guardar y salir para almacenar la figura. En el menú de selección de operaciones, seleccione el paso cinco, presión arterial. Alinee la cruz con un pico de presión arterial y haga clic una vez con el mouse. Luego alinee la cruz en el siguiente pico a la derecha y haga clic nuevamente. Aparece la figura, que muestra las señales sistólicas y diastólicas detectadas automáticamente. Aparece un menú que indica: "¿Desea corregir los puntos sistólicos?" Presione sí para continuar o no para proceder a la corrección de la presión arterial diastólica. Haga clic en el último valor correcto de PA sistólica antes de la corrección. Luego agregue puntos donde debería estar la presión arterial. Luego haga clic en el primer punto correcto después del artefacto y presione enter. Una curva roja discontinua mostrará la presión arterial sistólica corregida. Continúe hasta el final de la señal desplazándose hacia la derecha. Haga clic en enter y continúe corrigiendo la presión arterial diastólica. La corrección de la presión arterial diastólica comienza con un menú que pregunta: "¿Desea corregir los puntos diastólicos?" Presione sí para corregir o no para continuar. Presione guardar y salir para volver a la selección de pacientes. En el menú de selección de operaciones, seleccione el paso seis, fases de la máquina virtual. Para marcar el inicio de la maniobra de Valsalva, alinee la mira con el inicio de la apnea y haga clic una vez. Luego, alinee la cruz con el extremo de retención de la respiración y haga clic una vez para marcar el final de la maniobra de Valsalva. Aparece un menú que le indica: "¿Aceptar índices?" Seleccione sí para completar la operación y no para inspeccionar la detección automatizada de fases delineadas por líneas verticales. En el menú de selección de operaciones, seleccione el paso siete, ratios clínicos. La figura muestra la presión arterial sistólica en el panel superior, la frecuencia cardíaca en el panel central y el intervalo RR en el panel inferior. Inspeccione los valores de característica anotados con marcadores circulares. Haga clic en sí si todos los puntos son correctos. De lo contrario, haga clic en no para ajustes. Aparece en la pantalla un menú que indica "Seleccionar puntos para mover". Elija uno, varios o todos los puntos. Haga clic en Aceptar para continuar o en Cancelar para omitir los cambios. Ejecute el paso ocho, predicción nominal del modelo, para generar una figura con cuatro paneles. Los paneles izquierdos muestran la variación del tiempo y la presión arterial sistólica en la parte superior y la presión intratorácica en la parte inferior, que sirven como entradas de modelo. Los paneles superiores derechos muestran la frecuencia cardíaca medida y la frecuencia cardíaca prevista y las señales simpáticas y parasimpáticas previstas en la parte inferior. Los siguientes pasos, el análisis de sensibilidad y la optimización, no requieren ninguna interacción del usuario. Estos pasos tardan de dos a cinco minutos en ejecutarse. Calibran el modelo matemático con datos, estimando la dinámica simpática y parasimpática. Después del análisis de sensibilidad y la optimización, seleccione el paso 11, trazar las predicciones del modelo, para generar una consulta de menú, "Seleccionar la predicción del modelo para mostrar". Elija optimizar para mostrar los resultados de las predicciones del modelo con el modelo calibrado. Los resultados se muestran utilizando el mismo diseño de figura que en la predicción nominal del modelo. Haga clic en guardar y salga en la parte inferior derecha para continuar. Abra el menú de datos guardados, que le indica: "Ingrese el nombre del archivo de resumen de datos". Introduzca el nombre de archivo preferido en el cuadro de texto. Aparece un segundo menú que solicita al usuario que elija un formato de archivo. Escoger. XLSX o un archivo separado por comas. El archivo guardado incluye información del paciente, marcadores clínicos y líneas de regresión, y valores de parámetros nominales u optimizados. Las correcciones de la señal de ECG eliminaron con éxito la necesidad de corrección de la frecuencia cardíaca en todos los conjuntos de datos excepto uno, donde el sujeto ocho exhibió patrones de ECG irregulares. La corrección de la frecuencia cardíaca aplicada al sujeto ocho dio como resultado una señal de frecuencia cardíaca suave, alineándose con otros sujetos después del ajuste. Las señales respiratorias se derivaron de los datos del ECG utilizando la magnitud compleja del QRS, prediciendo eficazmente los cambios de presión intratorácica. El software identificó cualquiera de las ondas QRS indistintamente para los cálculos de presión intratorácica. Se aplicó la corrección de la PA para abordar los latidos faltantes y la detección incorrecta de picos debido a errores del sensor. Durante la maniobra de Valsalva, las fluctuaciones de la frecuencia cardíaca hicieron que el software perdiera picos, lo que requirió una corrección de la PA. Las señales de PA sistólica y diastólica se corrigieron mediante interpolación lineal de la columna vertebral por partes, lo que garantiza una reconstrucción precisa de la forma de onda de la PA. El software identificó con éxito las fases de maniobra de Valsalva y los marcadores clínicos, pero algunos requirieron corrección manual. Se corrigieron los errores de colocación de la PA máxima y la frecuencia cardíaca mínima en la fase cuatro temprana, mejorando la precisión de la regresión. Se calcularon líneas de regresión para las primeras fases dos y cuatro con valores de R cuadrado incluidos para la evaluación de la calidad.