Logiciel d’analyse des données chronologiques de fréquence cardiaque et de pression artérielle de la manœuvre de Valsalva

Mes recherches portent sur le développement de méthodologies d’analyse de données physiologiques. Je me concentre principalement sur les données recueillies pour évaluer les maladies cardiovasculaires et l’interaction des systèmes cardiovasculaire et hormonal. Les progrès récents intègrent la modélisation mécaniste à la science des données pour phénotyper les patients, construire des modèles de substitution et développer des jumeaux numériques. Cette étude développe un logiciel qui, de manière reproductible, permet d’extraire des biomarqueurs à partir de l’ECG et des signaux de pression artérielle mesurés lors de la manœuvre de Valsalva, un test physiologique utilisé pour évaluer le fonctionnement du système de contrôle autonome. En tant que mathématicien appliqué, mes principales contributions concernent le développement de méthodologies de calcul à l’aide d’une gamme de langages de programmation, notamment MATLAB, C++, Fortran et R. Au-delà de l’analyseur Valsalva, mes recherches consistent à développer des modèles informatiques qui intègrent des données d’imagerie et d’hémodynamique pour l’analyse des réseaux vasculaires. L’analyseur Valsalva fournit un algorithme qui, de manière reproductible, peut extraire tous les biomarqueurs connus de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle, et il utilise un modèle mathématique pour révéler des marqueurs de signalisation sympathiques et parasympathiques non directement mesurables. Le logiciel peut aider les cliniciens à diagnostiquer les patients atteints de dysfonction autonome.

[Instructeur] Pour commencer, utilisez un brassard de tensiomètre numérique pour mesurer en continu la pression artérielle à partir de l’index et du majeur de la main non dominante. Positionnez la main au niveau du cœur pour éliminer les effets de la gravité. Placez les électrodes à égale distance du cœur. Placez le cordon ECG blanc à gauche et le cordon ECG noir à droite de l’oreillette et placez le fil ECG rouge sur le bord inférieur gauche de la cage thoracique. Après l’instrumentation, demandez au sujet d’effectuer la manœuvre de Valsalva en expirant dans un appareil de pression expiratoire à extrémité positive connecté à un manomètre. Enregistrez des signaux stables pendant au moins 30 secondes avant et après la manœuvre de Valsalva. Effectuez la manœuvre de Valsalva en demandant au sujet d’expirer pendant 15 secondes, en maintenant une pression de 40 millimètres de mercure. Pour exporter les signaux de LabChart vers MATLAB à 1000 hertz, sélectionnez la partie du signal à exporter à l’aide de la souris. Dans le menu Exporter en tant que MATLAB, sélectionnez les canaux contenant la FC, la PA, l’ECG et la pression intrathoracique si elle est mesurée. Ici, canaux un à trois. Sélectionnez la virgule flottante 32 bits, augmentez l’échantillon au même rythme et décommentez les commentaires et les marqueurs d’événement. Cliquez sur OK pour exporter le fichier . MAP et annulez pour arrêter l’exportation. Dans le menu contextuel, sélectionnez les paramètres de la figure, choisissez le type de plate-forme logicielle, la taille de la police de la figure, la taille du marqueur et la largeur de ligne. Cliquez ensuite sur OK pour accepter les paramètres et procéder à la sélection du patient. Dans le menu sélection des patients, sélectionnez les patients à analyser. Utilisez la souris pour sélectionner n’importe quel nombre de patients dans la liste et cliquez sur OK pour passer à l’étape suivante. Dans le menu Opération sélectionné, sélectionnez les opérations à effectuer par ordre décroissant. Après avoir sélectionné la première étape de l’opération, sélectionnez les informations sur le patient. Cliquez sur OK pour continuer. Dans le menu contextuel, saisissez les informations sur le patient, notamment son numéro d’identification, son âge, son sexe, sa taille et son poids. Cliquez ensuite sur OK pour continuer. Un nouveau menu contextuel apparaît. Dans ce menu, entrez l’ordre des canaux pour les signaux ECG, HR, BP et de pression thoracique. Si la pression thoracique n’est pas mesurée, inscrivez zéro. Une figure affichant les panneaux ECG, fréquence cardiaque et pression artérielle en fonction du temps apparaîtra à l’écran. Sélectionnez les données à analyser, y compris environ 30 secondes avant et après la manœuvre de Valsalva. Positionnez le réticule et cliquez une fois avec la souris au début et une seconde fois à la fin. Les données sélectionnées apparaîtront en rouge sur la figure. Cliquez sur Enregistrer et quitter. Sélectionnez la deuxième étape, électrocardiogramme ou ECG, dans le menu de sélection du fonctionnement. Maintenant, la figure affiche le signal ECG. Pour corriger les pics mal placés, cliquez sur oui dans le menu contextuel. Dans le menu suivant, cliquez sur OK et faites défiler vers la droite à l’aide de l’outil Main jusqu’à ce que les pics à corriger soient visibles dans la fenêtre. Si un pic est manquant, mal placé ou si un pic supplémentaire est marqué, faites défiler jusqu’à l’emplacement du pic. Appuyez sur la touche Entrée du clavier pour ouvrir un menu demandant : « Voulez-vous corriger les points RS ? » Cliquez sur oui pour corriger les points, ou sur non pour revenir au menu des opérations. Ensuite, un menu apparaît avec l’option « Cliquer sur le point pour corriger ». Appuyez sur OK et placez le réticule sur le point à corriger. Le menu suivant demandera : « Ajouter ou supprimer un point ? » Pour ajouter un point, cliquez sur Ajouter. Le point marqué apparaîtra en rouge ou en bleu. Le programme classera le point comme R ou S en fonction de l’emplacement exact du clic. Pour supprimer un point, cliquez sur Supprimer et le point marqué sera supprimé. Appuyez sur la touche Entrée du clavier. À l’invite vous demandant si vous souhaitez corriger des points, cliquez sur non. Si le nombre de pics R et S n’est pas identique et que l’utilisateur clique sur non, un nouveau menu affichera le message « Le nombre de pics R et S doit être égal. Inspectez les données. Cliquez sur OK et le code reviendra à l’étape de correction du pic. Dans le menu de sélection du fonctionnement, sélectionnez la troisième étape, fréquence cardiaque. La figure affiche la fréquence cardiaque dans le panneau supérieur et l’ECG dans le panneau inférieur. Si le signal de fréquence cardiaque ne comporte pas d’artefacts, cliquez sur Enregistrer et quitter, pour revenir à la sélection du patient. S’il y a des erreurs dans les données, cliquez sur Corriger la fréquence cardiaque. Faites défiler le signal de fréquence cardiaque et localisez les artefacts. Appuyez sur la touche Entrée du clavier lorsque vous affichez une région à corriger. Cliquez sur OK dans le menu en interrogeant « Cliquer sur les points pour se connecter ». Alignez le réticule sur le premier point avant l’artefact et cliquez une fois avec la souris. Alignez ensuite le réticule sur le premier point après l’artefact et cliquez une deuxième fois avec la souris. Une spline linéaire relie les deux points. Un menu s’affiche à l’écran et vous demande : « Accepter la monnaie ? » Sélectionnez Oui, annuler ou ajouter une modification. Maintenant, la figure affiche la fréquence cardiaque dans le panneau supérieur et l’ECG dans le panneau inférieur. Pour continuer, appuyez sur Enregistrer et quitter. Dans le menu de sélection de l’opération, sélectionnez l’étape quatre, respiration. Le signal respiratoire est généré à partir de l’amplitude du signal QRS. Cliquez sur enregistrer et quitter pour stocker la figure. Dans le menu de sélection de l’opération, sélectionnez l’étape cinq, pression artérielle. Alignez le réticule avec un pic de pression artérielle et cliquez une fois avec la souris. Alignez ensuite le réticule sur le pic suivant à droite et cliquez à nouveau. La figure apparaît, affichant les signaux systoliques et diastoliques détectés automatiquement. Un menu s’affiche et vous invite à corriger les points systoliques Appuyez sur oui pour continuer, ou sur non pour procéder à la correction de la pression artérielle diastolique. Cliquez sur la dernière valeur de PB systolique correcte avant la correction. Ajoutez ensuite des points où la pression artérielle devrait être. Cliquez ensuite sur le premier point correct après l’artefact et appuyez sur Entrée. Une courbe rouge pointillée affichera la pression artérielle systolique corrigée. Continuez jusqu’à la fin du signal en faisant défiler vers la droite. Cliquez sur Entrée et continuez à corriger la tension artérielle diastolique. La correction de la tension artérielle diastolique commence par un menu demandant : « Voulez-vous corriger les points diastoliques ? » Appuyez sur yes pour corriger ou sur no pour continuer. Appuyez sur Enregistrer et quitter pour revenir à la sélection du patient. Dans le menu de sélection d’opération, sélectionnez l’étape six, Phases de machine virtuelle. Pour marquer le début de la manœuvre de Valsalva, alignez le réticule avec le début de l’apnée et cliquez une fois. Ensuite, alignez le réticule avec l’extrémité de l’apnée et cliquez une fois pour marquer la fin de la manœuvre de Valsalva. Un menu s’affiche et vous invite à choisir l’option « Accepter les indices ? » Sélectionnez oui pour terminer l’opération et non pour inspecter la détection automatique des phases délimitées par des lignes verticales. Dans le menu de sélection de l’opération, sélectionnez la septième étape, Rapports cliniques. La figure représente la pression artérielle systolique dans le panneau supérieur, la fréquence cardiaque dans le panneau central et l’intervalle RR dans le panneau inférieur. Inspectez les valeurs caractéristiques annotées avec des marqueurs circulaires. Cliquez sur oui si tous les points sont corrects. Sinon, cliquez sur non pour effectuer les ajustements. Une invite de menu « Sélectionner les points à déplacer » s’affiche à l’écran. Choisissez un, plusieurs ou tous les points. Cliquez sur OK pour continuer ou sur Annuler pour ignorer les modifications. Exécutez l’étape huit, prédiction nominale du modèle, pour générer une figure avec quatre panneaux. Les panneaux de gauche affichent la variation temporelle et la pression artérielle systolique en haut et la pression intrathoracique en bas, qui servent d’entrées de modèle. Les panneaux en haut à droite montrent la fréquence cardiaque mesurée et la fréquence cardiaque prédite et les signaux sympathiques et parasympathiques prédits en bas. Les étapes suivantes, l’analyse de sensibilité et l’optimisation, ne nécessitent aucune interaction avec l’utilisateur. L’exécution de ces étapes prend de deux à cinq minutes. Ils calibrent le modèle mathématique en fonction des données, en estimant les dynamiques sympathiques et parasympathiques. Après l’analyse de sensibilité et l’optimisation, sélectionnez l’étape 11, Tracer les prédictions du modèle, pour générer une requête de menu « Sélectionner la prédiction du modèle à afficher ». Choisissez d’optimiser pour afficher les résultats des prédictions du modèle avec le modèle calibré. Les résultats sont présentés en utilisant la même disposition de figure que dans la prédiction nominale du modèle. Cliquez sur Enregistrer et quitter en bas à droite pour continuer. Ouvrez le menu des données de sauvegarde, qui vous invite à saisir le nom du fichier récapitulatif des données. Entrez le nom de fichier préféré dans la zone de texte. Un deuxième menu s’affiche, invitant l’utilisateur à choisir un format de fichier. Choisir. XLSX ou un fichier séparé par des virgules. Le fichier enregistré comprend des informations sur le patient, des marqueurs cliniques et des lignes de régression, ainsi que des valeurs nominales ou optimisées des paramètres. Les corrections du signal ECG ont réussi à éliminer la nécessité d’une correction de la fréquence cardiaque dans tous les ensembles de données sauf un, où le sujet huit présentait des modèles ECG irréguliers. La correction de la fréquence cardiaque appliquée au sujet huit a entraîné un signal de fréquence cardiaque fluide, s’alignant avec les autres sujets après ajustement. Les signaux respiratoires ont été dérivés des données ECG en utilisant l’amplitude du complexe QRS, prédisant efficacement les changements de pression intrathoracique. Le logiciel a identifié les ondes QRS de manière interchangeable pour les calculs de pression intrathoracique. La correction de la tension artérielle a été appliquée pour corriger les battements manquants et la détection de pic incorrecte due à des erreurs de capteur. Lors de la manœuvre de Valsalva, les fluctuations de la fréquence cardiaque faisaient manquer au logiciel des pics nécessitant une correction de la tension artérielle. Les signaux de BP systolique et diastolique ont été corrigés à l’aide de l’interpolation linéaire de la colonne vertébrale par morceaux, assurant une reconstruction précise de la forme d’onde de la PA. Le logiciel a réussi à identifier les phases de manœuvre de Valsalva et les marqueurs cliniques, mais certains nécessitaient une correction manuelle. Les erreurs de positionnement de la pression artérielle maximale et de la fréquence cardiaque minimale au début de la phase quatre ont été corrigées, améliorant ainsi la précision de la régression. Les lignes de régression pour les phases deux et quatre ont été calculées avec les valeurs R carré incluses pour l’évaluation de la qualité.