תוכנה לניתוח נתוני סדרות זמן של דופק ולחץ דם מתמרון ולסלבה

המחקר שלי כולל פיתוח מתודולוגיות לניתוח נתונים פיזיולוגיים. ההתמקדות העיקרית שלי היא בנתונים שנאספו כדי להעריך מחלות לב וכלי דם והאינטראקציה בין מערכות לב וכלי דם והורמונליות. ההתקדמות האחרונה משלבת מודלים מכניסטיים עם מדעי הנתונים לחולי פנוטיפ, בניית מודלים חלופיים ופיתוח תאומים דיגיטליים. מחקר זה מפתח תוכנה שיכולה לחלץ סמנים ביולוגיים מאותות א.ק.ג ולחץ דם שנמדדו במהלך תמרון ולסלבה, בדיקה פיזיולוגית המשמשת להערכת תפקוד מערכת הבקרה האוטונומית. כמתמטיקאי יישומי, התרומות העיקריות שלי כוללות פיתוח מתודולוגיות חישוביות תוך שימוש במגוון שפות תכנות, כולל MATLAB, C++, Fortran ו-R. מעבר למנתח Valsalva, המחקר שלי כולל פיתוח מודלים חישוביים המשלבים הדמיה ונתונים המודינמיים לניתוח רשת כלי דם. מנתח Valsalva מספק אלגוריתם שיכול לחלץ את כל הסמנים הביולוגיים הידועים של קצב הלב ולחץ הדם, והוא משתמש במודל מתמטי כדי לחשוף סמני איתות סימפתטיים ופאראסימפתטיים שאינם ניתנים למדידה ישירה. התוכנה יכולה לעזור לרופאים לאבחן חולים עם תפקוד אוטונומי.

[מדריך] כדי להתחיל, השתמש בשרוול לחץ דם דיגיטלי למדידה רציפה של לחץ הדם מהאצבע המורה והאמצעית של היד הלא דומיננטית. מקם את היד בגובה הלב כדי למנוע את השפעות כוח הכבידה. מקם את האלקטרודות במרחק שווה מהלב. הנח את כבל האק"ג הלבן משמאל ואת כבל האק"ג השחור מימין לאטריום והנח את האק"ג האדום בצד שמאל בקצה התחתון של כלוב הצלעות. לאחר המכשור, הורה לנבדק לבצע את תמרון Valsalva על ידי נשיפה למכשיר לחץ נשיפה חיובי המחובר למד לחץ. הקלט אותות יציבים לפחות 30 שניות לפני ואחרי תמרון ולסלבה. בצע את תמרון Valsalva על ידי בקשה מהנבדק לנשוף למשך 15 שניות, תוך שמירה על לחץ של 40 מילימטרים כספית. כדי לייצא את האותות מ-LabChart ל-MATLAB ב-1000 הרץ, בחר את החלק של האות לייצוא באמצעות העכבר. בתפריט ייצוא כ-MATLAB, בחר את הערוצים המכילים HR, BP, ECG ולחץ תוך-חזה אם נמדד. כאן, ערוץ אחד עד שלוש. בחרו נקודה צפה של 32 סיביות, הגדילו את הדגימה לאותו קצב, ובטלו הערות וסמני אירועים. לחץ על אישור כדי לייצא את קובץ . MAP וביטול כדי לעצור את הייצוא. בתפריט הנפתח, בחר פרמטרים של איור, בחר את סוג פלטפורמת התוכנה, גודל גופן האיור, גודל הסמן ורוחב הקו. לאחר מכן לחץ על אישור כדי לקבל את ההגדרות ולהמשיך לבחירת המטופל. מהתפריט בחירת מטופלים, בחר מטופלים לניתוח. השתמש בעכבר כדי לבחור מספר כלשהו של מטופלים מהרשימה ולחץ על אישור כדי להמשיך לשלב הבא. מבחירת פעולת התפריט, בחר את הפעולות שיש לבצע בסדר יורד. לאחר בחירת שלב הפעולה הראשון, בחר את פרטי המטופל. לחץ על אישור כדי להמשיך. בתפריט המוקפץ, הזן את פרטי המטופל, כולל מזהה המטופל, גיל, מין, גובה ומשקל. לאחר מכן לחץ על אישור כדי להמשיך. יופיע תפריט קופצני חדש. בתפריט זה, הזן הזמנות ערוצים עבור אותות הלחץ ECG, HR, BP ובית החזה. אם לחץ בית החזה לא נמדד, הזן אפס. על המסך יופיע איור המציג את לוחות האק"ג, הדופק ולחץ הדם כפונקציות של זמן. בחר נתונים לניתוח, כולל כ-30 שניות לפני ואחרי תמרון ולסלבה. מקם את הכוונת ולחץ פעם אחת עם העכבר בהתחלה ופעם שנייה בסוף. הנתונים שנבחרו יופיעו באדום באיור. לחץ על שמור וצא. בחר שלב שני, אלקטרוקרדיוגרמה או א.ק.ג, בתפריט בחירת הפעולה. כעת האיור מציג את אות האק"ג. כדי לתקן פסגות שאינן במקומן, לחץ על כן בתפריט המוקפץ. בתפריט הבא, לחץ על אישור וגלול ימינה באמצעות הכלי הידני עד שהפסגות הטעונות תיקון ייראו בחלון. אם פסגה חסרה, שאינה במקומה או מסומנת פסגה נוספת, גלול/י אל מיקום הפסגה. הקש Enter בלוח המקשים כדי לפתוח שאילתת תפריט "האם ברצונך לתקן נקודות RS?" לחץ על כן כדי לתקן נקודות, או לא כדי לחזור לתפריט הפעולות. לאחר מכן, מופיע תפריט עם האפשרות "לחץ על הנקודה כדי לתקן". לחץ על OK והנח את הכוונת על הנקודה הזקוקה לתיקון. התפריט הבא ישאל, "הוספה או הסרה של נקודה?" כדי להוסיף נקודה, לחץ על הוסף. הנקודה המסומנת תופיע באדום או כחול. התוכנית תסווג את הנקודה כ-R או S על סמך מיקום הלחיצה המדויק. כדי להסיר נקודה, לחץ על הסר והנקודה המסומנת תימחק. הקש Enter במקלדת. בהנחיה השואלת אם ברצונך לתקן נקודות, לחץ על לא. אם מספר הפסגות R ו-S אינו זהה והמשתמש לוחץ על לא, תפריט חדש יציג את ההודעה, "מספר הפסגות R ו-S חייב להיות שווה. בדוק נתונים". לחץ על אישור והקוד יחזור לשלב תיקון השיא. בתפריט בחירת הפעולה, בחר שלב שלישי, דופק. האיור מציג את הדופק בפאנל העליון ואת האק"ג בפאנל התחתון. אם לאות הדופק אין תוצרים, לחץ על שמור וצא, וחזור לבחירת המטופל. אם יש שגיאות בנתונים, לחץ על תקן דופק. גלול לאורך אות הדופק ואתר חפצים. הקש Enter במקלדת בעת הצגת אזור שדורש תיקון. לחץ על אישור בשאילתת התפריט "לחץ בנקודות כדי להתחבר". יישר את הכוונת מעל הנקודה הראשונה לפני החפץ ולחץ פעם אחת עם העכבר. לאחר מכן יישר את הכוונת מעל הנקודה הראשונה אחרי החפץ ולחץ פעם נוספת עם העכבר. קו ליניארי מחבר בין שתי הנקודות. תפריט מופיע על המסך ושואל, "לקבל שינוי?" בחר כן, בטל או הוסף שינוי. כעת האיור מציג את הדופק בפאנל העליון ואת האק"ג בפאנל התחתון. כדי להמשיך, לחץ על שמור וצא. בתפריט בחירת הפעולה, בחר שלב רביעי, נשימה. אות הנשימה נוצר מגודל אות ה- QRS. לחץ על שמור ויצא כדי לאחסן את הדמות. בתפריט בחירת הפעולה, בחר שלב חמישי, לחץ דם. יישר את הכוונת עם שיא לחץ הדם ולחץ פעם אחת עם העכבר. לאחר מכן יישר את הכוונת בפסגה הבאה ימינה ולחץ שוב. האיור מופיע, ומציג אותות סיסטוליים ודיאסטוליים שזוהו אוטומטית. מופיע תפריט המבקש, "האם ברצונך לתקן נקודות סיסטוליות?" לחץ על כן כדי להמשיך, או לא כדי להמשיך לתיקון לחץ דם דיאסטולי. לחץ על ערך לחץ הדם הסיסטולי הנכון האחרון לפני התיקון. לאחר מכן הוסף נקודות שבהן לחץ הדם צריך להיות. לאחר מכן לחץ על הנקודה הנכונה הראשונה אחרי החפץ ולחץ על Enter. עקומה אדומה מקווקו תציג את לחץ הדם הסיסטולי המתוקן. המשך לסוף האות על ידי גלילה ימינה. לחץ על Enter והמשך לתקן את לחץ הדם הדיאסטולי. תיקון לחץ דם דיאסטולי מתחיל בתפריט ששואל, "האם אתה רוצה לתקן נקודות דיאסטוליות?" לחץ על כן כדי לתקן, או לא כדי להמשיך. לחץ על שמור ויצא כדי לחזור לבחירת המטופל. בתפריט בחירת הפעולה, בחר שלב שישי, שלבי VM. כדי לסמן את תחילת תמרון ולסלבה, יישר את הכוונת עם התחלת עצירת הנשימה ולחץ פעם אחת. לאחר מכן, יישר את הכוונת עם קצה עצירת הנשימה ולחץ פעם אחת כדי לסמן את סיום התמרון של ולסלבה. מופיע תפריט המבקש "לקבל מדדים?" בחר כן כדי להשלים את הפעולה, ולא כדי לבדוק את הזיהוי האוטומטי של שלבים המתוחמים בקווים אנכיים. בתפריט בחירת הפעולה, בחר שלב שביעי, יחסים קליניים. האיור מתאר את לחץ הדם הסיסטולי בפאנל העליון, את קצב הלב בפאנל המרכזי ואת מרווח ה-RR בפאנל התחתון. בדוק ערכים אופייניים עם הערות עם סמנים עגולים. לחץ על כן אם כל הנקודות נכונות. אחרת, לחץ על לא להתאמות. תפריט המבקש "בחר נקודות להזזה" מופיע על המסך. בחר נקודה אחת, מספר נקודות או את כולן. לחץ על אישור כדי להמשיך, או על ביטול כדי לדלג על שינויים. הפעל את שלב שמיני, חיזוי מודל נומינלי, כדי ליצור נתון עם ארבעה פאנלים. הפאנלים השמאליים מציגים לחץ דם סיסטולי משתנה בזמן בחלק העליון ולחץ תוך חזה בתחתית, המשמשים כקלט מודל. הפאנלים הימניים העליונים מציגים דופק נמדד וקצב לב חזוי ואותות סימפתטיים ופאראסימפתטיים חזויים בתחתית. השלבים הבאים, ניתוח רגישות ומיטוב, אינם דורשים אינטראקציה כלשהי עם המשתמש. שלבים אלה נמשכים שתיים עד חמש דקות. הם מכיילים את המודל המתמטי לנתונים, ומעריכים דינמיקה סימפתטית ופאראסימפתטית. לאחר ניתוח רגישות ואופטימיזציה, בחר שלב 11, התוויית תחזיות מודל, כדי ליצור שאילתת תפריט, "בחר חיזוי מודל להצגה". בחר למטב כדי להציג את התוצאות של תחזיות המודל עם המודל המכויל. התוצאות מוצגות באמצעות אותה פריסת דמויות כמו בחיזוי המודל הנומינלי. לחץ על שמור וצא בפינה השמאלית התחתונה כדי להמשיך. פתח את תפריט שמירת הנתונים, המבקש "הזן שם קובץ סיכום נתונים". הזן את שם הקובץ המועדף בתיבת הטקסט. תפריט שני מופיע, המבקש מהמשתמש לבחור תבנית קובץ. בחר. XLSX או קובץ מופרד באמצעות פסיקים. הקובץ שנשמר כולל מידע על המטופל, סמנים קליניים וקווי רגרסיה, וערכי פרמטרים נומינליים או ממוטבים. תיקוני אותות א.ק.ג ביטלו בהצלחה את הצורך בתיקון דופק בכל מערך הנתונים מלבד אחד, כאשר הנבדק השמיני הפגין דפוסי א.ק.ג לא סדירים. תיקון דופק שהופעל על נבדק 8 הביא לאות דופק חלק, שהתיישר עם נבדקים אחרים לאחר ההתאמה. אותות הנשימה נגזרו מנתוני א.ק.ג באמצעות גודל קומפלקס QRS, וחזו ביעילות שינויים בלחץ תוך חזה. התוכנה זיהתה גלי QRS לסירוגין לחישובי לחץ תוך חזה. תיקון לחץ דם הוחל כדי לטפל בפעימות חסרות וזיהוי שיא שגוי עקב שגיאות חיישן. במהלך תמרון ולסלבה, תנודות קצב הלב גרמו לתוכנה לפספס שיאים המחייבים תיקון לחץ דם. אותות לחץ דם סיסטולי ודיאסטולי תוקנו באמצעות אינטרפולציה של עמוד שדרה ליניארי חלקי, מה שמבטיח שחזור מדויק של צורת הגל של לחץ הדם. התוכנה זיהתה בהצלחה שלבי תמרון וסמנים קליניים, אך חלקם דרשו תיקון ידני. מיקומים שגויים של לחץ דם מקסימלי ודופק מינימלי בשלב הרביעי המוקדמים תוקנו, ושיפרו את דיוק הרגרסיה. קווי רגרסיה לשלבים המוקדמים 2 ו-4 חושבו עם ערכי R ריבועיים שנכללו להערכת איכות.