Valsalva Maneuver의 심박수 및 혈압 시계열 데이터 분석을 위한 소프트웨어

내 연구는 생리학적 데이터 분석을 위한 방법론 개발과 관련이 있습니다. 저의 주요 초점은 심혈관 질환과 심혈관 및 호르몬 시스템의 상호 작용을 평가하기 위해 수집된 데이터에 있습니다. 최근의 발전은 기계론적 모델링과 데이터 과학을 통합하여 환자의 표현형을 분석하고, 대리 모델을 구축하고, 디지털 트윈을 개발합니다. 이 연구는 자율 제어 시스템의 기능을 평가하는 데 사용되는 생리학적 테스트인 Valsalva 기동 중에 측정된 ECG 및 혈압 신호에서 바이오마커를 추출할 수 있는 소프트웨어를 재현 가능한 방식으로 개발합니다. 응용 수학자로서 저의 주요 공헌은 MATLAB, C++, Fortran 및 R을 포함한 다양한 프로그래밍 언어를 사용한 계산 방법론 개발과 관련이 있습니다. Valsalva 분석기 외에도 제 연구에는 혈관망 분석을 위한 이미징 및 혈역학 데이터를 통합하는 계산 모델 개발이 포함됩니다. Valsalva 분석기는 재현 가능한 방식으로 알려진 모든 심박수 및 혈압 바이오마커를 추출할 수 있는 알고리즘을 제공하며 수학적 모델을 사용하여 직접 측정할 수 없는 교감 신경 및 부교감 신경 신호 마커를 밝힙니다. 이 소프트웨어는 임상의가 자율신경 기능 장애가 있는 환자를 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

[강사] 시작하려면 주로 사용하지 않는 손의 검지와 중지에서 혈압을 지속적으로 측정하기 위해 디지털 혈압 커프를 사용하십시오. 중력의 영향을 제거하기 위해 손을 심장 높이에 위치시킵니다. 전극을 심장에서 같은 거리에 놓습니다. 흰색 ECG 리드를 심방의 왼쪽에, 검은색 ECG 리드를 심방의 오른쪽에 놓고 빨간색 ECG를 흉곽의 왼쪽 하단 가장자리에 놓습니다. 기구 사용 후, 압력계에 연결된 호기말 양압 장치로 숨을 내쉬어 Valsalva 기동을 수행하도록 피험자에게 지시합니다. Valsalva 기동 전후 최소 30초 동안 안정적인 신호를 기록합니다. 피험자에게 15mm 수은주의 압력을 유지하면서 40초 동안 숨을 내쉬도록 요청하여 Valsalva 기동을 수행합니다. LabChart에서 MATLAB으로 1000Hz의 신호를 내보내려면 마우스를 사용하여 내보낼 신호 부분을 선택합니다. MATLAB으로 내보내기 메뉴에서 HR, BP, ECG 및 흉강내압(측정된 경우)이 포함된 채널을 선택합니다. 여기서는 채널 1에서 3까지입니다. 32비트 부동 소수점을 선택하고, 동일한 속도로 샘플링하고, 주석 및 이벤트 마커의 주석 처리를 제거합니다. 확인을 클릭하여 . MAP 파일을 열고 취소하여 내보내기를 중지합니다. 팝업 메뉴에서 그림 매개변수를 선택하고 소프트웨어 플랫폼 유형, 그림 글꼴 크기, 마커 크기 및 선 너비를 선택합니다. 그런 다음 확인을 클릭하여 설정을 수락하고 환자 선택을 진행합니다. 환자 선택 메뉴에서 분석할 환자를 선택합니다. 마우스를 사용하여 목록에서 원하는 수의 환자를 선택하고 확인을 클릭하여 다음 단계로 진행합니다. 메뉴 작업 선택에서 수행할 작업을 내림차순으로 선택합니다. 수술 1단계를 선택한 후 환자 정보를 선택합니다. 확인을 클릭하여 계속 진행합니다. 팝업 메뉴에서 환자 ID, 연령, 성별, 키 및 체중을 포함한 환자 정보를 입력합니다. 그런 다음 확인을 클릭하여 계속 진행합니다. 새로운 팝업 메뉴가 나타납니다. 이 메뉴에서 ECG, HR, BP 및 흉압 신호에 대한 채널 순서를 입력합니다. 흉압을 측정하지 않으면 0을 입력합니다. ECG, 심박수 및 혈압 패널을 시간 함수로 표시하는 그림이 화면에 나타납니다. Valsalva 기동 전후 약 30초를 포함하여 분석할 데이터를 선택합니다. 십자선을 배치하고 마우스로 시작 부분을 한 번 클릭하고 끝 부분에서 두 번 클릭합니다. 선택한 데이터는 그림에서 빨간색으로 표시됩니다. 저장 및 종료를 클릭합니다. 수술 선택 메뉴에서 2단계, 심전도 또는 ECG를 선택합니다. 이제 그림에 ECG 신호가 표시됩니다. 잘못 배치된 피크를 수정하려면 팝업 메뉴에서 예를 클릭합니다. 다음 메뉴에서 확인을 클릭하고 수정이 필요한 피크가 창에 표시될 때까지 수동 도구를 사용하여 오른쪽으로 스크롤합니다. 피크가 누락되었거나, 잘못 배치되었거나, 추가 피크가 표시된 경우 피크의 위치로 스크롤합니다. 키보드에서 Enter 키를 눌러 "RS 포인트를 수정하시겠습니까?" 예를 클릭하여 점을 수정하거나 아니오를 클릭하여 작업 메뉴로 돌아갑니다. 다음으로 "수정할 지점을 클릭"이라는 옵션이 있는 메뉴가 나타납니다. OK를 누르고 수정이 필요한 지점에 십자선을 놓습니다. 다음 메뉴에서는 "포인트를 추가하거나 제거합니까?" 점을 추가하려면 추가를 클릭합니다. 표시된 점은 빨간색 또는 파란색으로 나타납니다. 프로그램은 정확한 클릭 위치에 따라 포인트를 R 또는 S로 분류합니다. 점을 제거하려면 제거를 클릭하면 표시된 점이 삭제됩니다. 키보드에서 Enter 키를 누릅니다. 포인트를 수정할 것인지 묻는 메시지가 표시되면 아니요를 클릭합니다. R 및 S 피크의 수가 동일하지 않고 사용자가 아니오를 클릭하면 새 메뉴에 "R 및 S 피크의 수는 동일해야 합니다. 데이터를 검사하십시오." 확인을 클릭하면 코드가 피크 보정 단계로 돌아갑니다. 작동 선택 메뉴에서 3단계, 심박수를 선택합니다. 그림은 상단 패널에 심박수를 표시하고 하단 패널에 ECG를 표시합니다. 심박수 신호에 아티팩트가 없으면 저장 및 종료를 클릭하고 환자 선택으로 돌아갑니다. 데이터에 오류가 있는 경우 올바른 심박수를 클릭합니다. 심박수 신호를 따라 스크롤하여 아티팩트를 찾습니다. 수정이 필요한 영역을 볼 때 키보드에서 Enter 키를 누릅니다. "연결할 지점을 클릭"을 쿼리하는 메뉴에서 확인을 클릭합니다. 아티팩트 앞의 첫 번째 지점에 십자선을 맞추고 마우스로 한 번 클릭합니다. 그런 다음 아티팩트 뒤의 첫 번째 지점에 십자선을 맞추고 마우스로 두 번 클릭합니다. 선형 스플라인은 두 점을 연결합니다. 화면에 "변경 수락?" 예, 실행 취소 또는 변경 사항 추가를 선택합니다. 이제 그림은 상단 패널에 심박수를 표시하고 하단 패널에 ECG를 표시합니다. 계속하려면 저장 및 종료를 누릅니다. 작동 선택 메뉴에서 4단계, 호흡을 선택합니다. 호흡 신호는 QRS 신호의 크기에서 생성됩니다. 저장 및 종료를 클릭하여 그림을 저장합니다. 작동 선택 메뉴에서 5단계, 혈압을 선택합니다. 십자선을 혈압 피크에 맞추고 마우스로 한 번 클릭합니다. 그런 다음 다음 피크의 십자선을 오른쪽으로 정렬하고 다시 클릭합니다. 자동으로 감지된 수축기 및 이완기 신호를 표시하는 그림이 나타납니다. "수축기를 교정하시겠습니까?" 라는 메뉴가 나타납니다. 계속하려면 yes를 누르거나 이완기 혈압 보정을 진행하려면 no를 누릅니다. 수정 전에 마지막으로 올바른 수축기 혈압 값을 클릭합니다. 그런 다음 혈압이 있어야 하는 지점을 추가합니다. 그런 다음 아티팩트 뒤의 첫 번째 올바른 점을 클릭하고 Enter 키를 누릅니다. 빨간색 점선 곡선은 수정된 수축기 혈압을 표시합니다. 오른쪽으로 스크롤하여 신호의 끝까지 계속합니다. Enter를 클릭하고 이완기 혈압 교정을 계속합니다. 이완기 혈압 교정은 "이완기 혈압을 교정하시겠습니까?" 예를 눌러 수정하거나 아니오를 눌러 계속 진행합니다. 저장 및 종료를 눌러 환자 선택으로 돌아갑니다. 작업 선택 메뉴에서 6단계, VM 단계를 선택합니다. Valsalva 기동의 시작을 표시하려면 십자선을 숨 참기 시작에 맞추고 한 번 클릭합니다. 그런 다음 십자선을 숨 참기 끝에 맞추고 한 번 클릭하여 Valsalva 기동 끝을 표시합니다. "인덱스를 수락합니까?" 라는 메뉴가 나타납니다. 예를 선택하여 작업을 완료하고 아니오를 선택하여 수직선으로 묘사된 위상의 자동 감지를 검사합니다. 수술 선택 메뉴에서 7단계, 임상 비율을 선택합니다. 그림은 상단 패널의 수축기 혈압, 중앙 패널의 심박수, 하단 패널의 RR 간격을 보여줍니다. 원형 마커로 주석이 달린 특성 값을 검사합니다. 모든 점이 올바르면 예를 클릭합니다. 그렇지 않으면 아니요를 클릭하여 조정합니다. "이동할 포인트 선택"이라는 메뉴가 화면에 나타납니다. 하나, 여러 개 또는 모든 점을 선택합니다. 확인을 클릭하여 계속하거나 취소를 클릭하여 변경 사항을 건너뜁니다. 8단계, 모델 예측 명목을 실행하여 4개의 패널이 있는 그림을 생성합니다. 왼쪽 패널은 상단에 시변 혈압과 수축기 혈압을 표시하고 하단에는 흉강내압을 표시하며 이는 모델 입력 역할을 합니다. 오른쪽 상단 패널은 측정된 심박수와 예측된 심박수, 하단의 예측된 교감신경 및 부교감신경 신호를 보여줍니다. 다음 단계인 민감도 분석 및 최적화에는 사용자 상호 작용이 필요하지 않습니다. 이 단계를 실행하는 데 2-5분이 걸립니다. 그들은 수학적 모델을 데이터에 맞게 보정하여 교감 신경 및 부교감 신경 역학을 추정합니다. 민감도 분석 및 최적화 후 11단계, 모델 예측 플롯을 선택하여 "표시할 모델 예측 선택" 메뉴 쿼리를 생성합니다. 보정된 모델을 사용하여 모델 예측 결과를 표시하도록 최적화하도록 선택합니다. 결과는 모델 예측 명목상과 동일한 그림 레이아웃을 사용하여 표시됩니다. 오른쪽 하단의 저장 및 종료를 클릭하여 계속 진행합니다. 데이터 저장 메뉴를 열면 "데이터 요약 파일 이름 입력"이라는 메시지가 표시됩니다. 텍스트 상자에 원하는 파일 이름을 입력합니다. 두 번째 메뉴가 나타나 사용자에게 파일 형식을 선택하라는 메시지가 표시됩니다. 고르다. XLSX 또는 쉼표로 구분된 파일입니다. 저장된 파일에는 환자 정보, 임상 마커 및 회귀선, 공칭 또는 최적화된 매개변수 값이 포함됩니다. ECG 신호 보정은 피험자 8이 불규칙한 ECG 패턴을 나타낸 하나의 데이터 세트를 제외한 모든 데이터 세트에서 심박수 보정의 필요성을 성공적으로 제거했습니다. 피험자 8에게 적용된 심박수 보정은 조정 후 다른 피험자와 정렬된 부드러운 심박수 신호를 가져왔습니다. 호흡 신호는 QRS 복합 크기를 사용하여 ECG 데이터에서 파생되어 흉강 내압 변화를 효과적으로 예측했습니다. 소프트웨어는 흉강내압 계산을 위해 QRS파를 서로 바꿔서 식별했습니다. 센서 오류로 인한 박동 누락 및 잘못된 피크 감지를 해결하기 위해 BP 보정이 적용되었습니다. Valsalva 기동 중에 심박수 변동으로 인해 소프트웨어가 혈압 보정이 필요한 피크를 놓쳤습니다. 수축기 및 이완기 혈압 신호는 조각별 선형 척추 보간을 사용하여 보정되어 정확한 혈압 파형 재구성을 보장했습니다. 이 소프트웨어는 Valsalva 기동 단계와 임상 마커를 성공적으로 식별했지만 일부는 수동 수정이 필요했습니다. 초기 4단계에서 최대 혈압과 최소 심박수의 잘못된 배치가 수정되어 회귀 정확도가 향상되었습니다. 초기 단계 2 및 4에 대한 회귀선은 품질 평가를 위해 포함된 R 제곱 값으로 계산되었습니다.