Software voor analyse van hartslag en bloeddruk Tijdreeksgegevens van de Valsalva-manoeuvre

Mijn onderzoek betreft de ontwikkeling van methodologieën voor de analyse van fysiologische gegevens. Mijn primaire focus ligt op gegevens die worden verzameld om hart- en vaatziekten en de interactie van cardiovasculaire en hormonale systemen te beoordelen. Recente ontwikkelingen integreren mechanistische modellering met datawetenschap om patiënten te fenotyperen, surrogaatmodellen te bouwen en digitale tweelingen te ontwikkelen. Deze studie ontwikkelt software die op een reproduceerbare manier biomarkers kan extraheren uit ECG- en bloeddruksignalen die zijn gemeten tijdens de Valsalva-manoeuvre, een fysiologische test die wordt gebruikt om de functie van het autonome controlesysteem te beoordelen. Als toegepast wiskundige heb ik voornamelijk bijgedragen aan de ontwikkeling van computationele methodologieën met behulp van een reeks programmeertalen, waaronder MATLAB, C++, Fortran en R. Naast de Valsalva-analysator omvat mijn onderzoek het ontwikkelen van computationele modellen die beeldvorming en hemodynamische gegevens integreren voor vasculaire netwerkanalyse. De Valsalva-analysator biedt een algoritme dat op een reproduceerbare manier alle bekende biomarkers voor hartslag en bloeddruk kan extraheren, en het gebruikt een wiskundig model om sympathische en parasympathische signaalmarkers te onthullen die niet direct meetbaar zijn. De software kan clinici helpen bij het diagnosticeren van patiënten met autonome disfunctie.

[Docent] Gebruik om te beginnen een digitale bloeddrukmanchet voor continue meting van de bloeddruk vanaf de wijs- en middelvinger van de niet-dominante hand. Plaats de hand op harthoogte om de effecten van de zwaartekracht te elimineren. Plaats de elektroden op gelijke afstand van het hart. Plaats de witte ECG-kabel naar links en de zwarte ECG-kabel naar de rechterkant van het atrium en plaats het rode ECG aan de linker onderrand van de ribbenkast. Instrueer de proefpersoon na de instrumentatie om de Valsalva-manoeuvre uit te voeren door uit te ademen in een expiratoire drukinrichting aan het positieve einde die is aangesloten op een manometer. Registreer stabiele signalen gedurende ten minste 30 seconden voor en na de Valsalva-manoeuvre. Voer de Valsalva-manoeuvre uit door de proefpersoon te vragen 15 seconden uit te ademen, waarbij een druk van 40 millimeter kwik wordt aangehouden. Als u de signalen van LabChart naar MATLAB wilt exporteren met 1000 hertz, selecteert u het gedeelte van het signaal dat u wilt exporteren met de muis. Selecteer in het menu exporteren als MATLAB de kanalen met HR, BP, ECG en intrathoracale druk indien gemeten. Hier, kanalen één tot en met drie. Selecteer 32-bits drijvende komma, verhoog de steekproef naar dezelfde snelheid en verwijder opmerkingen en gebeurtenismarkeringen. Klik op OK om de . MAP-bestand en annuleer om de export te stoppen. Selecteer in het pop-upmenu de parameters van de afbeelding, kies het type softwareplatform, de lettergrootte van de afbeelding, de markeringsgrootte en de lijndikte. Klik vervolgens op OK om de instellingen te accepteren en door te gaan met de selectie van de patiënt. Selecteer in het menu patiëntselectie de patiënten die u wilt analyseren. Gebruik de muis om een willekeurig aantal patiënten uit de lijst te selecteren en klik op OK om door te gaan naar de volgende stap. Selecteer in de menuselectie de bewerkingen die in aflopende volgorde moeten worden uitgevoerd. Selecteer na het selecteren van de eerste stap van de operatie de patiëntinformatie. Klik op OK om verder te gaan. Voer in het pop-upmenu patiëntgegevens in, waaronder patiënt-ID, leeftijd, geslacht, lengte en gewicht. Klik vervolgens op OK om verder te gaan. Er verschijnt een nieuw pop-upmenu. Voer in dit menu kanaalvolgordes in voor de ECG-, HR-, BP- en thoracale druksignalen. Als de thoracale druk niet wordt gemeten, voert u nul in. Op het scherm verschijnt een figuur die de ECG-, hartslag- en bloeddrukpanelen als functies van de tijd weergeeft. Selecteer gegevens om te analyseren, inclusief ongeveer 30 seconden voor en na de Valsalva-manoeuvre. Plaats het dradenkruis en klik één keer met de muis aan het begin en een tweede keer aan het einde. De geselecteerde gegevens worden in het rood weergegeven in de afbeelding. Klik op opslaan en afsluiten. Selecteer stap twee, elektrocardiogram of ECG, in het menu voor het selecteren van de bediening. Nu geeft de figuur het ECG-signaal weer. Als u misplaatste pieken wilt corrigeren, klikt u op ja in het pop-upmenu. Klik in het volgende menu op OK en scrol naar rechts met het handgereedschap totdat de pieken die moeten worden gecorrigeerd zichtbaar zijn in het venster. Als er een piek ontbreekt, niet meer op de plaats is of als er een extra piek is gemarkeerd, scrolt u naar de locatie van de piek. Druk op enter op het toetsenbord om een menu te openen met de vraag: "Wilt u RS-punten corrigeren?" Klik op ja om de punten te corrigeren of op nee om terug te keren naar het bewerkingsmenu. Vervolgens verschijnt er een menu met de optie "Klik op aanwijzen om te corrigeren". Druk op OK en plaats het dradenkruis op het punt dat moet worden gecorrigeerd. Het volgende menu vraagt: "Punt toevoegen of verwijderen?" Als u een punt wilt toevoegen, klikt u op toevoegen. Het gemarkeerde punt wordt rood of blauw weergegeven. Het programma classificeert het punt als R of S op basis van de exacte kliklocatie. Als u een punt wilt verwijderen, klikt u op verwijderen en het gemarkeerde punt wordt verwijderd. Druk op enter op het toetsenbord. Klik op de prompt waarin u wordt gevraagd of u punten wilt corrigeren op nee. Als het aantal R- en S-pieken niet identiek is en de gebruiker op nee klikt, wordt in een nieuw menu het bericht weergegeven: "Het aantal R- en S-pieken moet gelijk zijn. Inspecteer gegevens." Klik op OK en de code keert terug naar de piekcorrectiestap. Selecteer in het bedieningskeuzemenu stap drie, hartslag. De afbeelding toont de hartslag in het bovenste paneel en ECG in het onderste paneel. Als het hartslagsignaal geen artefacten bevat, klikt u op opslaan en afsluiten en keert u terug naar de patiëntselectie. Als er fouten in de gegevens staan, klikt u op hartslag corrigeren. Scroll langs het hartslagsignaal en zoek artefacten. Druk op enter op het toetsenbord wanneer u een gebied bekijkt dat moet worden gecorrigeerd. Klik op OK in het menu met de query 'Klik op punten om verbinding te maken'. Lijn het dradenkruis uit over het eerste punt voor het artefact en klik één keer met de muis. Lijn vervolgens het dradenkruis uit over het eerste punt na het artefact en klik een tweede keer met de muis. Een lineaire spline verbindt de twee punten. Er verschijnt een menu op het scherm met de vraag: "Accepteer verandering?" Selecteer ja, ongedaan maken of wijziging toevoegen. Nu geeft de figuur de hartslag weer in het bovenste paneel en het ECG in het onderste paneel. Druk op opslaan en afsluiten om door te gaan. Selecteer in het bedieningskeuzemenu stap vier, ademhaling. Het ademhalingssignaal wordt gegenereerd uit de grootte van het QRS-signaal. Klik op opslaan en afsluiten om het figuur op te slaan. Selecteer in het keuzemenu voor de operatie stap vijf, bloeddruk. Lijn het dradenkruis uit met een bloeddrukpiek en klik één keer met de muis. Lijn vervolgens het dradenkruis op de volgende piek aan de rechterkant uit en klik opnieuw. De figuur verschijnt en geeft automatisch gedetecteerde systolische en diastolische signalen weer. Er verschijnt een menu met de vraag: "Wilt u systolische punten corrigeren?" Druk op ja om door te gaan, of nee om door te gaan naar de diastolische bloeddrukcorrectie. Klik op de laatste juiste systolische bloeddrukwaarde voor de correctie. Voeg vervolgens punten toe waar de bloeddruk zou moeten zijn. Klik vervolgens op het eerste juiste punt na het artefact en druk op enter. Een gestippelde rode curve geeft de gecorrigeerde systolische bloeddruk weer. Ga door tot het einde van het signaal door naar rechts te scrollen. Klik op enter en ga verder met het corrigeren van de diastolische bloeddruk. Diastolische bloeddrukcorrectie begint met een menu met de vraag: "Wilt u diastolische punten corrigeren?" Druk op ja om te corrigeren of op nee om verder te gaan. Druk op opslaan en afsluiten om terug te keren naar de patiëntselectie. Selecteer in het selectiemenu voor bewerkingen stap zes, VM-fasen. Om het begin van de Valsalva-manoeuvre te markeren, lijnt u het dradenkruis uit met het begin van de ademinhouding en klikt u één keer. Lijn daarna het dradenkruis uit met het uiteinde van de ademinhouding en klik eenmaal om het einde van de Valsalva-manoeuvre te markeren. Er verschijnt een menu met de vraag: "Indices accepteren?" Selecteer ja om de bewerking te voltooien en nee om de geautomatiseerde detectie van fasen die worden afgebakend door verticale lijnen te inspecteren. Selecteer in het operatieselectiemenu stap zeven, klinische ratio's. De figuur toont de systolische bloeddruk in het bovenste paneel, de hartslag in het middenpaneel en het RR-interval in het onderste paneel. Inspecteer karakteristieke waarden die zijn geannoteerd met cirkelvormige markeringen. Klik op ja als alle punten correct zijn. Klik anders op nee voor aanpassingen. Op het scherm verschijnt een menu met de melding 'Selecteer punten om te verplaatsen'. Kies één, meerdere of alle punten. Klik op OK om door te gaan of op annuleren om wijzigingen over te slaan. Voer stap acht uit, modelvoorspelling nominaal, om een cijfer met vier panelen te genereren. De linkerpanelen geven tijdvariërende en systolische bloeddruk aan de bovenkant en intrathoracale druk aan de onderkant weer, die dienen als modelinvoer. De panelen rechtsboven tonen gemeten hartslag en voorspelde hartslag en voorspelde sympathische en parasympathische signalen onderaan. De volgende stappen, gevoeligheidsanalyse en optimalisatie, vereisen geen interactie van de gebruiker. Deze stappen duren twee tot vijf minuten om uit te voeren. Ze kalibreren het wiskundige model op gegevens en schatten de sympathische en parasympathische dynamiek. Selecteer na gevoeligheidsanalyse en optimalisatie stap 11, modelvoorspellingen plotten, om een menuquery te genereren, "Selecteer modelvoorspelling om weer te geven." Kies ervoor om te optimaliseren om de resultaten van modelvoorspellingen weer te geven met het gekalibreerde model. De resultaten worden weergegeven met dezelfde figuurlay-out als in modelvoorspelling nominaal. Klik rechtsonder op opslaan en afsluiten om verder te gaan. Open het menu met opgeslagen gegevens, met de melding 'Voer de bestandsnaam van het gegevensoverzicht in'. Voer de gewenste bestandsnaam in het tekstvak in. Er verschijnt een tweede menu, waarin de gebruiker wordt gevraagd een bestandsindeling te kiezen. Selecteren. XLSX of een door komma's gescheiden bestand. Het opgeslagen bestand bevat patiëntgegevens, klinische markers en regressielijnen, en nominale of geoptimaliseerde parameterwaarden. ECG-signaalcorrecties elimineerden met succes de noodzaak van hartslagcorrectie in alle datasets op één na, waarbij proefpersoon acht onregelmatige ECG-patronen vertoonde. Hartslagcorrectie toegepast op proefpersoon acht resulteerde in een soepel hartslagsignaal, dat na aanpassing werd uitgelijnd met andere proefpersonen. Ademhalingssignalen werden afgeleid van ECG-gegevens met behulp van de QRS-complexmagnitude, waardoor intrathoracale drukveranderingen effectief werden voorspeld. De software identificeerde QRS-golven door elkaar voor intrathoracale drukberekeningen. BP-correctie werd toegepast om ontbrekende beats en onjuiste piekdetectie als gevolg van sensorfouten aan te pakken. Tijdens de Valsalva-manoeuvre zorgden hartslagfluctuaties ervoor dat de software pieken miste, waardoor bloeddrukcorrectie nodig was. Systolische en diastolische BP-signalen werden gecorrigeerd met behulp van stuksgewijze lineaire wervelkolominterpolatie, wat een nauwkeurige reconstructie van de BP-golfvorm garandeerde. De software identificeerde met succes Valsalva-manoeuvrefasen en klinische markers, maar sommige vereisten handmatige correctie. Verkeerde plaatsingen van maximale bloeddruk en minimale hartslag in de vroege fase vier werden gecorrigeerd, waardoor de regressienauwkeurigheid werd verbeterd. Regressielijnen voor vroege fasen twee en vier werden berekend met R-kwadraatwaarden opgenomen voor kwaliteitsbeoordeling.