Software para Análise de Dados de Séries Temporais de Frequência Cardíaca e Pressão Arterial da Manobra de Valsalva

Minha pesquisa envolve o desenvolvimento de metodologias para análise de dados fisiológicos. Meu foco principal são os dados coletados para avaliar doenças cardiovasculares e a interação dos sistemas cardiovascular e hormonal. Avanços recentes integram modelagem mecanicista com ciência de dados para fenotipar pacientes, construir modelos substitutos e desenvolver gêmeos digitais. Este estudo desenvolve um software que, de forma reprodutível, pode extrair biomarcadores de sinais de ECG e pressão arterial medidos durante a manobra de Valsalva, um teste fisiológico utilizado para avaliar a função do sistema de controle autonômico. Como matemático aplicado, minhas principais contribuições envolvem o desenvolvimento de metodologias computacionais usando uma variedade de linguagens de programação, incluindo MATLAB, C++, Fortran e R. Além do analisador Valsalva, minha pesquisa envolve o desenvolvimento de modelos computacionais que integram dados de imagem e hemodinâmicos para análise de redes vasculares. O analisador Valsalva fornece um algoritmo que, de forma reprodutível, pode extrair todos os biomarcadores conhecidos de frequência cardíaca e pressão arterial, e usa um modelo matemático para revelar marcadores de sinalização simpáticos e parassimpáticos não diretamente mensuráveis. O software pode ajudar os médicos a diagnosticar pacientes com disfunção autonômica.

[Instrutor] Para começar, use um manguito digital de pressão arterial para medição contínua da pressão arterial dos dedos indicador e médio da mão não dominante. Posicione a mão no nível do coração para eliminar os efeitos da gravidade. Coloque os eletrodos equidistantes do coração. Coloque o eletrodo branco do ECG à esquerda e o eletrodo preto do eletrocardiograma à direita do átrio e coloque o eletrocardiograma vermelho na borda inferior do lado esquerdo da caixa torácica. Após a instrumentação, instrua o sujeito a realizar a manobra de Valsalva expirando em um dispositivo de pressão expiratória final positiva conectado a um manômetro. Registre sinais estáveis por pelo menos 30 segundos antes e depois da manobra de Valsalva. Realize a manobra de Valsalva pedindo ao sujeito que expire por 15 segundos, mantendo uma pressão de 40 milímetros de mercúrio. Para exportar os sinais do LabChart para o MATLAB a 1000 hertz, selecione a parte do sinal a ser exportada usando o mouse. No menu exportar como MATLAB, selecione os canais que contêm FC, PA, ECG e pressão intratorácica, se medidos. Aqui, os canais de um a três. Selecione o ponto flutuante de 32 bits, aumente a amostra para a mesma taxa e remova o comentário de comentários e marcadores de evento. Clique em OK para exportar o arquivo . MAP e cancelar para interromper a exportação. No menu pop-up, selecione os parâmetros da figura, escolha o tipo de plataforma de software, o tamanho da fonte da figura, o tamanho do marcador e a largura da linha. Em seguida, clique em OK para aceitar as configurações e prosseguir para a seleção do paciente. No menu seleção de pacientes, selecione pacientes para analisar. Use o mouse para selecionar qualquer número de pacientes da lista e clique em OK para prosseguir para a próxima etapa. Na seleção de operação do menu, selecione as operações a serem executadas em ordem decrescente. Depois de selecionar a etapa um da operação, selecione as informações do paciente. Clique em OK para continuar. No menu pop-up, insira as informações do paciente, incluindo ID do paciente, idade, sexo, altura e peso. Em seguida, clique em OK para continuar. Um novo menu pop-up é exibido. Neste menu, insira as ordens dos canais para os sinais de ECG, FC, BP e pressão torácica. Se a pressão torácica não for medida, insira zero. Uma figura exibindo os painéis de ECG, frequência cardíaca e pressão arterial em função do tempo aparecerá na tela. Selecione os dados a serem analisados, incluindo aproximadamente 30 segundos antes e depois da manobra de Valsalva. Posicione a mira e clique uma vez com o mouse no início e uma segunda vez no final. Os dados selecionados aparecerão em vermelho na figura. Clique em salvar e sair. Selecione a etapa dois, eletrocardiograma ou ECG, no menu de seleção de operação. Agora a figura exibe o sinal de ECG. Para corrigir picos mal colocados, clique em sim no menu pop-up. No próximo menu, clique em OK e role para a direita usando a ferramenta manual até que os picos que precisam de correção estejam visíveis na janela. Se um pico estiver ausente, mal colocado ou um pico extra estiver marcado, role até o local do pico. Pressione enter no teclado para abrir um menu consultando: "Deseja corrigir pontos RS?" Clique em sim para corrigir pontos ou em não para retornar ao menu de operações. Em seguida, aparece um menu com a opção "Clique no ponto para corrigir". Pressione OK e coloque a mira no ponto que precisa de correção. O próximo menu perguntará: "Adicionar ou remover ponto?" Para adicionar um ponto, clique em adicionar. O ponto marcado aparecerá em vermelho ou azul. O programa classificará o ponto como R ou S com base no local exato do clique. Para remover um ponto, clique em remover e o ponto marcado será excluído. Pressione Enter no teclado. No prompt perguntando se você deseja corrigir pontos, clique em não. Se o número de picos R e S não for idêntico e o usuário clicar em não, um novo menu exibirá a mensagem "O número de picos R e S deve ser igual. Inspecione os dados." Clique em OK e o código retornará à etapa de correção de pico. No menu de seleção de operação, selecione a etapa três, frequência cardíaca. A figura exibe a frequência cardíaca no painel superior e o ECG no painel inferior. Se o sinal de frequência cardíaca não tiver artefatos, clique em salvar e sair, retornando à seleção do paciente. Se houver erros nos dados, clique em corrigir frequência cardíaca. Role ao longo do sinal de frequência cardíaca e localize artefatos. Pressione enter no teclado ao visualizar uma região que precisa de correção. Clique em OK no menu que consulta "Clique nos pontos para conectar". Alinhe a mira sobre o primeiro ponto antes do artefato e clique uma vez com o mouse. Em seguida, alinhe a mira sobre o primeiro ponto após o artefato e clique uma segunda vez com o mouse. Uma spline linear conecta os dois pontos. Um menu aparece na tela perguntando: "Aceitar alteração?" Selecione sim, desfazer ou adicionar alteração. Agora a figura exibe a frequência cardíaca no painel superior e o ECG no painel inferior. Para continuar, pressione salvar e sair. No menu de seleção de operação, selecione a etapa quatro, respiração. O sinal respiratório é gerado a partir da magnitude do sinal QRS. Clique em salvar e sair para armazenar a figura. No menu de seleção de operação, selecione a etapa cinco, pressão arterial. Alinhe a mira com um pico de pressão arterial e clique uma vez com o mouse. Em seguida, alinhe a mira no próximo pico à direita e clique novamente. A figura é exibida, exibindo sinais sistólicos e diastólicos detectados automaticamente. Um menu aparece solicitando: "Deseja corrigir pontos sistólicos?" Pressione sim para prosseguir ou não para prosseguir com a correção da PA diastólica. Clique no último valor correto de PA sistólica antes da correção. Em seguida, adicione pontos onde a pressão arterial deve estar. Em seguida, clique no primeiro ponto correto após o artefato e pressione enter. Uma curva vermelha tracejada exibirá a PA sistólica corrigida. Continue até o final do sinal rolando para a direita. Clique em enter e continue corrigindo a PA diastólica. A correção da PA diastólica começa com um menu perguntando: "Deseja corrigir os pontos diastólicos?" Pressione sim para corrigir ou não para continuar. Pressione salvar e sair para retornar à seleção do paciente. No menu de seleção de operação, selecione a etapa seis, Fases da VM. Para marcar o início da manobra de Valsalva, alinhe a mira com o início da apneia e clique uma vez. Depois, alinhe a mira com a extremidade da apneia e clique uma vez para marcar a extremidade da manobra de Valsalva. Um menu é exibido solicitando "Aceitar índices?" Selecione sim para concluir a operação e não para inspecionar a detecção automatizada de fases delineadas por linhas verticais. No menu de seleção de operação, selecione a etapa sete, proporções clínicas. A figura mostra a pressão arterial sistólica no painel superior, a frequência cardíaca no painel central e o intervalo RR no painel inferior. Inspecionar valores de característica anotados com marcadores circulares. Clique em sim se todos os pontos estiverem corretos. Caso contrário, clique em não para ajustes. Um menu solicitando "Selecionar pontos para mover" aparece na tela. Escolha um, vários ou todos os pontos. Clique em OK para continuar ou em cancelar para ignorar as alterações. Execute a etapa oito, previsão nominal do modelo, para gerar uma figura com quatro painéis. Os painéis esquerdos exibem a variação do tempo e a pressão arterial sistólica na parte superior e a pressão intratorácica na parte inferior, que servem como entradas do modelo. Os painéis superiores direitos mostram a frequência cardíaca medida e a frequência cardíaca prevista e os sinais simpáticos e parassimpáticos previstos na parte inferior. As próximas etapas, análise de sensibilidade e otimização, não requerem nenhuma interação do usuário. Essas etapas levam de dois a cinco minutos para serem executadas. Eles calibram o modelo matemático para dados, estimando a dinâmica simpática e parassimpática. Após a análise de sensibilidade e a otimização, selecione a etapa 11, plotar previsões do modelo, para gerar um menu de consulta "Selecione a previsão do modelo a ser mostrada". Escolha otimizar para exibir os resultados das previsões do modelo com o modelo calibrado. Os resultados são mostrados usando o mesmo layout de figura que na previsão do modelo nominal. Clique em salvar e sair no canto inferior direito para prosseguir. Abra o menu de dados salvos, que solicita "Insira o nome do arquivo de resumo de dados". Insira o nome de arquivo preferido na caixa de texto. Um segundo menu é exibido, solicitando que o usuário escolha um formato de arquivo. Selecionar. XLSX ou um arquivo separado por vírgulas. O arquivo salvo inclui informações do paciente, marcadores clínicos e linhas de regressão e valores de parâmetros nominais ou otimizados. As correções de sinal de ECG eliminaram com sucesso a necessidade de correção da frequência cardíaca em todos os conjuntos de dados, exceto um, onde o sujeito oito exibiu padrões irregulares de ECG. A correção da frequência cardíaca aplicada ao sujeito oito resultou em um sinal suave de frequência cardíaca, alinhando-se com outros indivíduos após o ajuste. Os sinais respiratórios foram derivados de dados de ECG usando a magnitude do complexo QRS, prevendo efetivamente as mudanças na pressão intratorácica. O software identificou ondas QRS de forma intercambiável para cálculos de pressão intratorácica. A correção da PA foi aplicada para resolver batimentos ausentes e detecção incorreta de pico devido a erros do sensor. Durante a manobra de Valsalva, as flutuações da frequência cardíaca fizeram com que o software perdesse picos que necessitassem de correção da PA. Os sinais sistólicos e diastólicos da PA foram corrigidos usando interpolação linear da coluna por partes, garantindo a reconstrução precisa da forma de onda da PA. O software identificou com sucesso as fases da manobra de Valsalva e marcadores clínicos, mas alguns necessitaram de correção manual. Os desvios da PA máxima e da frequência cardíaca mínima no início da fase quatro foram corrigidos, melhorando a precisão da regressão. As linhas de regressão para as fases iniciais dois e quatro foram calculadas com valores de R quadrado incluídos para avaliação da qualidade.