Valsalva Manevrasından Kalp Atış Hızı ve Kan Basıncı Zaman Serisi Verilerinin Analizi için Yazılım

Araştırmam, fizyolojik verilerin analizi için metodolojilerin geliştirilmesini içerir. Öncelikli odak noktam, kardiyovasküler hastalıkları ve kardiyovasküler ve hormonal sistemlerin etkileşimini değerlendirmek için toplanan verilerdir. Son gelişmeler, hastaları fenotiplemek, vekil modeller oluşturmak ve dijital ikizler geliştirmek için mekanik modellemeyi veri bilimiyle bütünleştirir. Bu çalışma, tekrarlanabilir bir şekilde, otonomik kontrol sisteminin işlevini değerlendirmek için kullanılan fizyolojik bir test olan Valsalva manevrası sırasında ölçülen EKG ve kan basıncı sinyallerinden biyobelirteçleri çıkarabilen bir yazılım geliştirmektedir. Uygulamalı bir matematikçi olarak, birincil katkılarım MATLAB, C ++, Fortran ve R dahil olmak üzere bir dizi programlama dili kullanarak hesaplama metodolojilerinin geliştirilmesini içerir. Valsalva analizörünün ötesinde, araştırmam vasküler ağ analizi için görüntüleme ve hemodinamik verileri entegre eden hesaplama modelleri geliştirmeyi içerir. Valsalva analizörü, tekrarlanabilir bir şekilde, bilinen tüm kalp atış hızı ve kan basıncı biyobelirteçlerini çıkarabilen bir algoritma sağlar ve doğrudan ölçülemeyen sempatik ve parasempatik sinyal belirteçlerini ortaya çıkarmak için matematiksel bir model kullanır. Yazılım, klinisyenlerin otonomik disfonksiyonu olan hastaları teşhis etmesine yardımcı olabilir.

[Öğretim Görevlisi] Başlamak için, baskın olmayan elin işaret ve orta parmaklarından kan basıncının sürekli ölçümü için dijital bir kan basıncı manşonu kullanın. Yerçekiminin etkilerini ortadan kaldırmak için elinizi kalbin hizasına getirin. Elektrotları kalpten eşit uzaklıkta yerleştirin. Beyaz EKG kablosunu atriyumun soluna ve siyah EKG ucunu atriyumun sağına yerleştirin ve kırmızı EKG'yi göğüs kafesinin sol tarafına, alt kenarına yerleştirin. Enstrümantasyondan sonra, deneğe bir manometreye bağlı pozitif uçlu ekspiratuar basınç cihazına nefes vererek Valsalva manevrasını gerçekleştirmesi talimatını verin. Valsalva manevrasından önce ve sonra en az 30 saniye boyunca kararlı sinyaller kaydedin. Valsalva manevrasını, denekten 15 saniye boyunca nefes vermesini isteyerek ve 40 milimetre cıva basıncını koruyarak gerçekleştirin. Sinyalleri LabChart'tan 1000 hertz'de MATLAB'a aktarmak için, fareyi kullanarak sinyalin dışa aktarılacak bölümünü seçin. MATLAB olarak dışa aktar menüsünde HR, BP, EKG ve ölçülüyorsa göğüs içi basıncı içeren kanalları seçin. Burada, bir ila üç arasındaki kanallar. 32 bit kayan noktayı seçin, örneği aynı hıza yükseltin ve açıklamaları ve olay işaretçilerini kaldırın. Dışa aktarmak için Tamam'a tıklayın. Dışa aktarmayı durdurmak için MAP dosyasını açın ve iptal edin. Açılır menüden şekil parametrelerini seçin, yazılım platformu türünü, şekil yazı tipi boyutunu, işaretçi boyutunu ve çizgi genişliğini seçin. Ardından ayarları kabul etmek ve hasta seçimine devam etmek için Tamam'a tıklayın. Hasta seçimi menüsünden, analiz edilecek hastaları seçin. Listeden herhangi bir sayıda hasta seçmek için fareyi kullanın ve bir sonraki adıma geçmek için Tamam'a tıklayın. Menü işlem seçiminden, azalan sırada yapılacak işlemleri seçin. Birinci işlem adımını seçtikten sonra hasta bilgilerini seçin. Devam etmek için Tamam'ı tıklayın. Açılır menüde hasta kimliği, yaş, cinsiyet, boy ve kilo dahil olmak üzere hasta bilgilerini girin. Ardından devam etmek için Tamam'ı tıklayın. Yeni bir açılır menü görünür. Bu menüde EKG, HR, BP ve göğüs basıncı sinyalleri için kanal sıralarını girin. Torasik basınç ölçülmezse, sıfır girin. EKG, kalp atış hızı ve kan basıncı panellerini zamanın fonksiyonları olarak gösteren bir şekil ekranda görünecektir. Valsalva manevrasından yaklaşık 30 saniye öncesi ve sonrası dahil olmak üzere analiz edilecek verileri seçin. Artı işaretini konumlandırın ve fare ile başlangıçta bir kez ve sonunda ikinci kez tıklayın. Seçilen veriler şekilde kırmızı renkte görünecektir. Kaydet ve çık'ı tıklayın. İşlem seçim menüsünde ikinci adımı, elektrokardiyogram veya EKG'yi seçin. Şimdi şekil EKG sinyalini gösterir. Yanlış yerleştirilmiş tepe noktalarını düzeltmek için, açılır menüde evet'i tıklayın. Sonraki menüde, Tamam'ı tıklatın ve düzeltilmesi gereken tepe noktaları pencerede görünene kadar el aracını kullanarak sağa kaydırın. Bir tepe noktası eksikse, yanlış yerleştirilmişse veya fazladan bir tepe işaretlenmişse, zirvenin konumuna ilerleyin. "RS puanlarını düzeltmek istiyor musunuz?" sorusunu soran bir menüyü açmak için klavyede enter tuşuna basın. Noktaları düzeltmek için evet'i veya işlemler menüsüne dönmek için hayır'ı tıklatın. Ardından, "Düzeltmek için noktaya tıklayın" seçeneğinin bulunduğu bir menü görünür. Tamam'a basın ve artı işaretini düzeltilmesi gereken noktaya yerleştirin. Bir sonraki menü, "Nokta ekle mi yoksa kaldır mı?" diye soracaktır. Bir nokta eklemek için, ekle'yi tıklayın. İşaretli nokta kırmızı veya mavi renkte görünecektir. Program, tam tıklama konumuna göre noktayı R veya S olarak sınıflandıracaktır. Bir noktayı kaldırmak için kaldır'ı tıklayın ve işaretli nokta silinecektir. Klavyede enter tuşuna basın. Noktaları düzeltmek isteyip istemediğinizi soran istemde hayır'ı tıklayın. R ve S tepe noktalarının sayısı aynı değilse ve kullanıcı hayır'ı tıklarsa, yeni bir menüde "R ve S tepe noktalarının sayısı eşit olmalıdır. Verileri inceleyin." Tamam'a tıklayın ve kod en yüksek düzeltme adımına geri dönecektir. İşlem seçimi menüsünde üçüncü adım, kalp atış hızı öğesini seçin. Şekil, üst panelde kalp atış hızını ve alt panelde EKG'yi gösterir. Kalp atış hızı sinyalinde artefakt yoksa, kaydet'e tıklayın ve çık, hasta seçimine dönün. Verilerde hatalar varsa kalp atış hızını düzelt'i tıklayın. Kalp atış hızı sinyali boyunca ilerleyin ve artefaktları bulun. Düzeltilmesi gereken bir bölgeyi görüntülerken klavyede enter tuşuna basın. Menüde "Bağlanmak için noktalara tıklayın" sorgusunu yapan Tamam'ı tıklayın. Artı işaretini yapıttan önceki ilk noktanın üzerine hizalayın ve fareyle bir kez tıklayın. Ardından artı işaretini yapıttan sonraki ilk noktanın üzerine hizalayın ve fareyle ikinci kez tıklayın. Doğrusal bir spline iki noktayı birbirine bağlar. Ekranda "Değişikliği kabul et mi?" diye soran bir menü belirir. Evet, geri al veya değişiklik ekle'yi seçin. Şimdi şekil, üst panelde kalp atış hızını ve alt panelde EKG'yi gösteriyor. Devam etmek için kaydet ve çık'a basın. İşlem seçim menüsünde, dördüncü adım olan solunumu seçin. Solunum sinyali, QRS sinyalinin büyüklüğünden üretilir. Şekli kaydetmek için kaydet ve çık'a tıklayın. İşlem seçimi menüsünde, beşinci adımı, kan basıncını seçin. Artı işaretini bir kan basıncı tepe noktasıyla hizalayın ve fareyle bir kez tıklayın. Ardından artı işaretini bir sonraki tepede sağa hizalayın ve tekrar tıklayın. Otomatik olarak algılanan sistolik ve diyastolik sinyalleri gösteren şekil belirir. "Sistolik noktaları düzeltmek istiyor musunuz?" diye soran bir menü belirir. Devam etmek için evet'e veya diyastolik kan basıncı düzeltmesine devam etmek için hayır'a basın. Düzeltmeden önceki son doğru sistolik kan basıncı değerine tıklayın. Ardından kan basıncının olması gereken noktaları ekleyin. Ardından eserden sonraki ilk doğru noktaya tıklayın ve enter tuşuna basın. Kesikli kırmızı bir eğri, düzeltilmiş sistolik BP'yi gösterecektir. Sağa kaydırarak sinyalin sonuna kadar devam edin. Diyastolik kan basıncı düzeltmesi, "Diyastolik noktaları düzeltmek istiyor musunuz?" diye soran bir menü ile başlar. Düzeltmek için evet'e veya devam etmek için hayır'a basın. Hasta seçimine dönmek için kaydet ve çık'a basın. İşlem seçimi menüsünde altıncı adım olan VM aşamaları'nı seçin. Valsalva manevrasının başlangıcını işaretlemek için, artı işaretini nefes tutma başlangıcı ile hizalayın ve bir kez tıklayın. Daha sonra, artı işaretini nefes tutma ucuyla hizalayın ve Valsalva manevra ucunu işaretlemek için bir kez tıklayın. "Endeksler kabul edilsin mi?" diye soran bir menü belirir. İşlemi tamamlamak için evet'i seçin ve dikey çizgilerle tanımlanan fazların otomatik olarak algılanmasını incelemek için hayır'ı seçin. İşlem seçimi menüsünde, yedinci adım, klinik oranları seçin. Şekil, üst panelde sistolik kan basıncını, orta panelde kalp atış hızını ve alt panelde RR aralığını göstermektedir. Dairesel işaretleyicilerle açıklamalı karakteristik değerleri inceleyin. Tüm noktalar doğruysa evet'i tıklayın. Aksi takdirde, ayarlamalar için hayır'ı tıklayın. Ekranda "Taşınacak noktaları seçin" uyarısı veren bir menü belirir. Bir, birden fazla veya tüm noktaları seçin. Devam etmek için Tamam'ı veya değişiklikleri atlamak için iptal'i tıklayın. Dört panelli bir şekil oluşturmak için sekizinci adım olan model tahmini nominalini çalıştırın. Soldaki paneller, model girdileri olarak işlev gören üstte zamanla değişen ve sistolik kan basıncını ve altta intratorasik basıncı gösterir. Sağ üstteki paneller, ölçülen kalp atış hızı ve tahmin edilen kalp atış hızı ile altta tahmin edilen sempatik ve parasempatik sinyalleri gösterir. Sonraki adımlar olan duyarlılık analizi ve optimizasyon, herhangi bir kullanıcı etkileşimi gerektirmez. Bu adımların çalıştırılması iki ila beş dakika sürer. Sempatik ve parasempatik dinamikleri tahmin ederek matematiksel modeli verilere göre kalibre ederler. Duyarlılık analizi ve iyileştirmeden sonra, "Gösterilecek model tahminini seçin" menü sorgusu oluşturmak için 11. adım olan model tahminlerini çizin. Kalibre edilmiş modelle model tahminlerinin sonuçlarını görüntülemek için iyileştirmeyi seçin. Sonuçlar, model tahmini nominalinde olduğu gibi aynı şekil düzeni kullanılarak gösterilir. Devam etmek için sağ alttaki kaydet ve çık'a tıklayın. "Veri özeti dosya adını girin" uyarısını veren verileri kaydet menüsünü açın. Metin kutusuna tercih edilen dosya adını girin. Kullanıcıdan bir dosya biçimi seçmesini isteyen ikinci bir menü görünür. Seçmek. XLSX veya virgülle ayrılmış bir dosya. Kaydedilen dosya hasta bilgilerini, klinik belirteçleri ve regresyon çizgilerini ve nominal veya optimize edilmiş parametre değerlerini içerir. EKG sinyal düzeltmeleri, denek sekizinin düzensiz EKG paternleri sergilediği bir veri seti hariç tümünde kalp atış hızı düzeltmesi ihtiyacını başarıyla ortadan kaldırdı. Sekizinci deneğe uygulanan kalp atış hızı düzeltmesi, ayarlamadan sonra diğer deneklerle hizalanan düzgün bir kalp atış hızı sinyali ile sonuçlandı. Solunum sinyalleri, intratorasik basınç değişikliklerini etkili bir şekilde tahmin eden QRS kompleks büyüklüğü kullanılarak EKG verilerinden türetildi. Yazılım, intratorasik basınç hesaplamaları için QRS dalgalarını birbirinin yerine tanımladı. Sensör hatalarından kaynaklanan eksik vuruşları ve yanlış tepe algılamayı ele almak için BP düzeltmesi uygulandı. Valsalva manevrası sırasında, kalp atış hızı dalgalanmaları, yazılımın BP düzeltmesi gerektiren zirveleri kaçırmasına neden oldu. Sistolik ve diyastolik kan basıncı sinyalleri, parçalı doğrusal omurga enterpolasyonu kullanılarak düzeltildi ve doğru BP dalga formu rekonstrüksiyonu sağlandı. Yazılım, Valsalva manevra fazlarını ve klinik belirteçleri başarıyla tanımladı, ancak bazıları manuel düzeltme gerektirdi. Dördüncü fazın erken dönemlerinde maksimum kan basıncı ve minimum kalp atış hızının yanlış yerleşimleri düzeltilerek regresyon doğruluğu iyileştirildi. İkinci ve dördüncü erken aşamalar için regresyon çizgileri, kalite değerlendirmesi için dahil edilen R kare değerleri ile hesaplandı.