Компьютерный фотоплетизмограф

Компьютерный фотоплетизмограф

По просьбе врача-невролога из г.Мариуполя Юрова Игоря Васильевича нами разработан новый диагностический прибор - компьютерный фотоплетизмограф.
Прибор позволяет оценивать состояние сердечно-сосудистой системы по измерению параметров пульсовой волны, а также функциональное состояние организма вцелом - путем анализа вариабельности сердечного ритма.

Эта разработка ориентирована на продвинутых современных врачей, которые не боятся компьютеров и имеют достаточно хорошее представление о реализованных диагностических методиках.

Чтобы составить лучшее представление о нашем компьютерном фотоплетизмографе, скачайте по этой ссылке архив с инсталлятором программы фотоплетизмографа и примерами записей. Распакуйте архив, установите программу, изучите её возможности по работе с записями.

 Руководство пользователя

 Прежде чем приступить к использованию прибора, рекомендуется ознакомиться с данным руководством. Устройство-приставка к компьютеру позволяет регистрировать пульсовую волну оптическим методом, проводить анализ пульсограмм (вычисление индексов пульсовой волны, анализ вариабельности сердечного ритма), сохранять данные в виде файлов, осуществлять автоматизированную постановку диагнозов, формирование и печать отчётов по результатам исследований.

Разделы данного руководства:

Инсталляция ПО и подключение устройства к компьютеру

Прежде чем приступить к работе с приставкой, необходимо установить программу Фотоплетизмограф на ваш компьютер. Для этого запустите инсталляционный файл Pletismograph_Setup.exe, в появившемся окне инсталлятора нажмите кнопку “Далее”.  Укажите полный путь к директории (или оставьте предложенный вариант), где будут установлены файлы программы. В следующем окне предлагается создать ярлык на Рабочем столе и пункт в меню быстрого доступа (для Windows XP). При нажатии кнопки “Установить” начнется процесс установки продукта. Когда процесс будет завершен, нажмите кнопку “Завершить”. Компьютерный пульсограф работает как стандартное HID устройство, поэтому не требует для своей работы установки специальных драйверов.

 Перед снятием фотоплетизмограммы убедитесь в целостности приставки (самого устройства), наличии соединения её через USB кабель к компьютеру и наличии установленного программного обеспечения. После подсоединении прибора к компьютеру запустите программу Фотоплетизмограф. Устройство подключится автоматически. Если устройство не подключилось автоматически, нажмите кнопку “Подключить”, а при необходимости отключения устройства нажмите кнопку “Отключить”.

 В случае возникновения проблем с подключением устройства, Вы можете обратиться к группе “Журнал”. Нажав кнопку “Показать”, Вы получите доступ к технической информации, связанной с работой аппаратной части системы. При отсутствии соединения с устройством в журнале Вы увидите сообщение “Устройство не подключено”. Для сохранения в текстовый файл записей журнала нажмите кнопку “Сохранить”, для удаления записей  из рабочей области журнала – “Очистить”.

Чтобы вернуться в режим просмотра записи нажмите левой кнопкой мыши на окно предварительного просмотра в группе “Контроль”.

Создание рабочих файлов

Перед началом записи необходимо создать рабочий файл для хранения снятой пульсограммы. Для этого нажмите на кнопку “Новая” группы “Запись”. В открывшемся диалоговом окне укажите имя и выберите путь к файлу. Пожалуйста, убедитесь, что на выбранном диске будет достаточно свободного места (более 10 мегабайт), иначе программа не сможет записать пульсограмму.

Запись пульсограммы

После создания новой записи приложите палец к приставке, как показано на рисунке. Следите за видом регистрируемой кривой в окне предварительного просмотра группы “Контроль”. Устройство автоматически будет подбирать требуемое усиление сигнала с датчика. Для записи качественной пульсограммы примите удобное положение и расслабьтесь (напряжение мышц – тремор – и непроизвольные движения приводят к значительным артефактам регистрируемого сигнала).

 Window_connectНе нужно чрезмерно сильно прижимать палец к датчику.Выберите подходящий момент для записи и нажмите  кнопку “Начать” группы “Запись”. Начнется запись плетизмограммы.

Для приостановки или продолжения записи нажмите кнопку “Пауза”. Для полного завершения записи – кнопку “Стоп”.

Переход на другую вкладку программы во время записи пульсограммы невозможен.Если после окончания записи снова нажать кнопку “Начать”,  то предыдущая запись будет заменена новой.

Для проведения статистического анализа вариабельности сердечного ритма минимальная длительность записи должна составлять 5 минут.

Для измерения индексов пульсовой волны достаточно записи длительностью в 1 минуту.

Просмотр пульсограмм

Для просмотра зарегистрированной пульсограммы перейдите на вкладку программы “Измерения” и нажмите кнопку “Смотреть” группы “Просмотр”.

Вы также можете просматривать и анализировать ранее записанные и сохраненные пульсограммы. Для этого нажмите кнопку “Открыть” на вкладке “Измерения” и выберите файл с записанной плетизмограммой (файлы с расширением “.pwv”). Обращение к недавним записям плетизмограмм удобно производить, нажав на кнопку меню приложения.

 Перед анализом пульсограммы выберите фрагмент записи. Для этого нажмите кнопку “Начало” (группа “Выбор фрагмента”). Появится маркер, указывающий на начало исследуемого фрагмента. Укажите начало фрагмента путем перемещения с помощью мыши записи под маркером. Чтобы выбрать необходимый участок записи пульсограммы для анализа также используйте полосу прокрутки внизу главного окна программы или прокрутку с помощью жестов мыши (удерживая левую кнопку мыши и передвигая её курсор вправо и влево). Выбрав начальную границу фрагмента, подобным образом выберите конец фрагмента, нажав кнопку “Конец”.

При нажатии на кнопку “ЧСС фрагмента” в рабочей области программы отображается выбранный фрагмент записи

пульсограммы и ритмограмма (зависимость мгновенной частоты сердечных сокращений от времени). Для изменения масштаба отображения выделенного фрагмента записи пульсограммы по временной шкале используйте стрелочки в правом нижнем углу рабочей области программы.

  Рабочая область окна программы разделена горизонтальным сплиттером на две области: область отображения записи пульсограммы и область вычисленной ритмограммы. Вы можете изменить соотношение размеров разделенных областей, перетягивая сплиттер вверх (уменьшение области отображения пульсограммы и увеличение области ритмограммы) и вниз (наоборот). Для этого наведите курсор мыши на сплиттер, курсор изменит свою форму, нажмите левую кнопку мыши и перетяните сплиттер в нужном направлении.

Прокрутка записи осуществляется с помощью жестов мыши (удерживая левую кнопку мыши перемещайте её курсор) и с помощью полосы прокрутки в нижней части окна программы.

Контурный анализ пульсовой волны

Компьютерная программа Фотоплетизмограф позволяет проводить контурный анализ пульсовой волны, который заключается в автоматизированном измерении амплитудно-временных параметров выбранного фрагмента записи.

Выбор фрагмента записи

 Для проведения контурного анализа необходимо выбрать фрагмент записи (см. выше) одного периода пульсограммы, как это показано на рис.5, и нажать кнопку “Индексы ПВ” группы “Анализ”. Для корректного анализа пульсовой кривой необходимо устанавливать границы периода пульсовой волны, слегка захватывая предыдущий и следующий периоды.

После нажатия на кнопку “Индексы ПВ” в окне программы появится выбранный фрагмент снятой пульсограммы.

Вычисление показателей контурного анализа пульсовой волны

Для вычисления индексов пульсовой волны необходимо вручную установить маркеры, указывающие на характерные точки пульсовой кривой (рис.6): В1 (начало сердечного цикла), В2 (момент максимального расширения сосуда в фазу изгнания), В3 (точка, которая соответствует протодиастолическому периоду), В4 (начало диастолы), В5 (завершение сердечного цикла). Для установки маркера соответствующей точки необходимо нажать кнопку в области “Маркеры” с надписью, обозначающей данную току. К примеру, сначала необходимо установить маркер для точки В1. Для этого нужно нажать кнопку В1 и установить маркер таким образом, как это показано на рисунке-подсказке в области “Маркеры”, после чего нажать кнопку следующего маркера В2. Подобным образом установить все маркеры для характерных точек пульсовой волны (характерные точки отмечать маркерами удобнее при развернутом на весь экран окне программы).

Рабочая область окна программы разделена вертикальным сплиттером. Передвигая сплиттер влево и вправо (см. раздел 4), вы можете изменять размер отображаемых областей (область с исследуемой пульсовой волной и вычисленными амплитудно-временными параметрами).

Для получения максимально полной информации после проведения контурного анализа пульсовой кривой необходимо указать дополнительные сведения об испытуемом. Для этого нажмите на кнопку “Сведения” группы “Пациент и занесите данные о пациенте в соответствующие поля рабочей области. Все данные автоматически записываются в файл фотоплетизмограммы, и при повторном открытии файла повторно вносить сведения о пациенте не нужно. Для возврата к анализу пульсовой волны нажмите кнопку “Индексы ПВ”.

Показатель

Описание

Норма

ИЖ, м/с Индекс жесткости – параметр, который явно коррелирует со скоростью распространения пульсовой волны – маркером артериальной жесткости / ригидности. 5 – 9 м/с
ИО, % Индекс отражения – отражает преимущественно тонус артериол и мелких сосудов, косвенно указывает на наличие атеросклеротических отложений (увеличение отражений). 40 – 70 %
АПВ Амплитуда пульсовой волны (амплитуда анакротической фазы).
АДВ Амплитуда дикротической волны. 0,5* АПВ
ВИ Высота инцизуры. (2/3)* АПВ
ИДВ Индекс дикротической волны. 50 – 70%
ДАФ, с Длительность анакротической фазы пульсовой волны.
ДДФ, с Длительность дикротической фазы пульсовой волны.
ДФИ, с Длительность фазы изгнания – параметр, отражающий диастолическую активность.
ДПВ, с Длительность пульсовой волны. 0,7 – 1,1 с
ИВВ, % Индекс восходящей волны – параметр, отражающий фазу наполнения в систолический период сердечного цикла, соответствует отношению длительности восходящего сегмента анакротической волны к общей длительности пульсовой волны. 15 – 30%
ВН, с Время наполнения (соответствует промежутку от начала пульсовой волны до вершины анакротической волны). 0,06 – 0,2 с
ДС, с Продолжительность систолической фазы сердечного цикла. 0,35 - 0,55 с
ДД, с Продолжительность диастолической фазы сердечного цикла. 0,4 - 0,6 с
ВОВ, с Время отражения пульсовой волны (соответствует времени расслабления миокарда в протодиастолическую фазу). 0,2 – 0,4 с
ЧСС Частота сердечных сокращений. 55 – 85 уд/с
В1 (t; a) Начало сердечного цикла.
В2 (t; a) Момент максимального расширения сосуда в фазу изгнания.
В3 (t; a) Точка, которая соответствует протодиастолическому периоду.
В4 (t; a) Начало диастолы.
В5 (t; a) Завершение сердечного цикла.

 

Анализ вариабельности сердечных сокращений

Для проведения статистического и спектрального анализа вариабельности сердечного ритма длительность выбранного фрагмента должна составлять 5 минут. В противном случае результаты анализа являются  недостаточно информативными, и их сложно сравнивать. После выделения исследуемого фрагмента (см. пункт Выбор фрагмента записи) нажмите кнопку “ВСР фрагмента”.

Вы можете самостоятельно указать длину выборки (длительность фрагмента), который необходимо анализировать. Для этого установите флаг напротив поля “Х секунд от начала фрагмента” в группе “Исходные данные”, укажите длительность выборки в секундах и нажмите кнопку “Применить”. При выборе поля “Х сокращений от начала фрагмента” можно указать необходимое для анализа число сердечных сокращений. По умолчанию программа обрабатывает весь выделенный фрагмент (флаг установлен напротив поля “Выделенный фрагмент”).

 Графическое отображение полученных результатов

В верхней части справа рабочей области отображается ритмограммы выделенного участка записи (зависимость длительности сердечного сокращения от времени). Ниже показаны скатерограмма (корреляционная ритмограмма) и гистограмма (вариационная пульсограмма). 

Для изменения масштаба графического отображения зависимостей используйте жесты мыши: для увеличения некоторого участка на графике (увеличение степени детализации изображения) выделите необходимый участок прямоугольником, начиная с левого верхнего угла, зажав левую кнопку мыши и отпустите кнопку мыши. Для уменьшения детализации (увеличения масштабов отображения) также проведите выделение участка прямоугольником, удерживая левую кнопку мыши, однако, начинать выделение стоит с нижнего правого угла.

Для передвижения по графику перемещайте курсор мыши, удерживая её правую кнопку.

Для отображения результатов статистического и спектрального анализа ВСР нажмите кнопку “Далее”. В рабочей области программы отображаются спектр ВСР, полученный с помощью быстрого преобразования Фурье, и параметры ВСР. Области отображения разделены вертикальным сплиттером.

 Расшифровка показателей ВСР:

Показатель

Описание

Норма

<ЧСС(HR)>,уд / мин Средняя частота сердечных сокращений за минуту 55 – 85
Дисперсия (D), мс^2 Дисперсия – статистический показатель, указывающий на величину среднего значения отклонения, т.е. на разброс длительностей сердечных циклов. -
СКО(SDNN) Среднеквадратичное отклонение – суммарный статистический показатель вариабельности величин интервалов между сердечными сокращениями за весь рассматриваемый период. 30 – 100
КВ(CV),% Коэффициент вариации, представляет собой нормированную оценку СКО. 3 – 9
RMSSD, мс Среднеквадратичная разностная характеристика (квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных нормальных интервалов, исключая экстрасистолы). 20 – 50
PNN50,% Процент интервалов от общего числа последовательных пар интервалов, различающихся более, чем на 50 мс, полученный за весь период записи. 5 – 30
Amo Амплитуда моды – показатель, получаемый из гистограмм и отражающий число интервалов, соответствующих значению моды в процентах. 0,3 – 0,4
Mo, мс Мода – наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряду значение длительности сердечного цикла. 700 – 1100
MxDMn, мс Вариационный размах – показатель, отражающий степень вариативности значений интервалов в исследуемом динамическом ряду. 200 – 400
MxRMn Отношение максимального значения длительности сердечного цикла к минимальному. 1,3 – 1,7
ИН (SI), о.е. Индекс напряжения регуляторных систем (стресс-индекс). 50 – 150 о. е.
ИВВ=LF/HF Индекс вагосимпатического взаимодействия.
ИЦ = (VLF+LF)/HF Индекс централизации. 2 – 6
TP, мс^2 Total power – суммарная мощность спектра ВСР, полученного с помощью БПФ (быстрого преобразования Фурье) с использованием оконной функции Хеннинга.
HF, мс^2 Суммарная мощность в диапазоне высоких частот (0,4 – 0,15 Гц).
LF, мс^2 Суммарная мощность в диапазоне низких частот (0,15 – 0,04 Гц).
VLF, мс^2 Суммарная мощность в диапазоне очень низких частот (0,04 – 0,015 Гц).
ULF, мс^2 Суммарная мощность в диапазоне ультра низких частот (меньше 0,015 Гц).
HF, % Мощность спектра в частотном диапазоне HF в процентном соотношении ко всему диапазону.
LF, % Мощность спектра в частотном диапазоне LF в процентном соотношении ко всему диапазону.
VLF, % Мощность спектра в частотном диапазоне VLF в процентном соотношении ко всему диапазону.
ULF, % Мощность спектра в частотном диапазоне ULF в процентном соотношении ко всему диапазону.

Высокочастотные спектральные компоненты обозначены на графике красным цветом, низкочастотные – зеленым, очень низкочастотные – синим, ультранизкочастотные – коричневым.

!Важно отметить, что статистические и спектральные показатели ВСР зависят от длительности записи. На практике некорректно сравнивать результаты анализа ВСР, полученные для записей различной длительности. Продолжительность анализируемого фрагмента записи должна быть фиксирована (обычно используются записи длиной в 300 секунд).

Печать результатов

После выполнения всхе необходимых измерений, для вывода на печать результатов перейдите на вкладку “Измерения” и нажмите кнопку “Напечатать” (группа “Отчет”). В рабочей области появится вид отчета, который Вы можете сохранить как изображение (в формате png – Portable Network Graphic), нажав на кнопку “В файл как изображение” или вывести на печать, нажав на кнопку “Распечатать” и предварительно настроив принтер, если необходимо. Для предварительного просмотра отчета используйте жесты мыши: передвигайте область обзора перемещением курсора мыши, зажав левую кнопку.

Внимание! Вывести на печать не пустой отчет можно лишь после проведения контурного анализа пульсовой волны и анализа ВСР с указанием начала и конца исследуемого фрагмента, а также характерных точек пульсовой волны.

Автоматизированная диагностика

Программное обеспечение позволяет проводить настраиваемую автоматизированную диагностику состояний испытуемого.  Для этого, после проведения контурного анализа и анализа ВСР, перейдите на вкладку “Диагностика”. В левой части рабочей области окна приведен перечень имеющихся в базе данных диагнозов. При нажатии левой кнопкой мыши на один из диагнозов в списке, в правой части окна отображается пояснение данного состояния, пределы амплитудно-временных параметров пульсовой волны и показателей ВСР для данного состояния. В нижней части окна отображаются результаты автоматизированной диагностики для исследуемого пациента. 

Вы можете самостоятельно добавлять в базу данных состояний диагнозы, корректировать их, удалять, а также создавать собственные базы данных. Для сохранения БД диагнозов нажмите кнопку “Экспортировать” и в открывшемся окне укажите имя базы данных. Заполняйте базу данных, используя кнопки “Новый” для создания нового диагноза или состояния в БД, “Сохранить” для сохранения установленных для него пределов показателей ВСР и/или пульсовой волны, “Удалить” для удаления из БД выбранного диагноза. Для загрузки и пополнения БД программы из ранее созданной базы данных диагнозов, нажмите кнопку “Импортировать”, и в открывшемся окне выберите файл БД.

В исходной базе данных состояний (предоставляемой разработчиками) вы можете корректировать значения (пределы) всех амплитудно-временных и статистических параметров, описания и названия диагнозов. Однако, при попытке удаления измененного диагноза, программа восстановит его состояние по умолчанию.

При разработке собственных баз данных тщательно подбирайте пределы показателей для автоматизированной диагностики с целью корректной интерпретации получаемых данных. К примеру, такое состояние, как симпатикотония, характеризуется повышенным индексом напряжения регуляторных систем (показатель ИН), который варьируется от 100 о.е. до 200. Это значит, что для данного показателя в БД диагнозов необходимо обозначить пределы следующим образом: в таблице диагнозов (при выбранном в списке слева диагнозе “Симпатикотония”) напротив показателя ИН указать пределы “Не более” – 200, “Не менее” – 100 . Если необходимо указать пределы для нескольких признаков, учтите, что они сочетаются с помощью операции “логическое И”.

18 комментариев к записи Компьютерный фотоплетизмограф

  • Albina пишет

    Спасибо, vik424. Очень приятно видеть, что наша работа не бесполезна.
    На сайте кафедры Вы, скорее всего, видели стоимость разработки (400$) нашего коллеги (портативный фотоплетизмограф).
    Описание нашей разработки доступно по адресу:
    http://fbme.univer.kharkov.ua/2012/05/kompyuternyj-fotopletizmograf/
    Ориентировочная стоимость компьютерного прибора в 4 раза ниже портативной версии (100$).
    По поводу приобретения, к сожалению, ничем порадовать Вас не можем. На данный момент мы очень загружены нашей основной работой и образцы приборов не изготавливаем.

  • vik424 пишет

    Ошибся с почтовым адресом.
    vik424@e-mail.ua
    I am sorry.

  • vik424 пишет

    Если нет возможности получить схему и все необходимое для
    самостоятельной сборки есть желание купить готовый при приемлемой
    цене для меня.
    Пожалуйста напишите мне стоимость .
    Виктор.Киев.
    hohol424@meta.ua

  • Ani44ka пишет

    Albina, большое Вам спасибо)

    Вы не могли бы мне написать свою почту. У меня есть еще пара вопросов. (Моя почта- yani44ka@mail.ru). Спасибо)

  • Ani44ka пишет

    Aibina, могу я попросить Вас о помощи?) Я пишу курсовую работу и для этого мне нужен реальный сигнал фотоплетизмограммы...а прибора у меня естественно нет. Возможно ли как-то получить этот сигнал, в формате txt скажем, или еще как-то???Спасибо

  • Владимир пишет

    Есть нюансы. Нюансов несколько:
    Во-первых, при наличии заболеваний группы васкулитов мелких сосудов, пульс, снятый на конечностях, неинформативен. Ибо спазм периферии, гипоксия и прочие радости. Во-вторых, при пороках сердца, легочной гипертензии и т.п. информативность вызывает те же вопросы (обоснование - гайды европейской ассоциации кардиологов). Вариант применения - вместе с ЭКГ, тогда возможно анализировать и отставание импульса, и соответствие ЧСС-пульс. Следует учитывать, что частота биения пульса далеко не всегда соответствует частоте сердечных сокращений.

1 2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*