Laboratorní úloha č. 8: Polykardiografie

Transkript

1 pletys. dech FKG EKG-II. [mv] Laboratorní úloha č. 8: Polykardiografie Úvod: Polykardiografie je současný záznam několika metod sledujících různé projevy srdečního cyklu. Základem jsou elektrokardiografie, pletysmografie, fonokardiografie (FKG), případně apexokardiografie, které umožňují zjistit trvání jednotlivých fází srdečního cyklu, například systolické a diastolické intervaly. Metodou polygrafie lze někdy rozpoznat počínající slabost srdečního svalu, resp. hrozící srdeční selhání.. Pletysmografie je metoda, která umožňuje získat záznam tlakového pulzu.. Fonokardiografie je metoda, která umožňuje grafické zobrazení zvuků vznikajících v srdci (ozvy, šelesty). 3. Apexokardiografie je metoda graficky znázorňující údery srdečního hrotu. Srdeční cyklus je fyziologicky propojen i s činností jiných orgánů. Například při řízeném nádechu se srdeční rytmus zrychluje, naopak při výdechu zpomaluje. Jednou z příčin může být efektivnější výměna plynů v plicích při nádechu a šetření energie při výdechu. Pletysmogram poskytuje informaci o aktuální hodnotě tlaku v krevním řečišti. Vrcholy průběhu odpovídají systolickému tlaku, těsně nasedající vlny oddělené dikrotickým zářezem korespondují s diastolickým tlakem. Maximální krevní tlak je při stahu srdečních komor a v EKG signálu se projevuje R-špičkou. Pulzní tlaková vlna se šíří od srdce dále krevním řečištěm, proto při měření pletysmogramu na prstech ruky shledáváme zpoždění systolického maxima od R-špičky. Srdeční ozvy jsou způsobeny vibracemi částic krve, chlopní a stěn komor. Nejvýraznějšími jsou I. a II. srdeční ozva. Zejména uzavírání cípatých chlopní, vibrace krve a stěn komor při zvýšeném nitrokomorového tlaku v průběhu kontrakce způsobuje první srdeční ozvu. Trvá přibližně 5 ms a v EKG se objevuje těsně za QRS komplexem. Druhá srdeční ozva vzniká vibracemi aortální a pulmonální chlopně při jejich zavírání na konci ejekční fáze. Je kratší než předešlá ozva, začíná na konci či po skončení T-vlny. Obrázek. Zobrazení signálu získaných měřením EKG - II. svod, pletysmografie, dechu a fonokardiografie

2 Cíle úlohy:. Analyzujte vlastní nebo jeden Vámi zvolený signál za (I.) klidový a za (II.) s vlivem hlubokého dýchání a) nastudujte přiložený algoritmus a s jeho pomocí detekujte pozici R-špiček b) zobrazte variabilitu srdečního rytmu v závislosti na dýchání c) zhodnoťte vliv dýchání na variabilitu srdečního rytmu. Analyzujte vlastní nebo jeden Vámi zvolený signál a) detekujte maxima v pletysmografu b) spočtěte okamžitou a průměrnou rychlost pulzní vlny v krevním řečišti 3. Analyzujte vlastní nebo jeden Vámi zvolený signál a) detekujte maxima T-vln b) detekujte konce T-vln 4. Analyzujte vlastní nebo jeden Vámi zvolený signál a) detekujte I. a II. srdeční ozvu: vykreslete spektra ozev spočtěte průměrovaná spektra ozev vyhodnoťte spektra ozev dle momentových charakteristik Data potřebná k vypracování úlohy: Pořízení biologických signálů:. Snímání EKG signálu standardní bipolární II. EKG svod (elektroda umístěna na pravém zápěstí a levé noze; zemnící elektroda na pravé noze). Pletysmograf snímání z ukazováčku pravé ruky 3. Fonokardiograf je přidržován na hrudníku prsty levé ruky 4. Snímání dechu hrudník je obepnut pásem se snímačem pohybu měření probíhá nejprve v klidu po dobu sekund a poté se měření zopakuje při současném hlubokém dýchání po dobu sekund Struktura dat: Př.: PolyEKG.txt fs=5 Hz. sloupec EKG [mv]. sloupec dech 3. sloupec FKG 4. sloupec pletysmogram Nápověda k některým úkolům:. Detekce R-špiček a variabilita srdečního rytmu ekg=ekg-mean(ekg); % odstranění stejnosměrné složky [b,a]= butter(5,*[5 4]./fs); % pásmová propust -> potlačení izolinie, P a T vlny, vf rušení ekg_r=filtfilt(b,a,ekg); % filtrace EKG bez posunu fáze! ekg_r=[diff(ekg_r);]; % zvýraznění rychlých změn! ekg_r=ekg_r.^; % usměrnění a zvýraznění extrémů! obalka=filtfilt(ones(,3)/3,,ekg_r); % vyhlazení!

3 dech tep/min EKG [mv] prah=max(obalka)/5; % práh! r_p=find(diff(obalka>prah)>); % indexy počátku oblasti QRS r_n=find(diff(obalka>prah)<); % indexy konce oblasti QRS % ošetření, kdyby byl detekován nejprve index konce if r_p()>r_n() r_n()=[]; end % stejný počet počátků a konců r_p=r_p(:min([length(r_p) length(r_n)])); r_n=r_n(:min([length(r_p) length(r_n)])); % for i=:length(r_p) % všechny oblasti QRS seg=ekg(r_p(i):r_n(i)); % nefiltrovaný segment EKG [~,poz]=max(seg); % maximum R(i)=r_p(i)+poz-; % index R-špičky end % v dalším kroku vykreslete graf zobrazující variabilitu srdečního rytmu (HVR) v závislosti na dýchání (viz. Obrázek.), poz: na ose x je zobrazena délka R-R intervalů, na ose y počet tepů za minutu... pro vykreslení použijte funkci stairs(x,y) Obrázek : Zobrazení detekce R-špiček a variability srdečního rytmu Detekce maxim v pletysmografu: Amplituda signálu se může velmi měnit, konstantní práh nemusí fungovat, proto v prvním kroku nejprve vytvořte obálku signálu, tu poté normujte k původnímu signálu a zmenšenou obálku použijte jako práh pro detekci maxima (Obrázek 3.). plet_f=filtfilt(,[ -.995],abs(plet)); % energetická obálka signálu prah=max(plet)* plet_f /max(plet_f); % normování obálky k signálu prah=prah*.7; % 7 % obálky 3

4 FKG EKG [mv] pletys. [mv] Obrázek 3: Detekce maxima v pletysmografu Z intervalů R-špičky a následujícího maxima v pletysmogramu spočtěte rychlost pulzní vlny. Dráhu od srdce k měřenému prstu odhadněte (vzrostlý muž - cca m). Rychlost pulzní vlny vykreslete v závislosti na čase a spočtěte průměrnou rychlost. 3. Detekce maxima a konce T-vlny (Obrázek 4.) Filtrujte EKG signál tak, abyste odstranily frekvenční složky, které netvoří T vlnu (nad cca 3 Hz). Segmentujte EKG od R-špičky do poloviny R-R intervalu. V segmentu nalezněte S- špičku (minimum), v úseku od S-špičky do poloviny R-R intervalu nalezněte maximum T- vlny. K detekci konce T-vlny využijte např. trojúhelníkové metody (viz. Lab_3). Inflexní bod určete za maximem T-vlny, druhý fixní vrchol trojúhelníku určete v lokálním minimu (první nulová derivace za maximem T-vlny). Obrázek 4: Detekce maxima a konce T-vln zobrazení v EKG a FKG signálu.5 EKG R T T end FKG I. ozva II. ozva Detekce maxima a konce T-vlny (Obrázek 4.) Spočtěte výkonovou obálku FKG, prahováním nalezněte ozvy. I. srdeční ozva se nachází těsně za R-špičkou, II. srdeční ozva za koncem T-vlny. Vypočtěte výkonová spektra jednotlivých ozev, dále zprůměrujte. Vypočtěte spektrální momenty I. a II. ozvy. Segmenty FKG doporučuji přenásobit Hammingovým oknem. Poznámka: Nalezené ozvy nemusejí mít stejnou délku trvání, proto při výpočtu spektra doplňte signál nulami na jednotný počet vzorků. Spektrum normujte podílem délky ozvy před doplněním nulami. % o úsek FKG I. ozvy S=abs(fft([o;zeros(fs-length(o),)])/length(o)).^; % výkonové spektrum 4

5 S [db] S [db] S [db] S [db] Výpočet spektrálních momentů (viz. Lab_4): Obrázek 4: Spektra I. srdečních ozev, spektra II. srdečních ozev a jejich průměr (vše v db) I. ozva II. ozva mean;. moment = 5Hz mean;. moment = 63Hz f [Hz] f [Hz] Užitečné funkce: stairs, filtfilt, fft 5