LABORATOR NR.7 – PROCESAREA SEMNALELOR BIOLOGICE SCOPUL LUCRĂRII: la sfârşitul laboratorului veţi ştii -să vizualizaţi fişiere cu date, care reprezintă biosemnale, cu ajutorul programului BIOPAC -să faceţi diverse alegeri şi modificări ale interfeţei programului, pentru a putea efectua măsurători -să măsuraţi anumiţi parametri şi să prelucraţi datele cu BIOPAC sau alte programe (ex. MS Excel)

Introducere. Programul BIOPAC Biopac Student Lab Pro este un program (interfaţă software) care permite achiziționarea, analiza și procesarea semnalelor biomedicale. Programul face parte dintr-un sistem de achiziție, care include, de asemenea, un modul hardware numit MP30, care se conectează la un calculator personal. . Atât interfața software, cât și cea hardware comunica una cu cealaltă prin intermediul computerului. Deoarece calculatoarele din laborator nu sunt conectate la unitatea MP30, atunci când porniţi programul, dând dublu-click pe icon-ul de pe desktop, veți primi următorul avertisment:

Pentru a continua, apăsați butonul Cancel. Programul va porni şi va afişa în fereastra sa un prim fişier, gol.

Din meniul File, vă rugăm să alegeți opțiunea Open..., pentru a încărca un fișier de date care conține măsurători ale mai multor parametri biologici: -ECG – electrocardiograma, care descrie activitatea electrica a inimii

1

-PPG – pulse plethysmogram – o înregistrare a undei de puls, făcută prin metode optice (photopletismografie), cu un pulsoximetru -Stethoscope – undele sonore produse de bătăile inimii -Respiration – volumul de aer inspirat şi expirat în timpul respiraţiei Calea către folder-ul unde sunt păstrate fişierele cu date demonstrative pentru programul BIOPAC este destul de complicată; vă rugăm să fiţi atenţi la imaginile următoare pentru a putea găsi fişierul pe care trebuie să îl deschideţi cu programul BIOPAC, numit “4Channel.ACQ”.

După ce deschideți fișierul, o nouă fereastră va apărea în interiorul ferestrei principale a programului, pentru afișarea celor 4 biosemnale menționează anterior, într-un mod grafic, ca forme de undă. Vă rugăm să fiți atenți la diferitele elemente ale interfeței software-ului, pentru că va trebui să le utilizaţi pe cele mai multe dintre ele în timpul lucrării practice.

2

În primul rând, vă rugăm să maximizați fereastra nouă, cu cele 4 canale reprezentând biosemnalele menţionate anterior, pentru a vedea mai bine reprezentarea lor grafică, ca unde („waveforms”).

Bara de meniuri

Bara de instrumente

Scala verticală

Nr. canalelor afişate

Reprezentarea grafică a

biosemnalelor

Bara pt. măsurători

Scala orizontală

Tipuri de cursor

Instrumente pt. jurnal

Jurnal („JOURNAL”)

3

Din cauza unor probleme de compatibilitate cu sistemul de operare, secțiunea Journal, pe care o vom folosi pentru a nota rezultatele măsurătorilor, nu afișează corect caracterele din text, după cum puteți vedea în imaginea de mai sus. Pentru a corecta această problemă, vă rugăm ca, mai întâi, să dezactivaţi regiunea Jurnal, apoi să o reafişaţi, folosind ultimul buton de pe bara de instrumente - doar faceți clic pe acel buton de două ori.

După ce textul din Jurnal este afișat corect, selectați-l pe tot și ștergeți-l, pentru că vom avea nevoie ca Jurnalul să fie gol, pentru utilizare ulterioară. De asemenea, vă rugăm să selectați primul canal, ECG. Numele canalului principal, care este utilizat în present, este scris pe un fundal albastru. După cum puteți observa, acum al doilea canal, PPG, este canalul current - vă rugăm să faceți click pe numele primului canal, ECG, pentru a-l face pe el canalul curent.

4

Pentru a termina partea de configurare, vă rugăm să folosiți meniul File și alegeți "Preferences" - "Journal ...". În fereastra de dialog care apare, vă rugăm să debifați opţiunea “Include channel numbers” box. În caz contrar, ori de câte ori veţi efectua o măsurătoare, în fața valorii găsite va fi scris numărul canalului pe care ea a fost măsurată, în interiorul unor paranteze, împiedicând programul BIOPAC sau alte programe, cum ar fi MS Excel, să identifice în mod corect această valoare ca număr, pentru a o utiliza în calcule.

5

Pregătirea pentru măsurători

Pentru a efectua diferite măsurători pe semnalele afișată, trebuiesă alegem combinatile necesare de canale și parametri disponibi, cu ajutorul butoanelor situate în fața fiecare căsuţe de măsurare, situate sub bara de instrumente. Ca un prim exercițiu, vom măsura valoarea fiecărui semnal (“value”), parametrul cel mai uşor de obseravt. Valoarea este de fapt amplitudinea (înălţimea) semnalului la un anumit moment în timp. Pentru a modifica setările pentru fiecare căsuţă de măsurare, va trebui să faceți click pe butoanele din fața sa. Veţi putea selecta parametrul dorit dintr-o listă – “value”, în acest caz, pentru primele 4 măsurători. Pentru a doua căsuţă de măsurare, care în prezent este utilizată pentru primul canal, va trebui să selectaţi şi numărul canalului adecvat – Ch2, PPG. Pentru ultima cutie de măsurare, a cincea, vă rugăm să alegeți în loc de un număr de canal, prima opțiune - SC, “Selected Channel”, și "none" ca parametru măsurat, deoarece nu vom folosi această cutie în următorul exercițiu. La final, bara de măsurare va arata exact ca în imaginea de mai jos.. Acum suntem gata să facem mai multe măsurători.

6

Efectuarea de măsurători

Pentru a păstra aceste valori pentru o prelucrare ulterioară, le vom nota în Jurnal. Pentru a copia valorile din căsuţe jos, în Jurnal, folosiţi meniul Edit, de unde selectați ultima opțiune, “Journal”, iar apoi " Paste Measurements.".

Mai întâi trebuie să alegem cursorul pentru măsurători, ca o bară vertical, în locul cursorului săgeată pentru selecție. Acestea se găsesc în partea din dreapta jos a ferestrei programului, chiar deasupra Jurnalului. Pentru a efectua o măsurătoare, faceți clic undeva pe o formă de undă. Locul în care faceți clic va marca un anumit moment în timp, așa cum se poate vedea pe scala orizontală, sub cele 4 grafice, și, pentru acel moment, casetele de măsurare vor afișa valorile (amplitudinile) corespunzătoare pentru canalele selectate în căsuţele de măsurare.

7

Rezultatul acestei operațiuni ar trebui să arate similar cu imaginea următoare.

8

Dacă vom selecta un interval, doar ultimele valori pe care am dat click vor fi afișate în casetele de măsurare sau copiate în secţiunea Jurnal.

9

Măsurători mai precise Pentru fiecare biosemnal, programul afișează numai un interval din gamă de valori existente. Uneori, mai ales atunci când amplitudinile semnalelor variază foarte mult, este posibil ca anumite regiuni ale formelor de undă să nu fie văzute. Pentru a ajusta intervalul de valori pentru canalul selectat, putem folosi scala verticală, trăgând în sus sau în jos de cursorul de derulare situat în partea dreapta a ferestrei programului.

Uneori, detaliile unui anumit canal sunt foarte mici în modul automat de afişare, așa că trebuie să le mărim pentru a putea efectua măsurători. Putem mări canalele la nivel global sau numai într-o anumită zonă, cu ajutorul cursorului lupă, situate, de asemenea, în partea din dreapta jos a ferestrei programului. Va rugam măriți o parte din al treilea semnal, selectând un grup de vârfuri prin crearea unui dreptunghi în jurul lor, cu lupa.

10

Pentru a afișa canalele aşa cum arătau inițial, trebuie să folosiţi meniul Display, și să selectați opțiunea 5, Autoscale horizontal, în scopul de a restrânge întreaga undă la un singur ecran, apoi a 2-a optiune, Autoscale waveforms, pentru a le afişa în spațiul vertical corespunzător fiecăruia dintre ele.

Ca exercițiu, vă rugăm să încercați să găsiți intervalul de timp dintre cele două vârfuri mai mari din zona pe care aţi mărit-o înainte. Vă rugăm să țineți cont de faptul că trebuie să folosim cursorul de măsurare, pentru a selecta un interval sau doar un anumit punct de pe formele de undă. În primul rând, va trebui să faceți click pe numele canalului, “Stethoscope”, apoi va trebui să selectaţi un parametru numit “delta T” pe butonul din faţa ultimei căsuţe de măsurare, nefolosită anterior. Acest parametru măsoară diferența de timp dintre începutul și sfârșitul unei zone selectate, adică durata acelui interval. Pentru a găsi durata intervalului dintre cele două vârfuri, selectați, folosind cursorul pentru măsurare, zona care începe cu primul vârf și se termină cu al doilea..

11

Pentru a continua, vă rugăm să ștergeți mai întâi tot conținutul Jurnalului, ca să nu amestecăm măsurătorile anterioare cu cele pe care urmează să le efectuăm. Selectarea şi folosirea datelor brute În anumite cazuri, nu avem nevoie doar de câteva măsurători, ci de toate datele dintre două puncte, de atele brute din care se generează acel interval. În acest caz, după selectarea intervalului dorit, folosind cursorul de măsurare, vom deschide meniul Edit, de unde alegem opţiunea Journal - Paste Wave Data, pentru a vedea toate valorile din acea zonă. ATENŢIE! Când folosim opţiunea“Paste Wave Data” putem măsura numai amplitudinile biosemnalelor, adică datele înregistrate direct, nu şi alţi parametri, spre deosebire de opţiunea “Paste Measurement”, care va scrie în Jurnal calculele efectuate în căsuţele de măsurare. După cum puteți vedea în imaginea următoare, chiar și într-o zonă foarte mică, care se întinde pe durata unei singure bătăi a inimii (am selectat o zonă de pe ECG constând dintr-o undă P, un complex QRS și o undă T, care descriu activitatea electrică a inimii pe durata unei sistole și diastole atriale și ventriculare, adică o bătaie de inima completă), există zeci sau chiar sute zecime de valorile înregistrate – le puteți vedea pe toate coborând până la sfârșitul zonei Jurnal.

12

Exportarea şi folosirea datelor în alte programe

Dacă vrem să folosim o cantitate mare de date, precum cele conținute într-un interval dintr-un semnal, într-un alt program, putem folosi o opțiune a programului BIOPAC numită "Clipboard", ce reprezintă un spaţiu intermediar în care se stochează date pentru un viitor transfer. Selectaţi un interval, la fel ca în exercițiul precedent, utilizați meniul Edit și opţiunile Clipboard - Copy Wave Data, apoi deschideţi un fișier MS Excel și lipiți datele în tabelul Excel. După cum puteți vedea în imaginea din dreapta, pe primul rând se vor afișa chiar și numele semnalelor corespunzătoare, pentru a le identifica valorile. Vă rugăm să selectați numai prima coloană cu date, corespunzând valorile ECG, pentru a crea un grafic de tip linie, care va arata similar cu forma zonei selectate pe canalul ECG, în BIOPAC.

13

Ar trebui să folosiți meniul Insert din MS Excel, apoi opțiune "Chart ..." pentru a porni „Chart Wizard”, care vă va ajuta să creați un grafic asemănător cu cel din imaginea de mai jos.

Opțiunea Clipboard din BIOPAC ne permite să exportăm chiar și o imagine a formelor de undă sau a unei părţi din ele, dacă vom alege Edit-Clipboard-Copy Graph. Dacă avem selectat doar un punct atunci când folosim această opțiune, întreaga imaginea afișată în fereastra programului va fi copiată, și o putem lipi în alt program, cum ar fi MS Paint, MS Word sau MS Excel, pentru a o utiliza sau modifica.

14

Dacă avem un interval selectat pe formele de undă, doar imaginea corespunzătoare acelei zone va fi copiată, după cum puteți vedea în următoarele exemple. Vă rugăm, încercați să copiați un ecran întreg, apoi doar un interval în MS Paint, şi să adăugaţi câteva texte explicative pe imagine pentru a identifica mai bine numele fiecărui biosemnal.

15

16

Detectarea și măsurarea vârfurilor De obicei, atunci când avem de a face cu variabile ale corpului uman, suntem interesati de valorile minime sau maxime pe care le întâlnim, pentru că ele reprezintă valorile extreme şi pot demonstra un potențial risc pentru sănătate. Acesta este motivul pentru care este important să învățăm cum putem detecta în mod automat, măsura și procesa aceste valori în cadrul biosemnalelor pe care trebuie să analizăm. Vă rugăm să ștergeți tot conținutul Jurnalului, pentru a nu amesteca măsurătorile anterioare cu cele pe care urmează să le efectuăm. În următorul exemplu, vom folosi al doilea canal, cel care descrie pulsul, datorită formei simple a undei sale. Pentru a începe, vă rugăm să selectați, pentru prima căsuţă de măsurare, al doilea canal și "value", ca parametru pe care îl măsurăm. Pentru a doua casetă de măsurare vom selecta tot al doilea canal, de data aceasta folosind "delta T", ca parametru ce se măsoară. Vă rugăm să faceți clic pe numele celui de al doilea canal, "PPG", pentru a-l face canalul curent. Apoi, cu ajutorul cursorului de măsurare, daţi click aproape de începutul celui de al doilea canal, într-o regiune cu valori mai mici, cum este indicat în imaginea de mai jos.

17

BIOPAC are o funcție care permite detectarea automată a vârfurilor, ce se găseşte in meniul "Transform" - opțiunea "Find Peak ...". Va apărea o fereastră de dialog, în care putem selecta ce fel de vârfuri dorim să detectam, pozitive sau negative (vom lăsa această opțiune nemodificată, pentru a căuta valori maxime, adică vârfuri pozitive) și ce valori pot fi considerate vârfuri importante , prin selectarea unei anumite valori prag, o valoare minimă pe care trebuie să o aibă un vârf pentru a fi detectat și afișat - pentru acest exercițiu, vă rugăm să scrieți 0.5 în căsuţa text numită “Level”. De asemenea, vă rugăm să bifaţi căsuţa " Paste measurements into journal" , ca programul să copieze în mod automat parametrii măsurați în jurnal.

După ce veţi apasati butonul OK, cursorul de măsurare se va muta pe primul vârf de pe canalul 2, iar în Jurnal veți vedea valorile amplitudinii vârfului și timpul dintre apariţia vârfului şi punctul selectat anterior. Pentru a găsi toate celelalte vârfuri, aveți posibilitatea să utilizați iarăşi meniul Transformare și să alegeți opțiunea “Find Next Peak”, sau pur și simplu să utilizați butonul corespunzător de pe bara de instrumente - butonul nr.9. Cursorul se va muta pe vârful următor şi se va selecta, de asemenea, şi intervalul de timp dintre vârful anterior și cel actual. Din nou, valoarea vârfului curent și timpul dintre vârful precedent şi cel current vor fi adăugate în Journal.

18

La un moment dat, veți observa că unele vârfuri vor fi ignorate. Acest lucru se întâmplă deoarece valorile lor sunt sub nivelul selectat mai devreme - 0,5 mV, astfel încât acestea sunt considerate neimportante pentru studiul nostru. Când vom termina de găsit toate vârfurile, fereastra programul va arata asemănător cu imaginea următoare, iar Jurnalul va conține mai multe rânduri de date, fiecare conținând amplitudinea unui vârf și intervalul de timp dintre două vărfuri adiacente. Vă rugăm, selectați toate aceste valori și copiaţi-le, folosind meniul Edit și comanda Copy sau scurtătura Ctrl + C (meniul click dreapta nu funcționează în Jurnal). Apoi, deschideți un nou fișier MS Excel, scriţi cuvintele "Valoare" și "Timp", pe primul rând în coloanele A și B, și lipiți în celula A2 datele copiate din BIOPAC. Vă rugăm să calculaţi valoarea maximă dintre vârfurile găsite și intervalul mediu de timp dintre două vârfuri succesive, așa cum se arată în imaginile de pe paginile următoare. 19

Ca exercițiu, vă rugăm să găsiţi toate vârfurile de pe al patrulea canal, "Respiraion", de data aceasta folosind 0 ca nivel de prag, precum şi intervalele de timp dintre aceste vârfuri, apoi repetați calculele în MS Excel pentru valorile găsite și afișate în Jurnal.

20