Лаба 6 / Лаба_6

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №6

по дисциплине «Методы обработки и анализа биомедицинских сигналов и данных»

Тема: Анализ пульсоксиметрического сигнала

Вариант №1

Студентка гр. 7502		Екимова Н.В.
Студент гр.7502		Дегилевич А.А.
Студент гр.7502		Звягинцев Г.Р.
Преподаватель		Калиниченко А.Н.

Санкт-Петербург

2019

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

«АНАЛИЗ ПУЛЬСОКСИМЕТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА»

Цель работы: изучение метода расчета уровня насыщения артериальной крови кислородом по пульсоксиметрическому сигналу.

Основные положения

Уровень насыщения артериальной крови кислородом (SaO₂) является одним из важнейших физиологических показателей. Обычно его определяют, анализируя пульсоксиметрический сигнал, получаемый с помощью фотодетекторов, реагирующих на свет, излучаемый фотодиодами и проходящий через ткани организма, богатые кровеносными сосудами. Чаще всего датчики и излучатели помещают на палец или на мочку уха.

Для просвечивания используют два источника света:

1. С длиной волны 600…700 нм (в области красного цвета). В этом диапазоне наблюдается наибольшая разница между оптическими плотностями окисления крови и крови с пониженным содержанием гемоглобина.

2. С длиной волны 810…960 нм ( в инфракрасной области). В этом диапазоне наблюдается обратный эффект: оптическая плотность крови при ее насыщении кислородом увеличивается.

Параметр SaO₂ может быть рассчитан по следующей формуле:

,

где α=Δ_2ср/Δ_1ср, а Δ_1ср и Δ_2ср – средние значения размаха колебаний сигналов, полученных при длинах волн 650 и 940 нм соответственно.

Размах колебаний пульсоксиметрического сигнала оценивается в интервале между двумя соседними сокращениями сердца. Для вычисления SaO₂ используются величины размаха, усредненные по нескольким последовательным сердечным циклам. Границы каждого кардиоцикла могут быть найдены путем обнаружения QRS-комплексов и сигнале ЭКГ. Простейшим методом обнаружения QRS-комплексов является применение порогового правила к дифференцированному и взятому по модулю сигналу.

Задание на выполнение работы

• Подготовить программу, реализующую алгоритм обнаружения QRS-комплексов ЭКГ

• Используя информацию о положении обнаруженных QRS-комплексов, рассчитать по пульсоксиметрическим сигналам параметр SaO₂.

РАСЧЕТ ФУНКЦИЙ И ВЫВОД ГРАФИКОВ

1. Алгоритм обнаружения QRS-комплексов ЭКГ.

Создадим программу, которая будет проводить обнаружение QRS-комплексов ЭКГ и рассчитывать уровень насыщения крови кислородом.

clc;

close all;

clear all;

X0=250;

Y0=100;

W0=1200;

H0=800;

figure('Position',[X0,Y0,W0,H0])

x1=60;

y1=60;

dx=20;

dy=30;

w=800;

w1=100;

h=150;

h1=30;

xT=x1+w+dx;

yT=y1+h+3*dy;

wT=50;

hT=50;

xE=x1+w+2*dx+wT;

wE=200;

xB=x1+w+3*dx;

yB=y1+h+dy;

hAxes1=axes('Units','pixels','Position',[x1,y1+3*h+3*dy,w,h]);

hAxes2=axes('Units','pixels','Position',[x1,y1+2*h+2*dy,w,h]);

hAxes3=axes('Units','pixels','Position',[x1,y1+h+dy,w,h]);

hAxes4=axes('Units','pixels','Position',[x1,y1,w,h]);

hTxt1=uicontrol('Style','text','String','SaO2=', 'FontSize', 20,...

'Position',[x1+w+dx,y1+2*h+2*dy,w1,h1],'Background',[1 1 1]);

hEd=uicontrol('Style','edit','Position',[x1+w+dx+w1,y1+2*h+2*dy,w1,h1],...

'Background',[1 1 1], 'FontSize', 20);

S=load('R6_01.txt');

N=length(S);

Fs=500;

T=1/Fs;

tmax=N*T;

t=0:T:tmax-T;

ECG=S(1:N,1);

Puls_R=S(1:N,2);

Puls_IR=S(1:N,3);

C=500;

B=[1 0 -1];

M=length(B);

y=zeros(1,N);

for n=M:N

y(n)=ECG(n)-ECG(n-2);

end;

absy=abs(y);

Limit=25;

XLimit(1)=0;

XLimit(2)=tmax-T;

YLimit(1:2)=Limit;

Jmax=100;

k=0;

j=Jmax;

for i=1:N

j=j+1;

if (absy(i)>Limit)&&(j>Jmax)

k=k+1;

QRS(k)=i;

j=0;

end

end

Расчет уровня насыщения крови кислородом:

D1=0;

for i=1:(k-1)

clear m1

m1=Puls_R(QRS(i):QRS(i+1));

D1=D1+(max(m1)-min(m1));

end

D1=D1/(k-1);

D2=0;

for i=1:(k-1)

clear m2

m2=Puls_IR(QRS(i):QRS(i+1));

D2=D2+(max(m2)-min(m2));

end

D2=D2/(k-1);

alp=D2/D1;

SaO2=(0.872-0.16*alp)*100/(0.14*alp+0.754);

axes(hAxes1)

plot(t,ECG);

axes(hAxes2)

plot(t,y);

axes(hAxes3)

plot(t,absy);

line(XLimit,YLimit)

axes(hAxes4)

plot(t,Puls_R);

hold on

plot(t,Puls_IR-C);

YLimits=get(hAxes4,'YLim');

for i=1:k

XLimits(1:2)=QRS(i)*T;

HLine=line(XLimits,YLimits);

set(HLine,'LineStyle','--')

end

set(hEd,'String',num2str(SaO2))

Вид программы отображен на Рисунке 1.

Рис.1 Графическое окно тестовой программы

Сверху вниз: сигнал ЭКГ, дифферинцированный сигнал ЭКГ, отсчеты дифферинцированного сигнала, графики пульсоксиметрического сигнала (для красной и инфракрасной областей)

Вывод

В ходе лабораторной работы была получена программа, реализующая алгоритм обнаружения QRS-комплексов ЭКГ. Также, используя информацию о положении обнаруженных QRS-комплексов, онарассчитывает по пульсоксиметрическим сигналам параметр SaO₂.