P O M I A R Y I A N A L I Z A BIOS Y G N A Ł Ó W

Transkrypt

1 W O J S K O W A A K A D E M I A T E C H N I C Z N A W Y D Z I A Ł E L E K T R O N I K I Drukować dwustronnie P O M I A R Y I A N A L I Z A BIOS Y G N A Ł Ó W Grupa... Data wykonania ćwiczenia: Ćwiczenie prowadził: Nazwisko i imię: Ocena Uwagi: Podpis: S P R A W O Z D A N I E Z Ć W I C Z E N I A L A B O R A T O R Y J N E G O T e m a t : A n a l i z a s y g n a ł ó w e l e k t r o m i o g r a f i c z n y c h 1. INSTRUKCJA OBSŁUGI PROGRAMU ANALIZATOR FALKOWY PJR 1. Zarys metody falkowej Program Analizator falkowy PJR wspiera proces diagnozowania schorzeń nerwowo-mięśniowych poprzez analizę zapisów potencjałów czynnościowych jednostek ruchowych zarejestrowanych w systemie Viking IV D firmy VIASYS Healthcare Inc. Program uruchamiany jest niezależnie poprzez wywołanie polecenia Falkowy.exe, ale korzysta bezpośrednio z systemu binarnych plików aparatury Viking, których w żadnym wypadku nie modyfikuje. Istnieje jednak możliwość zapisu podstawowych parametrów diagnostycznych dla analizowanych przypadków do niezależnego od systemu Viking pliku tekstowego. Program wspomaga proces diagnostyczny dzięki złożonej analizie czasowego zapisu potencjałów czynnościowych jednostek ruchowych badanego mięśnia. W pierwszym kroku przeprowadzana jest dyskretna dekompozycja falkowa każdego potencjału i ekstrakcja jego cech dystynktywnych, a w drugim kroku cechy te, po uśrednieniu w całym zbiorze potencjałów pochodzących z jednego badania, sprowadzane są za pomocą sieci SVM do jednowymiarowego indeksu falkowego WI (Wavelet Index), którego wartość wskazuje bezpośrednio na stan badanego układu nerwowo-mięśniowego, niosąc informację o rodzaju schorzenia i jego nasileniu (rys. 1). Miogenny Prawidłowy Neurogenny Rys. 1. Zakres zmienności indeksu falkowego Dzięki odpowiedniej kalibracji zakres zmienności indeksu falkowego jest niezależny od rodzaju mięśnia; istnieje wiec tylko jedna, prosta w interpretacji norma, co znakomicie ułatwia jej przyswojenie. W wersji 8.8 programu zaimplementowano cztery kluczowe z diagnostycznego punktu widzenia mięśnie, a mianowicie: mięsień naramienny (łac. musculus deltoideus, ang. deltoid muscle), mięsień międzykostny grzbietowy pierwszy (łac. m. interosseus dorsalis primus, ang. first dorsal interosseous m.), mięsień obszerny boczny (łac. m. vastus lateralis, ang. lateral vastus m.), mięsień piszczelowy przedni (łac. m. tibialis anterior, ang. anterior tibial m.). 2. Interfejs użytkownika Po uruchomieniu programu użytkownik ma możliwość skorzystania z menu Plik i/lub Pomoc. Większość opcji programu jest jeszcze nieaktywna. Dopiero otwarcie badania (menu Plik Lista pacjentów, klawisz funkcyjny F5 lub przycisk szybkiego dostępu ) uaktywnia wszystkie polecenia programu. W grupie Plik: polecenie Lista pacjentów otwiera badanie, Zapisz zapisuje wyniki badania do pliku tekstowego Falkowy.txt, a Zakończ kończy pracę programu. W grupie Pomoc: Polecenie Pomoc otwiera podręcznik, natomiast polecenie O programie... wyświetla podstawowe informacje o programie. Wybranie polecenia Lista pacjentów otwiera okno dialogowe przedstawione na rys. 2. WI PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 1 z 8

2 Rys. 2. Okno dialogowe służące do otwarcia badania Otwarcie badania następuje po wybraniu pacjenta z Listy pacjentów i badania z Listy badań QEMG oraz akceptacji przyciskiem Otwórz lub klawiszem Enter. Szybszym sposobem jest podwójne klikniecie lewym klawiszem myszy na wybranej pozycji z Listy pacjentów wówczas automatycznie zostanie otwarte pierwsze z badań umieszczonych na Liście badań QEMG. Można również podwójne kliknąć wybrane badanie. Na panelu Informacje o pacjencie zebrane są podstawowe informacje o pacjencie i historii badań. Wygląd okna głównego po otwarciu badania przedstawiony jest na rys. 3. Rys. 3. Okno główne po otwarciu badania W oknie programu widać trzy panele prezentujące wykresy potencjału czynnościowego: w panelu górnym wyświetlone są przebiegi czasowe oryginalnego potencjału czynnościowego oraz jego rekonstrukcji, w dolnym lewym panelu prezentowany jest wykres warstwicowy, a w prawym wykres powierzchniowy skalogramu. Pola sterujące umieszczone między wykresami skalogramu umożliwiają ich dostosowanie do bieżących potrzeb, a znaczenie pól sterujących podpowiada system Hint wyświetlający opisy wszystkich obszarów okna głównego po wskazaniu ich kursorem myszy. Podpowiedzi pojawiają się na pasku statusu i w niektórych przypadkach na znikających po kilku sekundach wstęgach. Na rys. 5 wyświetlona jest informacja o normach czasowych obowiązujących dla badanego mięśnia, ponieważ w trakcie wykonywa- PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 2 z 8

3 nia zrzutu ekranowego kursor myszy wskazywał panel Parametry czasowe PJR. Kliknięcie i przytrzymanie wciśniętego lewego klawisza myszy w polu wykresu czasowego lub warstwicowego powoduje wyświetlenie kursorów i ich współrzędnych, co upraszcza odczyt wartości charakterystycznych z wykresów. Używając przycisku, można zmieniać tryb autoskalowania osi napięcia na wykresie czasowym. Gdy przycisk nie jest wciśnięty, każdy wykres jest skalowany tak, aby wypełniał maksymalnie cały zakres napięcia ten tryb jest wygodny do porównywania kształtów potencjałów. Gdy przycisk jest wciśnięty, skala napięcia jest ustalona w ten sposób, aby wyświetlić przebiegi o największych wartościach maksymalnych i najmniejszych wartościach minimalnych w tym trybie łatwo porównywać amplitudy potencjałów. Skalowanie osi czasu realizowane jest poprzez przyciski, a w polu pomiędzy nimi wyświetlany jest aktualny zakres zmienności czasu wokół punktu wyzwalania, tj. wokół 40 ms. W prawym górnym rogu głównego okna programu umieszczony jest panel pozwalający na wybór potencjału prezentowanego na wykresach, przy czym zaznaczenie pola wyboru powoduje, że potencjał ten jest brany pod uwagę przy obliczaniu prezentowanych na panelu Parametry czasowe PJR wartości średnich. Na panelu tym przedstawione są wartości parametrów czasowych bieżącego potencjału oraz ich wartości średnie i odchylenia standardowe w zbiorze wybranych wyżej potencjałów. W prawej dolnej części okna, przedstawionej w zbliżeniu na rys. 4, zebrano elementy związane z indeksem falkowym. Rys. 4. Pole okna głównego związane z indeksem falkowym Na panelu Składowe wymienione są składniki dekompozycji falkowej. Zaznaczone składniki mają swój udział w rekonstrukcji przedstawionej na wykresie czasowym. Wpływ poszczególnych składników zaprezentowany został szczegółowo w rozdziale trzecim monografii. Kolorem czarnym zaznaczone są detale niezbędne do obliczenia wartości indeksu falkowego, jeśli któryś z nich zostanie wyłączony, moduł diagnostyki falkowej zostanie zablokowany prawa część rys. 4. Na panelu Bieżące wyświetlone są maksymalne wartości skalogramu na kolejnych poziomach wyrażone w [nw], natomiast na panelu Średnie ich wartości średnie w zbiorze zaznaczonych potencjałów, będące podstawą do obliczenia wartości indeksu falkowego. Na panelach Bieżące i Średnie wyświetlone są ponadto wartość średniokwadratowe błędów rekonstrukcji. Opcja Tylko maksima steruje procesem rekonstrukcji. Gdy jest włączona, w procesie rekonstrukcji biorą udział tylko wartości maksymalne z poszczególnych poziomów pozostałe są wyzerowane. Włączenie tej opcji ilustruje graficznie, na ile wiernie pięć falkowych cech dystynktywnych odwzorowuje rzeczywisty przebieg potencjału. W górnej części rys. 6 przedstawiony jest panel wyboru falki. Indeks falkowy skalibrowany jest dla, ocenionej jako optymalna, falki Symlet 4-tego rzędu i tylko w przypadku tej falki moduł diagnostyczny jest aktywny. Możliwość wyboru innych falek została pozostawiona w celu kontynuowania eksperymentów w innych obszarach elektrodiagnostyki. W dolnej części rys. 6 przedstawiony jest panel wyświetlający wartość indeksu falkowego oraz wynikającą z niej diagnozę. indeksu jest jednocześnie ilustrowana na poziomym wykresie słupkowym. Diagnoza prezentowana jest słownie oraz dla zwiększenia percepcji sygnalizowana poprzez odpowiedni dobór kolorów. PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 3 z 8

4 W przypadku niezgodności jednego z podstawowych parametrów czasowych (amplitudy, czasu trwania lub powierzchni PJR) z diagnozą wynikającą z wartości indeksu falkowego, jego wartość miga przez kilka sekund, a obok niej pojawia się gwiazdka sygnalizująca konieczność zwrócenia uwagi na wskazania parametrów czasowych. Podstawowe parametry diagnostyczne dla każdego przypadku można wyeksportować do pliku tekstowego poprzez polecenie Zapisz z menu Plik bądź za pomocą przycisku z paska narzędzi lub skrótu Ctrl + S. W efekcie do pliku Falkowy.txt zostanie dopisana linia związana z rozpatrywanym pacjentem o postaci (nagłówek wstawiany jest jednorazowo w momencie tworzenia pliku, a kolejne przypadki dodawane są jako pojedyncze linie): Ampli- Czas Powie- Maksima na poziomach: D tuda trwania rzchnia i # Mięsień WI a [µv] [ms] [µv*ms] [nw] [nw] [nw] [nw] [nw] g Dorsal P Dorsal N W kolejnych kolumnach umieszczone są: numer identyfikacyjny pacjenta i oddzielony kropką numer badania, nazwa badanego mięśnia, wartość średnia amplitudy potencjału wyrażona w [ V], wartość średnia czasu trwania potencjału wyrażona w [ms], wartość średnia powierzchni potencjału wyrażona w [ V ms], uśrednione maksima skalogramów na poziomach od 3 do 7, indeks falkowy WI (wyznaczony w oparciu o sieci SVM), diagnoza wynikająca z wartości indeksu falkowego WI. Format pliku Falkowy.txt jest tak dobrany, aby plik ten mógł być w prosty sposób importowany przez arkusz kalkulacyjny Microsoft Excel. 2. ZADANIA Zadanie 1. Wczytać zgodnie z tabelą przedstawioną na kolejnej stronie dane pomiarowe 30-tu pacjentów i wypisać wartości uśrednionych parametrów diagnostycznych, tj. amplitudy, czasu, powierzchni oraz indeksu falkowego (WI ang. Wavelet Index). Uzupełnić tabelki Prawdziwy stan zdrowia Wynik i korzystając z przestawionych niżej zależności wyznaczyć wszystkie parametry diagnostyczne dla przypadków miogennych i neurogennych: TP Se TP FN TN Sp TN FP FP FA 1 Sp TN FP TP PPV TP FP TN NPV TN FN TP TN ACC TP TN FP FN FP FN TE 1 ACC TP TN FP FN Wyniki eksperymentów i otrzymane rezultaty skomentować we wnioskach. PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 4 z 8

5 Mięsień naramienny Miogenne Neurogenne Prawidłowe ID A t S WI 2020 Normy 2415 A: µv 2460 t: ms 2654 S: µv*ms 2860 WI: Prawdziwy stan zdrowia Pacjenci chorzy Pacjenci zdrowi Wynik (klasyfikacji) Pacjenci chorzy (dodatni) TP - ang. true positive FP - ang. false positive Pacjenci zdrowi (ujemny) FN - ang. false negative TN - ang. true negative PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 5 z 8

6 Wynik Miopatia amplituda Miopatia czas Wynik Se = Se = Sp = Sp = FA = FA = PPV = PPV = NPV = NPV = ACC = ACC = TE = TE = Miopatia powierzchnia Wynik Miopatia WI Wynik Se = Se = Sp = Sp = FA = FA = PPV = PPV = NPV = NPV = ACC = ACC = TE = TE = Wynik Neuropatia amplituda Neuropatia czas Wynik Se = Se = Sp = Sp = FA = FA = PPV = PPV = NPV = NPV = ACC = ACC = TE = TE = Neuropatia powierzchnia Wynik Neuropatia WI Wynik Se = Se = Sp = Sp = FA = FA = PPV = PPV = NPV = NPV = ACC = ACC = TE = TE = PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 6 z 8

7 Zadanie 2. Wczytać do analizatora dane osoby zdrowej o numerze identyfikacyjnym Za pomocą wartości średniej, odchylenia standardowego oraz wartości minimalnej i maksymalnej ocenić rozrzut trzech podstawowych parametrów czasowych: amplitudy, czasu oraz powierzchni: Parametr średnia Odchylenie standardowe minimalna maksymalna Amplituda Czas Powierzchnia Zadanie 3. Wczytać do analizatora dane pacjenta z miopatią o numerze identyfikacyjnym Za pomocą wartości średniej, odchylenia standardowego oraz wartości minimalnej i maksymalnej ocenić rozrzut trzech podstawowych parametrów czasowych: amplitudy, czasu oraz powierzchni: Parametr średnia Odchylenie standardowe minimalna maksymalna Amplituda Czas Powierzchnia Skomentować liczbę zarejestrowanych potencjałów Zadanie 4. Wczytać do analizatora dane pacjenta z neuropatią o numerze identyfikacyjnym Za pomocą wartości średniej, odchylenia standardowego oraz wartości minimalnej i maksymalnej ocenić rozrzut trzech podstawowych parametrów czasowych: amplitudy, czasu oraz powierzchni: Parametr średnia Odchylenie standardowe minimalna maksymalna Amplituda Czas Powierzchnia W oparciu o obserwacje dokonane podczas realizacji zadań 2-4 ocenić sposób pomiaru czasu trwania potencjału. Wszystkie rezultaty otrzymane podczas realizacji zadań 2-4 skomentować we wnioskach. Zadanie 5. Wczytać do analizatora dane pacjenta z neuropatią o numerze identyfikacyjnym Ocenić wpływ parametrów transformacji falkowej na wynik rekonstrukcji potencjału nr 1. Podobne eksperymenty przeprowadzić dla potencjału nr 6. Wyniki eksperymentów skomentować we wnioskach. PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 7 z 8

8 3. SPOSTRZEŻENIA I WNIOSKI PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH str. 8 z 8