Доработка программного обеспечения для лабораторной установки контроля изменений оптической плотности биоткани

 

Разработанные на предыдущих этапах настоящей НИР алгоритм и программа для лабораторной установки контроля изменений оптической плотности биоткани не позволяли проводить численную оценку устраненных из реализации фотоплетизмограмм кривых с артефактами [28]. В то же время указанная оценка дает возможность проводить тестирование аппаратуры в различных режимах работы и выбрать наиболее оптимальный режим измерений с выбором типа датчика и плотности энергии излучения.

С помощью разработанной программы проводился анализ исходных данных, в результате которого сигнал разбивался на части двух типов: годные и не годные для последующей обработки и исследования. Программа позволяет обнаруживать и исключать из исходного сигнала пульсовых кривых некорректные данные, возникшие вследствие влияния нежелательных внешних факторов в процессе получения этого сигнала. При этом предполагается, что исходный сигнал выровнен относительно дыхательных волн и волн третьего порядка.

Исключение некорректных данных производится путем поиска значений фотоплетизмограмм, выходящих за пределы заданного оператором допуска по амплитуде и длительности периода. Часть сигнала, начинающаяся с заниженного или завышенного значений амплитуд пульсовой кривой, считается непригодной для дальнейшего анализа. Кроме этого, если длительность текущего периода фотоплетизмограммы отличается на заданную величину от среднего значения, полученного путем усреднения предыдущих неартефактных периодов пульсовой кривой, он также исключается из дальнейшего рассмотрения.

Графический пользовательский интерфейс программы позволяет настроить параметры обработки сигнала на основании его визуального изображения. Результаты обработки могут быть сохранены в файл. Данная программа предназначена для исполнения в среде Microsoft Windows. Для компиляции из исходного кода требуется среда Borland Delphi 7 или более поздние версии.

Блок-схема алгоритма обработки фотоплетизмограмм приведена на рисунке 24.

 

Рисунок 24 - Блок-схема алгоритма обработки фотоплетизмограмм

 

 

Рассмотрим работу алгоритма поиска артефактов на примере реализации пульсовой кривой (рисунок 25).

 

Рисунок 25 - Пример реализации фотоплетизмограмм с выявленными артефактами

 

Предположим, что оператор визуально определил среднее нижнее значение как 80 единиц и задал допуск в 10 единиц. Тогда за разделения отсчетов будут приняты точки сигнала, удовлетворяющие следующим условиям:

1. Значение находится в диапазоне 80±10 единиц, т.е. от 70 до 90 ед.

2. Точка является минимумом для отрезка сигнала, отсеченного верхней границей допуска.

В частности, точки 1, 3, 4, 5 и 6 удовлетворяют данным условиям, а точка 2 нет.

Далее на основе полученных точек разделения вычисляются длины периодов отсчетов, затем находится их среднее значение T_ср.

Оператором задается допуск по времени ΔT, в данном случае это 10 ед. Если длина отсчета попадает в диапазон T_ср± ΔT, то он считается годным. Остальные отсчеты считаются артефактными.

В данном примере отрезки 1-3, 4-5 и 5-6 признаны не годными.

Входными данными являются файлы, содержащие последовательность 16-битных целых чисел без знака (word). Предполагается, что такие файлы имеют расширение *.plz.

Выходными данными являются:

· визуальное представление сигнала, в том числе с подсветкой его разбиения на части;

· файлы, описывающие исходный сигнал, и содержащие информацию об его разбиении;

· изображения графика сигнала в формате *.bmp.

Структура файла *.plzw. Текстовый файл, содержит следующие значения:

· Имя файла *.plz.

· Коэффициент прореживания по оси t.

· Коэффициент прореживания по оси x.

· Далее парами точки начала и конца очередного «хорошего» участка сигнала.

Исходный файл с записанными фотоплетизмограммами содержит значения сигнала с достаточно высокой частотой дискретизации (1 кГц) и одни и те же значения отсчетов особенно на пологих участках кривой могут повторяться до 10 и более раз. Поэтому с целью сокращения времени расчетов предусмотрена возможность выполнять прореживание отсчетов в требуемое число раз. Для этого производится настройка параметров прореживания, и после нажатия кнопки «Просмотр» можно увидеть реальные значения пульсовых кривых.

Перед обработкой сигнала, необходимо настроить следующие параметры: оценочное нижнее значение пульсовой кривой, допуски по осям t и x, после чего нажать кнопку «Обработать» (рисунок 26).

 

Рисунок 26 - Результат обработки сигнала фотоплетизмограмм

 

В результате обработки части графика, принятые за артефакты, будут подсвечены красным цветом (в черно-белом варианте – тонкая линия), а пригодные для последующей работы - зеленым (утолщенная линия).

После обработки выводится окно (рисунок 27) со следующей информацией о сигнале:

· Дата и время обработки.

· Имя исходного файла.

· Коэффициент прореживания по оси t.

· Коэффициент прореживания по оси x.

· Оценочное нижнее значение сигнала.

· Допуск по оси t.

· Допуск по оси x.

· Количество годных отсчетов в сигнале.

· Длина исходного сигнала.

· Количество отброшенных точек.

· Процент точек, попавших в годные отсчеты.

 

 

Рисунок 27 - Окно с информацией об обработанном сигнале

 

Эта информация также записывается в файл Log.txt, находящийся в каталоге с приложением. Таким образом, информация о проведенных экспериментах может быть впоследствии использована для анализа статистики. Для удобства обработки файл Log.txt составляется таким образом, чтобы его можно было редактировать при помощи Microsoft Excel.

Полученный график может быть сохранен в файл *.bmp. Результаты обработки сигнала могут быть сохранены в файл *.plzw и впоследствии открыты для просмотра.