多功能數(shù)據(jù)分析軟件包提供關(guān)鍵循環(huán)波形信息的自動(dòng)檢測和便捷報(bào)告。

任何連續(xù)的周期波形都表示各種所需信息，例如周期的起點(diǎn)和終點(diǎn)，周期內(nèi)的最小、最大或平均信號(hào)值，以及周期重復(fù)的速率。在許多情況下，這些信息是通過快速瀏覽波形和簡單計(jì)算獲得的。問題不在于程序，而在于時(shí)間?？紤]一個(gè)更典型的應(yīng)用，涉及的不是一個(gè)，而是數(shù)百個(gè)周期，并且需要以合理的精度逐周期計(jì)算上述參數(shù)。任務(wù)變得勢不可擋。毫無疑問，可以通過“目測”大量波形來簡化該過程，以獲取平均最大值、最小值、平均值和速率值。但是，準(zhǔn)確性和最重要的可重復(fù)性會(huì)發(fā)生什么變化？

顯而易見的解決方案是計(jì)算機(jī)化。每個(gè)人都知道計(jì)算機(jī)在評(píng)估大量數(shù)字的能力方面表現(xiàn)出色。盡管對(duì)于任何數(shù)量的樣本，計(jì)算機(jī)都可以編程為報(bào)告最高值和最低值，但它無法復(fù)制經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員直觀地識(shí)別周期起點(diǎn)和終點(diǎn)的能力。由于最小值、最大值、平均值和速率信息的準(zhǔn)確確定取決于對(duì)周期起點(diǎn)和終點(diǎn)的同樣準(zhǔn)確的確定，因此基于計(jì)算機(jī)的解決方案失敗了。

DATAQ Instruments的峰值捕獲算法的開發(fā)重點(diǎn)是解決起點(diǎn)和終點(diǎn)確定問題，因?yàn)檫@是阻止計(jì)算機(jī)自動(dòng)化上述勞動(dòng)密集型過程的唯一障礙。通過創(chuàng)新的軟件設(shè)計(jì)，并使技術(shù)人員或研究人員成為評(píng)估過程的一部分，高級(jí)CODAS的峰值捕獲算法代表了第一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的解決方案，可以逐周期或2至32，767個(gè)周期平均自動(dòng)檢測峰值，谷值，平均值和周期信息。除了峰值捕獲算法外，高級(jí)CODAS軟件包還包括報(bào)告生成器實(shí)用程序和用于波形積分、微分、移動(dòng)平均、整流和算術(shù)運(yùn)算的軟件例程。

峰谷捕獲理論

DATAQ 儀器的峰值捕獲算法允許從周期波形中逐周期提取峰值、谷值或峰谷數(shù)據(jù)點(diǎn)。任何周期波形都可以被認(rèn)為是一個(gè)長字符串或數(shù)據(jù)值的集合。除了峰值和/或谷值數(shù)據(jù)值外，其余的這些值對(duì)技術(shù)人員或研究人員來說很少或沒有興趣。峰值捕獲算法幾乎可以應(yīng)用于任何波形，目的是將大量波形數(shù)據(jù)值減少到每個(gè)波形周期的幾個(gè)有意義的值，表示周期內(nèi)的最大、最小或最大和最小信號(hào)偏移。

圖1— 典型動(dòng)脈血壓波形。峰值壓力稱為收縮壓，最小壓力稱為舒張壓。這些壓力通常以毫米汞柱 （mm/Hg） 為單位。平均壓力計(jì)算為循環(huán)的平均值。從舒張壓點(diǎn)到舒張壓點(diǎn)的周期稱為心率，而從舒張壓點(diǎn)到雙搏閉點(diǎn)的周期稱為射血時(shí)間。

該算法用于確定循環(huán)峰值和谷值的過程涉及使用靈敏度設(shè)置。該靈敏度水平由用戶通過軟件控制，可以增加或降低以掩蓋或允許波形拐點(diǎn)的微小變化，從而產(chǎn)生有效的峰值和/或谷值檢測。然后，軟件使用正和/或負(fù)去事件標(biāo)記自動(dòng)標(biāo)記這些波形數(shù)據(jù)值，以分別指示循環(huán)峰值和谷值點(diǎn)?？梢圆榭催@些標(biāo)記點(diǎn)以驗(yàn)證結(jié)果，甚至可以根據(jù)需要進(jìn)行編輯。標(biāo)記后，這些值可以發(fā)送到另一個(gè)稱為報(bào)告生成器的高級(jí)CODAS實(shí)用程序，通過以兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式之一組合這些值的報(bào)告來進(jìn)一步幫助分析和解釋采集的數(shù)據(jù)。

峰值捕獲算法和基線偏移

峰值捕獲算法的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它能夠在包含較大基線變化的波形上捕獲峰值和/或谷值數(shù)據(jù)。包含大量不同失調(diào)電壓的波形，所需峰值和谷值所依賴的波形對(duì)峰值捕獲算法沒有問題。ECG型波形也沒有，其特征是峰值和谷值，其趨勢在正方向和負(fù)方向上都與基線發(fā)生顯著變化。由于算法的獨(dú)特設(shè)計(jì)，峰值捕獲算法仍然能夠捕獲這些類型的波形。

動(dòng)脈血壓波形

峰值捕獲算法的功能可以通過示例進(jìn)行最佳說明。之所以選擇動(dòng)脈血壓波形，是因?yàn)樵摬ㄐ蔚膹?fù)雜形狀對(duì)大多數(shù)類型的計(jì)算機(jī)分析軟件提出了挑戰(zhàn)。圖1顯示了典型的動(dòng)脈血壓波形。與其他不太復(fù)雜的波形相比，雙陷波使該波形更具挑戰(zhàn)性。該缺口代表來自錐形大動(dòng)脈系統(tǒng)遠(yuǎn)端的反射脈沖。不太復(fù)雜的分析軟件會(huì)將波形拐點(diǎn)的這種微小變化解釋為有效的拐點(diǎn)，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。但是，峰值捕獲算法可以根據(jù)波形中的這種變化進(jìn)行調(diào)整。通過降低算法的靈敏度，波形的微小拐點(diǎn)將被屏蔽，只留下真正的循環(huán)峰值，就像熟練的技術(shù)人員分析波形一樣。

圖 2 — 捕獲的原始波形和峰谷波形。頂部跡線顯示原始波形，底部跡線顯示為峰值和谷值捕獲的原始波形，使用默認(rèn)靈敏度級(jí)別 30%。

圖 3 — Excel 中顯示收縮壓、舒張壓和平均數(shù)據(jù)的已完成報(bào)告。該報(bào)告包含圖2所示動(dòng)脈壓波形的逐周期點(diǎn)值。輸出文件格式與 Excel 兼容，具有谷到谷的循環(huán)定義。之所以選擇谷到谷的周期定義，是因?yàn)閯?dòng)脈壓波形的一個(gè)周期定義為舒張期點(diǎn)到舒張期。循環(huán)時(shí)間報(bào)告為每分鐘循環(huán)數(shù)的速率。

根據(jù)典型的動(dòng)脈血壓波形，可以使用兩個(gè)高級(jí)CODAS軟件實(shí)用程序準(zhǔn)確和重復(fù)地確定每個(gè)周期的收縮壓，舒張壓，平均壓力，心率和射血時(shí)間;峰值捕獲算法和報(bào)告生成器。從原始波形中獲取相關(guān)信息的第一步是使用峰值捕獲算法捕獲波形的峰值和谷值。顯然，需要捕獲峰值和谷值，因?yàn)樗鼈兇硎湛s壓和舒張壓值，但這些數(shù)據(jù)值也將用于確定心率。峰值捕獲算法可通過以下兩種方式之一從高級(jí) CODAS 包訪問;可以從播放軟件包中調(diào)用的菜單，也可以從 DOS 命令提示符調(diào)用。訪問后，峰值捕獲算法會(huì)提示您輸入有關(guān)要捕獲的波形的信息。您必須指定要捕獲的波形的通道號(hào)、峰值和/或谷值標(biāo)記將寫入的通道號(hào)、捕獲模式以及靈敏度級(jí)別。峰值和/或谷值標(biāo)記可以寫入包含不同波形的通道或包含原始波形的同一通道。捕獲模式定義峰值捕獲算法是標(biāo)記峰值、谷值還是峰值和谷值。靈敏度級(jí)別決定了算法對(duì)波形中拐點(diǎn)的敏感程度。靈敏度級(jí)別具有默認(rèn)設(shè)置，可為大多數(shù)應(yīng)用提供完美的結(jié)果，但如果應(yīng)用處理異常波形，則可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整靈敏度以正確響應(yīng)?？梢跃帉懸粋€(gè)完全繞過這些提示的 DOS 批處理文件，前提是使用正確的命令行語法。此方法對(duì)于分析過程始終相同的重復(fù)操作非常有用。圖2顯示了作為頂部信號(hào)跡線的原始動(dòng)脈血壓波形，以及作為底部信號(hào)跡線的相同波形的峰值和谷值捕獲版本。

下一步是通過另一個(gè)稱為報(bào)告生成器的高級(jí)CODAS實(shí)用程序傳遞捕獲的峰值和谷值波形。報(bào)告生成器提取峰值捕獲算法放置在波形上的峰值和谷值作為點(diǎn)值。使用這些點(diǎn)值，報(bào)告生成器將創(chuàng)建每個(gè)周期的最小值、最大值、平均值和時(shí)間值的報(bào)告（以新文件的形式）。此報(bào)告將以兩種用戶可選數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)格式之一創(chuàng)建：電子表格/ASCII 兼容或 Excel 兼容。電子表格/ ASCII兼容格式可以直接導(dǎo)入電子表格軟件（例如，Lotus 1-2-3，Excel，Quatro等）以進(jìn)行進(jìn)一步分析和繪圖。Excel兼容格式可以通過各種標(biāo)準(zhǔn)分析包直接導(dǎo)入。

報(bào)告生成器計(jì)算和報(bào)告平均波形值和周期時(shí)間的方式非常獨(dú)特，值得仔細(xì)研究。報(bào)告生成器報(bào)告的平均值不是不太復(fù)雜的分析軟件所期望的近似值，而是真正的循環(huán)平均值。使用積分，波形從周期開始到結(jié)束的時(shí)間平均值由下式計(jì)算：

其中：

to= 周期開始時(shí)的時(shí)間 t1= 周期

結(jié)束時(shí)的時(shí)間

報(bào)告生成器以用戶選擇的單位報(bào)告周期時(shí)間。波形周期可以報(bào)告為間隔（以秒為單位）或以每秒周期數(shù) （Hz） 或每分鐘周期為單位的速率。波形周期間隔通過取周期起點(diǎn)和終點(diǎn)（t1- t0）之間的差值來報(bào)告，這些差值是以前為平均值計(jì)算定義的。以每秒周期數(shù) （Hz） 為單位的波形周期速率通過取間隔的倒數(shù)來報(bào)告，以每分鐘周期為單位的波形周期速率通過將間隔的倒數(shù)乘以 60 來報(bào)告。

從原始波形中獲取相關(guān)信息的最后一步是將報(bào)告生成器創(chuàng)建的文件導(dǎo)入Excel分析軟件包，以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析和圖形顯示。Excel 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)且廣泛使用的分析包。圖3和圖4顯示了峰值捕獲算法和報(bào)告生成器可能的結(jié)果類型。收縮壓、舒張壓、平均壓力和心率都是通過報(bào)告生成器一次性確定的，因?yàn)樗鼈兌际怯孟嗤牟东@模式（峰值和谷值）定義的。由于它是使用谷值捕獲模式定義的參數(shù)，因此彈出時(shí)間需要第二次通過峰值捕獲算法和報(bào)告生成器。

圖 4 — Excel 中顯示心率的已完成報(bào)告。該報(bào)告包含圖2所示動(dòng)脈壓波形的逐周期點(diǎn)值。輸出文件格式也與 Excel 兼容，具有谷到谷的循環(huán)定義。周期時(shí)間再次報(bào)告為每分鐘周期數(shù)的速率，因?yàn)樾穆释ǔＲ悦糠昼姷男奶ɑ蛑芷冢閱挝贿M(jìn)行測量。

審核編輯：郭婷