1.2.2 Разработка программного обеспечения лабораторной установки по тестированию оптической плотности биотканей

Для работы с макетом лабораторной установки по исследованию изменений оптической плотности биотканей разработана программа PulsViewer 4. Программа написана на Borland Delphi 7. Это обусловлено тем, что в Delphi 7 входит компонент Chart, предназначенный для построения графиков, что значительно упрощает и ускоряет написание программы. Программа предназначена для приема и отображения данных на экране, а также для записи и сохранения полученных данных с последующим просмотром. Формат данных - бинарный, не форматированный- простые выборки АЦП через определенные промежутки времени. Окно, формируемое программой, показано на рисунке 31. Рассмотрим созданные в программе настройки.

Группа «Порт» позволяет выбрать нужный порт из списка.

Группа «Файл» содержит кнопки «Открыть файл» и «Сохранить». Сохранить можно только видимую часть (Save to) или полностью всю запись(Save all).

Группа «Режим работы» содержит 2 кнопки: кнопка 1 отображает, какой режим используется (с синхронным детектором или линейный), а также может переключать режим. Вторая кнопка служит для включения / выключения АРУ и отображает текущий режим.

Группа «Управление» содержит кнопку «Старт/Стоп мониторинга». Вторая кнопка «Запись». Включение записи можно в режиме старт, а выключение только кнопкой стоп. При выключении записи вся записанная информация будет выведена на экран (график «сожмется»).

По ось Х отображается время в секундах. Нажав и удерживая правую кнопку мыши, можно выделить необходимую (слева направо - вниз) часть графика и увеличить его. Нажав и удерживая левую кнопку мыши, можно перемещать (передвигать) график.

Рисунок 31 - Окно настроек программы PulsViewer 4

Группа «Настройки» содержит кнопки «Панель регуляторов» и « Дополнительные настройки». Первая кнопка отображает / скрывает группу «Регуляторы», вторая отображает / скрывает группу «Дополнительные настройки».

Группа «Фильтр» содержит 2 кнопки «ФВЧ» и «ФНЧ». Нажатие на эти кнопки соответственно включает / выключает эти фильтры. ФВЧ имеет частоту среза 0,4 Гц, частота среза ФНЧ регулируется и отображается в группе «Регуляторы».

Правее группы «Фильтр» расположена панель, в которой отображается частота пульса: верхнее число отображает частоту пульса последнего колебания, а нижнее значение – среднюю частоту пульса.

Группа «Развертка» содержит регулировку развертки. Она сжимает или растягивает по времени ось Х. При увеличении и сдвиге графика меняется временной интервал (рисунок 32). Чтобы вернуться к первоначальному отображению графика, достаточно кликнуть мышкой по регулятору развертки.

Группа «Регуляторы» содержит регулировки напряжения на излучателе, коэффициент преобразования, коэффициент усиления усилителей, сдвиг фазы между входным и тактовым сигналом, а также регулировку частоты среза ФНЧ. Вверху над регулятором отображается позиция регулятора, внизу - теоретическая физическая величина. Регулятор ФНЧ может работать в 3 диапазонах частот, справа указана частота среза.

Рисунок 32 - Вариант окна настроек, формируемого программой прибора

Для удобства работы оператора при обработке фотоплетизмограмм разработана программа, предназначенная для просмотра и редактирования цифровых результатов фотоплетизмографии. Программа позволяет обнаруживать и исключать из исходного сигнала некорректные данные, возникшие под влиянием артефактов в процессе регистрации фотоплетизмограмм. К последним относятся участки пульсовых кривых, которые искажены артефактами, и удалить их аппаратурными методами не удалось. Выполнить эту процедуру оператору ручным способом, анализируя кривые на длительном интервале наблюдения, достаточно сложно, что вызывает его утомление. Использование программы повышает уровень работы операторов, являющихся часто неквалифицированными пользователями компьютерной техники, и способствует получению качественных диагностических показателей, характеризующих состояние сердечно-сосудистой системы человека и животных.

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

Исключение 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 33.

Входными данными являются файлы, содержащие последовательность 16-битных целых числе 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.

Рисунок 33 - Блок-схема алгоритма обработки фотоплетизмограмм

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» (рисунок 34) можно увидеть реальные значения пульсовых кривых (рисунок 35).

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

Рисунок 34 - График исходного сигнала перед обработкой пульсовых кривых

Рисунок 35 – График сигнала пульсовых кривых после прореживания

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) (рисунок 36).

Рисунок 36 – Результат обработки сигнала фотоплетизмограмм

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