Домашнее задание

1. Ознакомьтесь с описанием лабораторной установки и принципом обработки данных, включая формирование модифицированных интервальных последовательностей (см.выше).

1. Запишите в лабораторный отчет соответствующие пределам нормы диапазоны характерных значений: а) частоты сердечных сокращений (ЧСС), мин^-1; б) длительности RR-интервалов, с; в) частоты дыхания (ЧД), мин^-1; г) длительности интервалов дыхания, с.

2. Запишите в лабораторный отчет значения лично Ваших параметров ритмов сердца и дыхания (см.п.1), измеренные Вами утром и вечером.

3. Ознакомьтесь с литературой по математической статистике и теории вероятностей. Дайте определения основных моментов случайной величины: математического ожидания, дисперсии, коэффициента взаимной корреляции двух случайных величин. Запишите формулы для вычисления статистических оценок математического ожидания и среднеквадратического отклонения (несмещенная оценка) по массиву выборочных значений случайной величины X_i (i= 1,…,N). Приведите формулу для вычисления статистической оценки коэффициента взаимной корреляции по массивам выборочных значений X_i и Y_i.

4. Ознакомьтесь с постановкой задачи регрессионного анализа данных наблюдений. Запишите формулы для статистического оценивания параметров линейной регрессии по массиву данных измерений X_i.

5. Приведите пример записи фрагмента документа MathCad, содержащего вызов функций READPRN, intercept и slope (воспользуйтесь литературой или справочной системой MathCad). Что делают эти функции?

Лабораторное задание

1. На диске D компьютера лабораторного стенда № 2 найдите приложение record в подкаталоге D:\Laboratory_Methods\Lab_2\Students\New Release\. Запустите приложение record. Освойтесь с программным интерфейсом. Уясните назначение режимов меню, подменю и кнопок панели инструментов (Channel 1 – канал интервалов дыхания, Channel 2 – канал RR-интервалов. Параметры диалогового окна: tau (ms) – коэффициент, являющийся постоянной времени уменьшения скользящего порога; А0 – начальный уровень первой экспоненты; dA0, % - уровень от максимума скачка, с которого начинается спад очередной экспоненты; hyst, % - параметр, определяющий зону нечувствительности). ВНИМАНИЕ: следующие далее пункты 4 – 8 без преподавателя не выполнять!!

2. Подсоедините электроды биполярного грудного отведения и клипсу c термодатчиком (диод должен оказаться внутри носового канала). Предварительно продезинфицируйте зажимы клипсы (кроме диода) ваткой, смоченной в спиртовом растворе.

3. Поочередно наблюдайте кардиосигнал и сигнал с термодатчика на экране осциллографа, выбрав необходимые вертикальный масштаб и скорость развертки. Убедитесь в правильной работе блока сопряжения: период следования R-зубцов должен соответствовать пульсу (для контроля палец приложите к височной артерии), а передний и задний фронты напряжения, формируемого в канале дыхания, должны соответствовать вдоху и выдоху. Запишите величину амплитуды и (приблизительно) периода повторения наблюдаемых сигналов.

4. Убедитесь, что выход блока сопряжения подключен к линейному входу “LINE IN” звуковой карты компьютера.

5. Подключите кабель от группы электродов ко входу блока сопряжения.

6. Активизируйте приложение record в подкаталоге D:\Laboratory_Methods \Lab_2\Students\New Release\. Введите префикс, соответствующий первым буквам Вашей фамилии и имени (например, HD). Введите в диалоговом окне каждого канала следующие значения:

Канал 1 (дыхание):  = 4500 мс; А0 = 5000; dA0 = 70%; hyst = 70%.

Канал 2 (сердце):  = 1500 мс; А0 = 5000; dA0 = 70%; hyst = 70%.

7. Запустите процесс экспериментального исследования ритмов сердца и дыхания, нажав кнопку Start. Наблюдайте осциллограммы кардиосигнала и сигнала термодатчика. Примечание: запись данных в системе осуществляется непрерывно: в первом канале ведется запись интервалов вдох-вдох, во втором – интервалов между соседними R-зубцами.

Убедитесь, что вид записываемых физиологических процессов соответст- вует ожиданиям. В противном случае, например при большом уровне артефактов, остановите процесс измерений, нажав кнопку Stop, и убедитесь в правильном наложении датчиков.

8. Проводите исследование в течение 5 минут. ВНИМАНИЕ: во время записи нельзя делать резких движений (добавляются миопотенциалы – потенциалы, связанные с напряжением мышц) и разговаривать (нарушается ритм дыхания). По окончании интервала мониторинга (10мин) остановите процесс измерений, нажав кнопку Stop.

9. Перейдите к анализу статистических характеристик записанных последовательностей RR-интервалов и интервалов дыхания. Эти последовательности после окончания исследования автоматически записываются в файлы с расширением .txt (например HD.CH1.txt для интервалов дыхания и HD.CH2.txt для RR-интервалов), находящиеся в текущей директории и содержащие данные в текстовом формате. В каждом файле имеется два столбца: отсчеты текущего времени и значения длительностей интервалов.

Для выполнения исследования запустите систему MathCad 2001. С помощью функции READPRN перенесите два столбца данных из файла HD.CH1.txt в два одномерных массива, первый из которых представляет реальное время, а второй - длительности интервалов дыхания Y_i. Повторите то же самое с файлом HD.CH2.txt, обозначьте массив RR-интервалов - X_i. Располагая матрицами, найдите число записанных RR-интервалов Nh и интервалов дыхания Nb.

10. Пользуясь средствами MathCad, рассчитайте для RR-интервалов и интервалов дыхания статистические оценки: а) средних значений ; б) среднеквадратических отклонений (несмещенная оценка!) _x, _y; в) максимального разброса значений _x, _y.

11. Проведите кросс-корреляционный анализ интервальных последовательностей. Для этого воспользуйтесь документом MathCad «Формирование…» в текущей директории и сформируйте интерполированные последовательности RR-интервалов и интервалов дыхания S_H и S_B с интервалом дискретизации по времени 10 мс. Рассчитайте коэффициент взаимной корреляции r_xy между последовательностями RR-интервалов и интервалов дыхания. Обратите внимание на знак и модуль коэффициента r_xy. Объясните полученный результат, построив и проанализировав совместно графики интервальных последовательностей S_H и S_B.

12. Изучите влияние физической нагрузки на величину коэффициента взаимной корреляции. Для этого снова запустите приложение record в подкаталоге D:\Laboratory_Methods \Lab_2\Students\New Release\. Модифицируйте префикс данных, например, введите HD1-. При отсутствии медицинских противопоказаний сделайте несколько приседаний до заметного учащения пульса и, приняв стабильное положение, включите режим измерений кнопкой Start. Повторите п.7-11 и сравните полученные результаты с предыдущими результатами.

Проведите регрессионный анализ полученных в данном пункте интервальных последовательностей. Для этого постройте огибающие ритмограмм: графики X(i), Y(i) (на отдельных рис.). С помощью функций intercept и slope найдите начальные значения a_0x, a_0y и угловые коэффициенты а_1x, а_1y линейной регрессии для обеих последовательностей X_i и Y_i . Совместите графики линейных регрессий a₀+a₁i с графиками X(i), Y(i). Сделайте вывод о наличии или отсутствии заметного линейного тренда во временной динамике RR-интервалов и в динамике интервалов дыхания. Если тренд есть, то выясните, одинаковый или противоположный знак у тренда? Обратите внимание на возросший вклад линейных регрессий и связь с величиной коэффициента взаимной корреляции. Сделайте выводы.

13. Изучите влияние ритма дыхания на частоту сердечных сокращений. Для этого снова запустите приложение приложение record в подкаталоге D:\Laboratory_Methods \Lab_2\Students\New Release\. Модифицируйте префикс данных, например, введите HD2-. Повторите пп 7 – 11 в режиме дыхания с фиксированным темпом (около 6 дыханий в минуту). Сделайте выводы.

14. Повторите п 13. в режиме выделения основной гармоники ритма дыхания. Для этого перед измерением установите параметр  = 1500 мс в канале дыхания (CH1). При этом в канале дыхания осуществляется запись последовательных интервалов вдох-выдох и выдох-вдох (как правило между вдохом и выдохом интервал короче, чем между выдохом и вдохом). Обратите внимание на связь графиков интервальных последовательностей S_H и S_B и на величину коэффициента взаимной корреляции.