2012.09.26 Лабы LabVIEW

чет графики АЧХ, соответствующие минимальному и максимальному значениям порядка фильтра и сформулируйте вывод о влиянии порядка фильтра на вид АЧХ.

49.Подберите такой набор параметров фильтра (тип, порядок, верхняя и нижняя частоты среза), при котором обеспечивалась бы наилучшая фильтрация сигнала с визуальной точки зрения. Эти настройки сохраните в отчете вместе с графиком фильтрованного сигнала и графиками характеристик фильтра. Обратите внимание на то, что для ФНЧ и ФВЧ частота среза задается элементом управления «Нижняя частота среза».

50.Перейдите на лицевой панели на вкладку «КИХ фильтр» и повторите пункты 46-49 для КИХ фильтра.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ВЕКТОРКАРДИОГРАФИИ

Цель работы: ознакомление с методикой векторкардиографии и ее программной реализацией.

Основные положения Векторкардиография – метод исследования сердца, основанный, как и

электрокардиография, на регистрации изменений за сердечный цикл суммарного вектора электродвижущих сил сердца (ЭДС), но в проекции не на линию (ось отведения), а на плоскость. Регистрируют векторкардиограмму (ВКГ) с помощью специального прибора – векторкардиографа.

ВКГ обычно регистрируется в нескольких плоскостях (проекции пространственной ВКГ на плоскости), так как должна показать направление суммарного вектора в пространстве. При патологических изменениях сердца результирующий вектор ЭДС отклоняется в различных направлениях пространства.

Анализ ВКГ проводится

Рис. 321. . Модельный сигнал ЭКГ в трех ортогональных отведениях X, Y, Z

вначале отдельно для каждой плоскости, а затем данные ориентации ВКГ в отдельных плоскостях суммируются для получения пространственного представления о расположении ЭДС.

Рис. 3.2. ВКГ, соответствующие модельному сигналу во фронтальной (F), горизонтальной

(H) и сагиттальной (S) плоскостях

ВКГ состоит из трех петель (рис. 3.2) Петля P (наименьшая) отражает динамику ЭДС при распространении возбуждения по предсердиям. Петля QRS (наибольшая) отражает распространение возбуждения в желудочках. Петля T (средняя) – реполяризацию желудочков.

Анализируют ВКГ по максимальной длине (максимальному вектору) и ширине петель, их форме, углам отклонения максимальных векторов от координатных осей плоскости регистрации и другим параметрам. Они существенно и определенным образом изменяются при некоторых патологиях сердца. Для регистрации ВКГ используют систему ортогональных отведений по Франку, при этом электроды накладываются на шею, левую ногу и в области груди.

Задание

•Построить график трех ортогональных отведений электрокардиограм-

мы.

•Построить графики трех двухмерных ВКГ (фронтальная, горизонтальная сагиттальная, плоскости) и одной трехмерной. Убедиться, что петли в норме сильно отличаются от петель при патологии.

22

• Извлечь фрагменты ЭКГ при патологии и норме, построить для них графики ВКГ, проанализировать фрагменты: найти длину максимального вектора петель, углы его отклонения от осей.

Порядок выполнения работы

1.Создайте папку и перепишите в нее файл «Заготовка.vi», библиотеку VI «ЛР3.llb» и файл сигнала ЭКГ для вашего варианта, которые будут анализироваться (см. табл. П.3).

2.Запустите среду LabVIEW. Создайте новый ВП и сохраните его под ка- ким-нибудь именем.

3.Установите на лицевой панели элемент «Tab Control», добавьте третью вкладку. Переименуйте вкладки следующим образом: 1 – «Общие данные», 2

– «Выявление патологий», 3 – «Измерение параметров для участка».

Вкладка 1

Чтение файла и отображение его на графике

4.Для того чтобы установить на первой вкладке заготовленный элемент для отображения графика отведений ЭКГ откройте файл «Заготовка.vi», выделите на лицевой панели элемент под названием «Waveform Graph». Для копирования его в буфер нажмите сочетание клавиш «Ctrl + C». Вернитесь к первой вкладке вашего ВП и с помощью сочетания клавиш «Ctrl + V» вставьте элемент на вкладку. Переименуйте его как «3 отведения ЭКГ».

5.Загрузите файл с ЭКГ. Извлеките с помощью функции «Index Array» из загруженных данных по отдельности первые три столбца значений, соответствующих отведениям ЭКГ.

6.Для отображения на одном

графическом элементе трех отведений на некотором расстоянии

друг от друга установите в окне редактирования диаграмм ВП «Объединение 3-х отведений.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Соедините выход элемента «Объединение 3-х отведений.vi» с ранее установленным элементом «Waveform Graph», создайте для соответствующего входного терминала элемент управления частотой дискретизации и задайте для него значение 360.

23

Построение трехмерной ВКГ

7. Для отображения ВКГ на трехмерном графике поместите на первой вкладке элемент «3D Curve» (Controls >> Modern >> Graph >> 3D Curve Graph). Переименуйте элемент как «3D-векторкардиограмма».

Соедините выходы элемента «Загрузка отведений ЭКГ.vi» «отведение 1», «отведение 2», «отведение 3» соответственно с входами «xvector», «yvector»,

«zvector».

8. Запустите программу. Убедитесь, что на графиках отображаются три ортогональных отведения электрокардиограммы и трехмерное отображение ВКГ. Обратите внимание, что на трехмерной ВКГ хорошо видно, насколько петли при патологии отличаются от петель в норме.

Вкладка 2

Построение двухмерной ВКГ на трех плоскостях (сагиттальной –1и 2 отв., фронтальной –2 и 3 отв., горизонтальной– 1и 3 отв.)

9.Перейдите на панели ВП ко второй вкладе. Скопируйте и поместите на ней три экземпляра заготовленного элемента «XY Graph». Переименуйте их соответственно «сагиттальная», «фронтальная» и «горизонтальная» плоскости.

10.Для создания кластера с набором координат x и y, который будет отображен на графике, поместите в окне редактирования диаграмм три ВП «Bundle» (Functions >> Programming >> Cluster, Class, &Variant)

На входы «element» установленных ВП подайте пары значений отведений с выхода элемента «Загрузка отведений ЭКГ.vi», соответственно 1-2, 2-3, 1-3.

11. Для удобства наблюдения ВКГ добавьте на график оси. Для этого в окне редактирования диаграмм поместите ВП «Оси.vi»

из библиотеки «ЛР3.llb», который формирует массив из

24

двух кластеров с набором координат x и y, соответствующим линиям осей.

12.Для объединения одной линии графика ВКГ и двух линий осей в один массив поместите на диаграмме элемент «Build Array» (Functions >> Programming >> Array). Растяните его так, чтобы у него было два входных терминала. Вызовите на нем контекстное меню и выберите пункт «Concatenate Inputs». На первый вход подайте массив кластеров осей, на второй вход подайте кластер графика ВКГ.

13.Добавьте аналогичным образом линии осей к остальным двум кластерам графиков ВКГ. Полученные массивы подсоедините к созданным ранее элементам «XY Graph»

14.Запустите программу и убедитесь, что отображаются все графики ВКГ.

Вкладка 1

Извлечение фрагмента ЭКГ

15.Откройте первую вкладку.

16.В окне редактирования диаграмм создайте цикл «While Loop», который останавливался бы при нажатии на кнопку «Стоп». Дальнейшее построение диаграммы осуществляйте внутри данного цикла.

17.У элемента «Waveform Graph», который был назван как «3 отведения ЭКГ» есть два курсора, которым соответствуют индексы 0 и 1. Для извлечения информации о свойствах конкретного курсора

установите ВП «Координаты курсора.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Данный ВП по ссылке на график извлечет координаты определённого курсора, задаваемого индексом.

25

18.Вызовите на элементе «3 отведения ЭКГ» контекстное меню и создайте ссылку на график (Create >> Reference). Подсоедините её к входу «ссылка на график» элемента «Координаты курсора.vi».

19.Для извлечения координат первого курсора (индекс 0) с помощью контекстного меню создайте и подсоедините константу к входному терминалу «активный курсор» у ВП «Координаты курсора.vi».

Придайте константе значение 0.

20.Для извлечения координат второго курсора

(индекс 1) установите еще один элемент ВП «Координаты курсора.vi» и подсоедините к нему необходимые данные.

21. Для извлечения фрагментов отведений, расположенных между двумя курсорами, установите в окне редактирова-

ния диаграмм ВП «Извлечение фрагмента ЭКГ.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Соедините выходы элементов «Загрузка отведений ЭКГ.vi» и координаты X курсоров с

входами элемента «Извлечение фрагмента.vi». В результате появится возможность извлечения различных участков ВКГ при движении курсоров

«Waveform Graph».

Вкладка 3

Построение двухмерных и трехмерной ВКГ для фрагмента

22.Перейдите на вкладку 3.

23.Поместите на ней элемент «Waveform Graph» Переименуйте оси также как у элемента «3 отведения ЭКГ». Отобразите полученные фрагменты отведений ВКГ на одном графике на некотором расстоянии друг от друга аналогично тому, как было сделано ранее.

24.Постройте для вырезанного фрагмента трехмерный график ВКГ и двухмерные графики ВКГ вместе с осями. Создайте на третьей вкладке новый элемент «Tab Control». Сделайте так, чтобы у него было три вкладки, и расположите на них двухмерные ВКГ. Переименуйте вкладки и графики в соответствии с названиями плоскостей, которые на них отображаются.

26

25. Запустите программу. Убедитесь, что строятся графики фрагментов ВКГ ограниченные курсорами элемента «3 отведения ЭКГ».

Нахождение параметров векторкардиограммы

Необходимо найти максимальный вектор петель, а также углы отклонения векторов от осей.

Длина отрезка при известных координатах его концов равна:

Угол между осью и получившимся вектором можно найти из прямоугольного треугольника, в котором катет будет находиться на оси, а наш вектор будет гипотенузой. Тогда из тригонометрических формул и формулы длины отрезка угол отклонения от оси X будет равен:

26.Для реализации формулы измерения длины вектора поместите элемент

«Нахождение параметров ВКГ.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Создайте для его выходных терминалов элементы индикации.

27.Для извлечения координат курсора текущего графика фрагмента ВКГ «XY Graph» создайте ВП «Координаты курсора.vi», соедините его выходы с входами «Нахождение параметров ВКГ.vi» и задайте ему индекс 0.

28.Создайте ссылку для каждого из графиков фрагментов двухмерных

ВКГ.

29.Для того чтобы иметь доступ к ссылке того графика, который расположен на открытой вкладке этого создайте элемент «Case Structure».

27

30.На блок-диаграмме подсоедините к нему элемент «Tab Control», который вы разместили на третьей вкладке. Вызовите контекстное меню на элементе «Case Structure» и создайте диаграмму для нового случая (Add Case After). Эта конструкция позволит выполнять для каждой активной вкладки «Tab Control» свой фрагмент кода.

31.Разместите на каждой диаграмме «Case Structure» соответствующую ссылку на график и выведите её на выход, который соедините с установлен-

ным ранее ВП «Координаты курсора.vi».

Анализ ВКГ

32.Запустите программу и загрузите файл ВКГ, соответствующий вашему варианту. Сохраните в отчет график отведений ВКГ, трехмерный график ВКГ и двухмерные графики ВКГ.

33.Выделите какой-либо участок ВКГ, соответствующий нормальному PQRST-комплексу.

34.Сохраните в отчет график отведений, трехмерный график и двухмерные графики фрагмента ВКГ.

35.Для каждой плоскости ВКГ, перемещая курсор по соответствующему графику, рассчитайте и сохраните в отчет длину вектора петли QRS и углы отклонения его от осей.

36.Визуально определите наличие патологии с помощью двухмерных и трехмерной векторкардиограмм. Сохраните в отчет время начала патологии.

37.Выделите участок ВКГ, соответствующий PQRST-комплексу с патологией. Повторите для него пункты 34-35.

28

38. Сравните значения параметров ВКГ для нормального комплекса и комплекса с патологией. Сохраните в отчет вывод о том, как различаются эти значения и формы петель.

4. ЧАСТОТНОГО АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ

Цель работы: ознакомление с использованием частотного анализа для исследования электроэнцефалограммы (ЭЭГ).

Основные положения Электроэнцелография – это метод регистрации электрической актив-

ности головного мозга через неповрежденные покровы головы, позволяющий судить о его физиологической зрелости, функциональном состоянии, наличии локальных и очаговых поражений, общемозговых расстройств и их характере. Ниже описаны ритмы, которые содержит ЭЭГ.

Альфа-ритм (α-ритм, alpha rhythm) – ритм ЭЭГ в диапазоне от 8 до 13 Гц, средняя амплитуда 30-70 мкВ. Лучше всего выражен в затылочных отделах. Наибольшую амплитуду α-ритм имеет в состоянии спокойного бодрствования, особенно при закрытых глазах в затемнённом помещении.

Бета-ритм (β-ритм) – ритм ЭЭГ в диапазоне от 14 до 40, средняя амплитуда 5 – 30 мкВ, присущий состоянию активного бодрствования. Наиболее сильно этот ритм выражен в лобных областях.

29

Тета-ритм (θ-ритм) – ритм ЭЭГ в диапазоне от 4 до 6 Гц, средняя амплитуда 100-150 мкВ. Физиологически этот ритм обусловлен снижением уровня бодрствования.

Дельта-ритм (δ-ритм) или дельта-волны – ритм ЭЭГ в диапазоне от 0,5

– 3 Гц. Состоит из высокоамплитудных волн (сотни мкВ). Возникает как при глубоком естественном сне, так и при наркотическом, а также при коме.

Спектральная плотность мощности (СПМ) – функция, задающая рас-

пределение мощности сигнала по частотам.

На основе частотных характеристик вычисляются производные спектральные показатели по стандартным или специальным частотным диапазонам ЭЭГ. Наиболее известны из них следующие:

ЭЭГ;

пазоне ЭЭГ.

30