PowerPoint プレゼンテーション

LabVIE
Wを用い
た
生体情報の計測と分析
なぜLabVIEWを用いるのか
1.A/D変換ボードなどのハードウェアを多数サポート
LabVIEWは,NationalInstruments製の多数のハードウェアをサポートし,計測環境の構築や,拡張,古い環境
を新しい製品で置き換える,等の作業が非常に簡易であり,なおかつ確実に動作する.計測製品ベンダーとし
ての歴史が長く,シェアが広いので,ソフトウェアがこなれており,バグが少ない.
2.豊富なライブラリを備えている
あらかじめデータの入出力,通信,計測,制御,分析等の大規模かつ高度なライブラリを備えており,自前で
製作する部分を最小限に抑えられる.特に,生体情報を扱う上で重要な,フィルター関数や,周波数分析関連
のライブラリが便利である.
3.グラフィカルで理解しやすいプログラミング
プログラムの作成は,専用言語Gを用いて行われ,従来の文字を使った言語とは異なり,部品配置とワイヤー
による結線でほぼすべてのプログラムを行うことができる.プログラムの製作と,ユーザインタフェースの製作が
一体化しているため,短時間で使いやすいソフトウェアを作成する事ができる.また,既存のライブラリは高速に
動作するため,プログラムの実行速度は比較的速い.
A/D変換(連続データから離散データへ)
コンピュータで生体情報を処理する場合,アナログである生体情報をデジ
タルに変換(A/D変換)し処理を行う.A/D変換は
・横方向の細かさ(サンプリングレート)
・縦方向の細かさ(変換精度)
の二種類によって決まる.両者ともに,細かければ細かいほどに,データの
再現性は高くなるが,細かくするほどデータ量が増え,処理や保存の点では
多くの手間と時間がかかるようになる.生体情報を処理する場合,一般的に
は,1kHz(1秒間に1000個)のサンプリングレート,16bit(65536段階)の変換
精度があれば十分である.
A/D変換プログラム
データ表示プログラム
インピーダンスカーディオグラフィ-によるヘモダイナミクス分析(1)
4電極法により生体に微小高周波電流を流し,
組織のインピーダンス(Z0)および血流によるイン
ピーダンス変化分(ΔZ)を計測し,Kubicekらの
理論に基づき心拍出量の算定を行う.
SVを求めると,MBPおよび以下の式より
生理心理11巻2号(1993) インピーダンス・プレチスモグラフィー再訪より抜粋
MBP=CO×TPR
MBP=SV×HR×TPR
CO(心拍出量),TPR(全末梢抵抗)の推定が可能である.心的負荷により,心臓血管系に生じる反応は一様
ではなく,刺激の質や量により影響をうける.また反応の形態には個人差があり,同様の心的負荷であっても,
それにより生じるヘモダイナミクスの変化は個人間で異なる.
インピーダンスカーディオグラフィ-によるヘモダイナミクス分析(2)
実験内容:
二種類の心的負荷(ストレスフィルム・暗算)を行い,それにより生じるヘモダイナミクスの変化を検討する.
被験者:男子大学院生
刺 激:
ストレスフィルム(頭蓋全額部を切開する整形手術のビデオを視聴する)
暗算(1000から13ずつ,連続引き算を行う.)
LabVIEWによる処理:
・ECG波形から,R波を検出する.
・ΔZ波形から,一次微分波形dZ/dtを得る.
・ノイズ対策のため,R波を基準にし,dZ/dtを50~100周期分加算平均する.
・加算平均されたECG,dZ/dt波形から,Q点,B点,X点を検出する.
・得られた値をKubicekらの式にあてはめ,SVを得る.
・血圧の波形から最高血圧,最低血圧を一拍ごとに求める.
・R-R間隔(すなわちHR),SV,MBPからTPRを求める.
インピーダンスカーディオグラフィ-によるヘモダイナミクス分析(3)
・ECG波形から,R波を検出する.
・ΔZ波形から,一次微分波形dZ/dtを得る.
インピーダンスカーディオグラフィ-によるヘモダイナミクス分析(4)
・ノイズ対策のため,R波を基準にし,dZ/dtを50~100周期
分加算平均する.
・加算平均されたECG,dZ/dt波形から,Q点,B点,X点を
検出する.
結果1
IBI
msec
SV
ml
1200
1150
120
1100
110
Flow
ml/100g/min
20
1050
18
100
16
1000
950
90
900
80
14
12
10
850
8
70
6
800
4
60
750
2
700
0
50
安静
暗算
安静
映像
安静
暗算
安静
映像
安静
暗算
CO
映像
TPR
l/min
mmHg
安静
dyne-seconds/cm-5
7
1400
140
6.5
120
1350
6
100
5.5
1300
80
5
60
4.5
40
4
SBP
DBP
20
1250
1200
3.5
MBP
3
0
1
安静
暗算
安静
映像
2
安静
3
4
暗算
5
6
安静
7
8
映像
1150
安静
暗算
安静
映像
結果2
msec
IBI
1200
SV
ml
150
1100
140
35
130
30
1050
Flow
ml/100g/min
1150
120
1000
25
110
950
20
100
900
850
90
15
80
10
70
5
800
750
60
700
安静
映像
安静
mmHg
0
50
暗算
安静
映像
安静
映像
安静
暗算
TPR
CO
l/min
安静
暗算
dyne-seconds/cm-5
900
140
9
800
120
8
700
100
600
7
80
500
6
400
60
5
40
300
SBP
DBP
20
200
4
MBP
0
100
3
安静
映像
安静
暗算
0
安静
映像
安静
暗算
安静
映像
安静
暗算
計測にあたっての第一段階
new_env
すべてが入っている
フォルダ
acquit
計測プログラムが入っているフォルダ
②“acquit+.vi”を開き,自分の
フォルダを選択.
readit
読み出しプログラムが入っているフォルダ
user1
data
①“new_env”→“data”→自分用
の新しいフォルダを作る
user2
データが入っているフォルダ
user3
user4
ユーザごとにフォルダを分けて管理する
③メニューバーの設定を開いて,
自分の計測環境を設定する.
[channel 1 to 16]
[MIKE/PCI-6034E]
入力設定を行うチャンネルを1~8もしくは9~16で切り替える.コネクタ
ボックスのチャンネル数に一致(注:offlineでは,0~15になっている)
マシンの名前/AD変換ボードの型版・・・これが映っていないということは,
認識されていないということ.
有効(ON)・無効(OFF)スイッ
チ・・・ONにすると、このチャン
ネルからの入力が有効になる.
[scan order]
[offset] 微調整用.
一部のノート用カード型AD変
換ボードでは、この設定を
reverseにする必要がある.
[range]
1V=1と出力させるときに “1.00”
とする.
“normal” ・・・デスクトップ型PC
1→8chの順に読み出す.
メモ欄・・・設定についての各自のメモをするところ.
“reverse” ・・・ノート型PCのとき
(ノートの場合,8→1の順で読
み出す形式のものがあるため,
逆にしておく.)
例えば血圧の場合,校正波は
1V=100mmHgであるから,
5V=500とするため “500.00” と
する.
[input Range ]
[accuracy ]
[sampling rate (Hz) ]
入力電圧の幅の設定.1Vもしくは5Vの
選択が可能。すなわち,±32.768で読み
込む範囲の設定.
使用しているAD変換ボード
の変換精度を指定する.
何Hzでトレンドを保存する
かの設定であり,読み出し
用ファイル (read+ it) に対す
る設定である.ここを100に
すると, read+ itでも100でし
か読めない.
“±5” ・・・5V= 32.768 / -5V= -32.768
“±1” ・・・1V= 32.768 / -1V= -32.768
↓
血圧計の出力が,100mmHg=1Vのため,
±5に設定しておく!
[設定後]
1. 【 acquit+.vi →
設定→入力設定】
“16bit” ・・・通常はコレ.1個
の計測値=16bit
“12bit” ・・・古いPCは12bit
しか対応できないものもあ
る.そういう場合はこっち.
※ZCG解析用 (専用プラグ
ラムファイル“offline”) に,
これとは別に常に1kHzで保
存がされている.→SVを算
出するのが目的の場合は,
あまり気にしなくてよい.
[計測中にデータを・・・]
[plug list]
全てのデータをディスクに
セーブしながら実行するの
で動作速度が遅くなるが,
計測終了時のデータ退避
時間がなくなるという利点が
ある.マシンパワーに余裕
があり、長時間の計測を行
う場合はONにするとよいか
も.
各指標の計測値算出のためのプラ
グを選択.ダブルクリックでチェック
をつけると,そのプラグが使用可能
となる.
例えば,ECGからHRを計算する場
合,“HR_plug”を選択する.このプ
ラグはまた,IBIも算出できる.
HR→HR,IBI
[IPアドレス・・・]
BP→SBP,DBP,MBP,HRなど
一秒間に10回の頻度で、
ネットワーク上の別のマシ
ンに計測中の情報を転送可
能.。バイオフィードバック
などの用途に使用.
PEP→PEP,HR,IBI
Dummy→null(1-8)
PV→Height,NPV,HR(top/bottom)
Resp→Rate,Inspt,height,delay
[計測後に・・・]
セーブの有無の確認ダイアログについて.
[label]
計測モニタに表示する際の,各チャンネル
の名前を入力する.右側のボックスで波形
の色を指定.
[devices]
[min & max]
入力設定したチャンネルと,
出力設定の前画面で選択し
たプラグの中から,計測モ
ニタで表示するものを決定.
指標の最小値と最大値を入
力.0を中心にするため,±
の異なる同じ値を入力する.
[ch]
右側のスライドバーを移動さ
せ,必要な数だけ表示する.
[function]
“devices”でプラグを選択し
た際に,モニタに表示する
指標を選択する.左側の●
をクリックして適当なものを
選ぶ.
2. 【acquit+.vi →設定
→環境設定/出力設定】
[memo] 設定についてのメモ.
モニタの表示範囲
計測データの保存
先が表示される.
LabVIEWを起動した
際に選択したフォル
ダが表示されるはず.
[HR,BP・・・]
“出力設定”の設定が表示
される.計測値が実測値
と同じかどうか確認.
ここに全ての測定指標が表示される.
計測時間の表示.
3. 【acquit+.viの表示モニタ】
[記録開始]
[終了]
[event]
クリックで計測開始.
計測終了.
イベントマーカーの挿入.
プラグを導出してい
るチャンネル
表示モニタのサイズ
変更など.
PEPのプラグのチャン
ネルは,必ず,ECGと
ZCGを選択する.
赤がECG
白がZCG
→右図の黄色がdZ/dt
[HR_plug]
[PEP_plug]
[BP_plug]
4. 【acquit+.vi→アプリケー
ション→プラグインを表示】
PEP算出の際の,B点が検出しづら
い時に操作.オンラインでの確認用.
[実行]
[offlineの表示モニタ]
分析対象ファ
イルが表示
“offset”・・・分析対象データの
始発ポイント
“length”・・・分析時間の長さ
“length”が
バーとして表
示.
ECG & ZCG (dZ/dt) ,BPなどの各波形
フォルダ“offline”→
実行(再生マーク)→
目的のフォルダを選
択してOK.
[ファイル情報]
SBP & DBP
IBI,SBP,DBP,MBP,BFについ
て,“length”で設定した時間
分の平均が表示.
“add”をクリックすると,結果
が図示される.
“clear”しない限り,結果が追
加される.
“save”で保存.
インピーダンスカーディオグラ
フィについては,値を求めて
から保存する.
5. 【offline.vi】
[threshold]
ECGがきちんと表示されな
いときに,値を変える.
[datadir]
[lowpass]
ここに表示されたパスに
データファイルが保存され
ている.
デジタルフィルター
をかけるため,チェッ
クを入れておく.
6. 【offline.vi】
B点,X点
マニュアル
操作可能.
B点
X点
ここにSV
が表示.
LabVIEWによる処理:
・ECG波形から,R波を検出する.
・⊿Z波形から,一次微分波形dZ/dtを得る.
・ノイズ対策のため,R波を基準にし,dZ/dtを50~100周期分加算平均する.
・加算平均されたECG,dZ/dt波形から,Q点,B点,X点を検出する.
・得られた値をKubicekらの式にあてはめ,SVを得る.
・血圧の波形から最高血圧,最低血圧を一拍ごとに求める.
・R-R間隔(すなわちHR),SV,MBPからTPRを求める.
(Kubicekの推定式)
SV≒rho・(L/Z0)2・LVET・dZ/dt(max)
rho (ohm・cm )・・・135 (ohm・cm) を常に用いる.定数.
L (cm)・・・背側と腹側の平均.25cm以上必要.巻尺で測定.
Z0 (ohm)・・・インピーダンスアンプのデジタル数値.
【offline.vi】
※インピーダンスアンプの “sensitivity” は,0.2に設定(固定).
[direction]
“up”・・・BP↑を防ためのHR↓
“down”・・・BP↓を防ためのHR↑
[brs]
計算結果
検出されたシーケンスの結果
※シーケンスの数が,1ブロックあたり10以上ないとデータとして使えなそう・・・
【offline.vi→オプション→BRS算出】
【readit+.vi】