Gerçekleştirilen Yazılım

Bu bölümde solunum ve KHD sinyallerinin gözlenmesi ve analizi için geliştirilen sistemin yazılımı tanıtılmıştır. Yazılım kısmında, kullanıcı ara yüzü geliştirilmesi ve sinyallerinin analizi ile ilgili sinyal işleme uygulamaları olmak üzere iki alanda çalışmalar yapılmıştır.

3.10.1. Kullanıcı arayüzü geliştirilmesi

Kullanıcı arayüzü geliştirilirken Matlab'ın GUI (Graphic User Interface) Tool Box'ının sihirbazından yararlanılmıştır. Bu gereç vasıtasıyla, ekranda bulunması istenen kullanıcıdan alınacak komutların butonları, grafikler ve analiz sonuçları pencerelerinin büyüklükleri ve konumları vb. özellikleri kolay şekilde belirlenebilmektedir. Hazırlanan taslak sayfası kaydedildiğinde, belirlenen elemanlar .figure uzantılı dosyaya nesneler olarak kaydedilmektedir. Nesnelerin özellikleri, GUI sihirbazının oluşturduğu .m uzantılı bir başka dosya ile istenilen şekilde programlanabilmektedir. Matlab'ın GUI (Graphic User Interface) Tool Box'ı kullanılarak gerçekleştirilen kullanıcı ara yüzü şekil 3.10'da görülmektedir. Yazılan programın kontrol işlemlerini yapan kısmının program kodları Ek 7'de verilmiştir.

Kullanıcı ara yüzünde kaydın başlatılmasını sağlayan başlat, sonlandırılmasını sağlayan durdur ve açılan kullanıcı arayüzü sayfasının kapatılmasını sağlayan, kapat butonları bulunmaktadır. Ekranda, üst tarafta son 20 saniyedeki EKG ve solunumu gösteren toraks genişleyip daralması veya solunum hacmi sinyalleri gösterilmektedir. Onun altında, EKG'den elde edilen KHD sinyalinin son beş dakikalık kısmı, bu sinyali ve solunum sinyallerinin GSY grafiklerinin gösterileceği pencereler bulunmaktadır. Elde edilen sinyaller için, ESC/NASPE Task Force (1996) tarafından belirtilen şekilde gerçekleştirilen zaman ve frekans düzlemi analiz parametrelerinden; anlık kalp atım sayısı, son beş dakikanın ortalaması, en küçük ve en büyük RR aralıkları değeri, KHD standart sapması, KHD ve solunum sinyallerinin GSY'lerinin LF ve HF bölgelerinin güçleri ve LF/HF oranları ekranda rapor edilmektedir. Sempatik ve vagal aktivitenin durumunun izlenmesi için LF ve HF güçlerinin zamanla değişiminin son beş dakikalık kısmı da ekranda grafik olarak gösterilmektedir.

3.10.2. Kullanıcı arayüzü sinyal işleme uygulamaları

3.10.2.1. Sinyallerin okunması ve enterpole edilmesi

Gerçekleştirilen sistemin donanım kısmı çıkışındaki EKG ve solunum sinyalleri veri toplama kartının ilk iki kanalı giriş olarak tanımlanıp, örnekleme frekansları 1 KHz yapılarak, tetikleme başına 200'er örnek olmak üzere EKG ve solunum sinyalleri Matlab DAQ Toolbox’ı yardımıyla Ek 6’da açıklandığı şekilde okunmaktadır. Ele alınan EKG sinyalleri 35 Hz'lik, onuncu derece bir alçak geçiren Butterworth filtresi ile filtrelenip, R noktalarının tespiti bölüm 3.6.4'te tarif edilen mantığa göre yapılmaktadır. Belirlenen eşik değerini geçen örneğin zamanı bulunarak, örneğin okunma zamanı R noktasının zamanı olarak kaydedilmektedir. Her yeni bulunan R noktası zamanı bir öncekilerden çıkarılarak RR aralıkları, dolayısıyla KHD sinyali bulunmaktadır.

Sistemimiz gerçek zamanlı çalışacağından, geliştirilen algoritma ile RR aralıkları 4 Hz ile anında örneklenmektedir. Bunun için, yeni bulunan her R noktasının zamanları x eksenini üzerindeki değerini ifade eden bir dizide, RR aralıklarının değerleri, y eksenindeki değerini tutan başka bir dizide saklanır. Bir önceki RR aralığından 250 ms sonraki RR aralığı değeri, yeni bulunan RR ile bir öncekinin oluşturduğu doğrunun xy düzlemindeki eğiminin 250ms ile çarpılması ve önceki RR aralığının y eksenindeki bileşenine eklenmesi ile bulunur.

1 Kz'lik örnekleme frekansına sahip solunum sinyalinin 4 Hz ile örneklenmesi, ilk RR aralığının zamanı referans alınarak 250’şer ms'lik adımlarla örnekler alınması ile gerçekleştirilir.

3.10.2.2. Solunum ve KHD sinyallerinin GSY’lerinin tespiti

Kısa dönem KHD kayıtlarının spektral analizinde kullanılan 5 dakikalık sinyal uzunluğu, 1 KHz'lik örneklemeye göre, 1200 örneğe karşılık gelmektedir. Sistem

240 örneklik (1 dakika) KHD ve solunum sinyali topladıktan sonra, AR parametrelerinin tespitine dayanan Yule-Walker metodu ile güç spektrumlarını bulabilmektedir. Örnek sayısı 1200'e ulaşana kadar arttırılmakta, daha sonra devamlı son 1200 örnek alınarak analizler yapılmaktadır.

3.10.2.3. Ektopik atımlar ve kayıp veri içeren KHD sinyallerinin spektral analizleri

Genellikle kalp üzerindeki SA düğümü dışındaki bazı noktaların darbe üreteci olarak işlev görmesinden kanaklanan, ektopik atımlar, elektrot bağlantı problemleri ve aşırı gürültü sebebi ile hatalı olarak tespit edilen RR aralığı verileri, spektral analizlerin doğruluğunu bozmaktadır (Albrecht and Cohen 1989, Birkett 1992). Bu bozucu etkilerden kurtulmak için, daha önceden kaydedilmiş verilerin düzgün kısımlarının alınarak analiz edilmesi genel yöntem olarak seçilmiştir. Bu tez çalışmasında gerçek zamanlı olarak çalışılacağı için bu genel yöntemi kullanmak mümkün olmamaktadır. Gerçek zamanlı spektral analiz için geliştirilen yöntem, elektrot bağlantı problemleri veya aşırı gürültü durumlarında tespit edilecek hatalı RR aralığı verileri ile ektopik atımların kayıp veri kabul edilerek analiz sonuçlarına etkisini yok etmeyi amaçlamıştır. Literatürde hatalı RR aralıklarının tespitinde en iyi sonucu verdiği rapor edilen, son iki RR aralığı arasındaki farkın oranının %20'den büyük veya küçük olması ve ele alınan RR aralıklarının son 10 RR aralığı ortalamasının %20 altı veya üstünde olması durumlarını birlikte kontrol ederek, RR aralığının hatalı olup olmadığının belirlendiği yöntem kullanılmıştır(Sapoznikov ve ark. 1991).

İzlenmekte olan EKG sinyalinden elde edilip, 4 Hz ile örneklenmiş zaman serisi şeklindeki KHD sinyali y(k), taranarak RR aralıklarından kayıp veri olarak kabul edilecekler işaretlenmek üzere;

Eğer y(k) normal RR aralığı ise 1

m(k) = (3.33 ) Eğer y(k) hatalı RR aralığı ise 0

ile kodlanarak, bir m(k) dizisi elde edilir. Hatalı RR aralıkları haricindeki kısımların ortalaması (y(k)) zaman serisinden çıkarılarak, sıfır etrafında değişimler gösteren bir zaman serisi (γ (k)) elde edilir. Elde ettiğimiz yeni iki dizinin birbiri ile çarpımından oluşan;

ζ (k) = m(k) * γ (k) (3.34 )

dizisi, örnek kovarianslarının hesaplanmasında;

) ) ( ) ( max( / ) ( ) ( ) ( ˆ 1 1

∑

∑

şeklinde kullanımaktadır. Elde edilen otokovaryans kestirimi hatalı olarak işaretlenmiş verilerin hesaba katılmaması sonucunu doğurmaktadır. Bu otokovaryans kestirimi kullanılarak Yule-Walker eşitliği vasıtası ile AR parametreleri tespit edilmekte ve güç spectrumu dağılımı bulunmaktadır. Geliştirilen bu yöntem, URSI- Türkiye'2004(Union Radio Scientifique Internationale) ikinci ulusal kongresinde bildiri olarak sunulmuştur(Yildiz ve ark. 2004).