Transcript 2.豊富なライブラリを備えている

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】