Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Design and implementation of the Matlab application with graphical interface for the respiratory signals and ECG analysis

Magdalena Wiatr

Abstract

The aim of the work was to develop scripts for the analysis of respiratory signals and ECG in the Matlab software, and the visualization of the results obtained using the application with a graphical interface. Currently, a very small number of programs are available to analyze the registered respiratory signals. Moreover, the program created allows simultaneous analysis of two separate signals – tidal volume and ECG. From the medical perspective, they are interrelated, which can be used in the easier interpretation of sports results and faster detection of pathological phenomena. The work discusses the basic issues of the process of breathing and heart activity. The possible ways of recording respiratory and ECG signals, as well as characteristic and significant parameters, are described. A detailed description of the prepared algorithms and a presentation of the obtained results were presented. The program allows downloading data directly from the PhysioNet database, as well as loading own file. The analysis of the respiratory signal includes the detection of respiratory phases, the classification of episodes, automatic and manual correction of occurring artifacts, the calculation of the breathing depth and the beginning of inspirations to further determine the course of changes in the instantaneous respiratory rate. The ECG signal algorithm is responsible for detecting R waves, detecting an isoelectric line by applying a created low-pass filter or with the use of a moving minimum value algorithm. The result of the ECG signal processing is also the determination of the course of the instantaneous heart rate. Verification of the application was carried out by testing 5 files containing respiratory signal recorded by impedance pneumography and 10 files containing ECG signal - the signals came from both own measurements and from the generally available PhysioNet biological signals base. The application can ultimately be used by physicians who conduct ongoing cooperation with athletes. As the application is primarily designed to analyze both signals, tidal volume and ECG, simultaneously, it can then be utilized to assess the athletes training. There is also a description of the potential application development paths.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Magdalena Wiatr (FM) Magdalena Wiatr,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Opracowanie aplikacji z interfejsem graficznym w systemie MATLAB do analizy sygnału oddechowego i EKG
Supervisor
Marcel Młyńczak (FM/IMBE) Marcel Młyńczak,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Inżynieria Biomedyczna (Biomedical Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
07-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Marcel Młyńczak (FM/IMBE) Marcel Młyńczak,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Szymon Cygan (FM/IMBE) Szymon Cygan,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
analiza oddechu, analiza EKG, Matlab, interfejs graficzny, Physionet
Keywords in English
respiratory analysis, ECG analysis, Matlab, graphical interface, Physionet
Abstract in Polish
Celem pracy było opracowanie skryptów przeznaczonych do analizy sygnałów oddechowych i EKG w programie Matlab, a następnie wizualizacja otrzymanych wyników za pomocą aplikacji z interfejsem graficznym. Obecnie dostępna jest bardzo mała liczba programów umożliwiających analizę zarejestrowanych sygnałów oddechowych. Co więcej, stworzony program umożliwia jednoczesną analizę dwóch odrębnych sygnałów - oddechowego i EKG. Z perspektywy medycznej są one ze sobą powiązane, co można wykorzystać w łatwiejszej interpretacji wyników sportowych oraz szybszym wykrywaniu zjawisk patologicznych. W pracy omówione zostały podstawowe zagadnienia dotyczące procesu oddychania oraz aktywności serca. Opisano możliwe sposoby rejestracji sygnałów oddechowych i EKG oraz charakterystyczne i znaczące parametry. Przedstawiony został szczegółowy opis przygotowanych algorytmów oraz prezentacja otrzymanych wyników. Program umożliwia pobranie danych bezpośrednio z bazy PhysioNet, a także wczytanie własnego pliku. W analizie sygnału oddechowego uwzględniona jest detekcja faz oddechowych, klasyfikacja epizodów, automatyczna i ręczna korekta występujących artefaktów, obliczenie głębokości oddechu oraz określenie początków wdechów w celu dalszego wyznaczenia przebiegu zmian chwilowej częstości oddechu. Algorytm dotyczący sygnału EKG odpowiada za detekcję załamków R, wykrywanie linii izoelektrycznej za pomocą zastosowania filtracji dolnoprzepustowej z użyciem zbudowanego filtru lub algorytmu kroczącej wartości minimalnej. Wynikiem przetwarzania sygnału EKG jest również wyznaczenie przebiegu chwilowej częstości skurczów serca. Weryfikacji poprawności działania aplikacji przeprowadzono, testując 5 plików zawierających zarejestrowany za pomocą pneumografii impedancyjnej sygnał oddechowy oraz 10 plików zawierających sygnał EKG – sygnały pochodziły zarówno z pomiarów własnych, jak i z ogólnodostępnej bazy sygnałów biologicznych PhysioNet. Aplikacja docelowo może być wykorzystywana przez lekarzy prowadzących bieżącą współpracę ze sportowcami. Dzięki zastosowaniu aplikacji wraz ze specjalnie stworzonym urządzeniem do pomiaru oddechu i EKG, możliwa będzie automatyczna analiza realizacji założeń treningowych sportowców. W pracy zostały opisane także potencjalne ścieżki rozwoju aplikacji.
File
  • File: 1
    276818_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31657

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTa40f44256caf4b13aa48c76a80c854bd/
URN
urn:pw-repo:WUTa40f44256caf4b13aa48c76a80c854bd

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page