Καταγραφή, Επεξεργασία, Απεικόνιση και Αποστολή ΗΚΓ µε Χρήση Κινητού Τηλεφώνου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΖΩΗΣ Καταγραφή, Επεξεργασία, Απεικόνιση και Αποστολή ΗΚΓ µε Χρήση Κινητού Τηλεφώνου ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεώργιος Γιαννακάκης Επιβλέπων Καθηγητής ηµήτρης Κουτσούρης Καθηγητής ΕΜΠ Πάτρα, Μάιος 2009 1

2

Ευχαριστίες Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε το χρονικό διάστηµα από το Σεπτέµβριο του 2008 έως τον Μάιο του 2009 στα πλαίσια ολοκλήρωσης του Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΖΩΗΣ. Αναµφισβήτητα, δεν θα µπορούσε να ολοκληρωθεί χωρίς την πολύτιµη βοήθεια κάποιων ανθρώπων. Θα επιθυµούσα λοιπόν να ευχαριστήσω τον κ. ηµήτριο Κουτσούρη ως επιβλέποντα καθηγητή της εργασίας µου. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον κ. Ivan Buliev, καθηγητή µου στο µάθηµα Σήµατα και Συστήµατα, για τις πολύτιµες συµβουλές του και τη διαθεσιµότητά του, καθώς και για την εµπιστοσύνη που µου έδειξε. Τέλος, ένα µεγάλο ευχαριστώ στον Σταύρο Τσολάκο, συµφοιτητή µου στο ΠΕΖ και προσωπικό µου φίλο, για την υποµονή του να µου λύνει απορίες στον προγραµµατισµό. Αθήνα, 27 Μαΐου 2009 Γεώργιος Γιαννακάκης 3

4

Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α Σελ. Ευχαριστίες... 3 Περίληψη... 8 Abstract... 9 Εισαγωγή... 10 1. Τηλεϊατρική... 12 2. Ηλεκτροκαρδιογράφηµα... 15 Ορισµός του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 15 Ιστορία του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 15 Φυσιολογικά υναµικά του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 17 Χαρακτηριστικά του Φυσιολογικού Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 18 Απεικόνιση του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 19 3. Αναλογικά και Ψηφιακά Σήµατα... 20 Αναλογικά και ιακριτά Σήµατα... 20 Βιολογικά Σήµατα... 20 Καταγραφή Βιολογικών Σηµάτων... 21 Θόρυβος Βιοσηµάτων... 22 Φίλτρα... 23 ιαµόρφωση Σήµατος... 24 ιαµόρφωση Εύρους... 25 Το Ηλεκτροκαρδιογράφηµα ως Σήµα και η ιαδικασία Καταγραφής του... 25 Χαρακτηριστικά ΗΚΓ... 25 Χαρακτηριστικά Ήχου... 26 Το Αρχείο Ήχου WAV... 26 Σκοπός... 27 Μέθοδοι και Υλικά... 28 Α. Βάσεις εδοµένων Ηλεκτροκαρδιογραφικών Σηµάτων - Physiobank... 28 5

Σελ. Τα αρχεία της Physiobank... 28 Β. Περιβάλλον Αριθµητικών Υπολογισµών - Προσοµοίωση Σηµάτων... 29 Γ. Γλώσσα Προγραµµατισµού για Κινητό Τηλέφωνο... 30. Περιβάλλον Ανάπτυξης Γλώσσας Προγραµµατισµού... 30 Ε. Συσκευή Κινητού Τηλεφώνου... 30 οµή του Λογισµικού... 32 Αρχικοποίηση και Εγκατάσταση της Εφαρµογής... 32 Έναρξη της Εφαρµογής... 32 Καταγραφή Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 35 Ανάκτηση Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 36 Απεικόνιση Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 36 Επεξεργασία Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος... 39 Αποτελέσµατα... 40 Επιλογή και Επεξεργασία Αρχείου... 40 ιαµόρφωση Σήµατος µε τη Βοήθεια του Matlab... 42 Αποστολή... 45 Απεικόνιση... 45 Καταγραφή... 47 Επεξεργασία... 47 Συζήτηση - Συµπεράσµατα... 49 Παράρτηµα... 53 Βιβλιογραφία 76 Ηλεκτρονική Βιβλιογραφία.. 77 6

Εικόνες Σελ. Εικόνα 2.1 Το πρώτο γαλβανόµετρο του Willem Einthoven... 16 Εικόνα 2.2 Ο Σχηµατισµός του Ηλεκτροκαρδιογραφικού Σήµατος... 18 Εικόνα 2.3 Το Φυσιολογικό Ηλεκτροκαρδιογράφηµα... 19 Εικόνα 3.1 Η Καταγραφή ενός Βιολογικού Σήµατος... 21 Εικόνα 3.2 Η Ενίσχυση ενός Βιοσήµατος... 22 Εικόνα 3.3 Αφαίρεση Θορύβου µε την Εφαρµογή ενός Ψηφιακού Φίλτρου... 23 Εικόνα 3.4 Βασικότεροι Τύποι Χαµηλοπερατών Φίλτρων... 24 Εικόνα 4.1 Φόρµα Καταχώρησης Ασθενούς... 33 Εικόνα 4.2 Φόρµα Αναζήτησης Ασθενούς... 33 Εικόνα 4.3 Στοιχεία Ασθενή και Περαιτέρω Ενέργειες... 34 Εικόνα 4.4 Ο Προσωπικός Φάκελος του Ασθενούς... 35 Εικόνα 4.5 Το Ηλεκτροκαρδιογραφικό Χαρτί... 36 Εικόνα 4.6 Απεικόνιση ΗΚΓ... 38 Εικόνα 5.1 Η Έξοδος της Εντολής $wfdbdesc για το Αρχείο 100.hea... 40 Εικόνα 5.2 Η Μετατροπή της Καταγραφής σε Φυσικές Τιµές... 41 Εικόνα 5.3 Οι Συντεταγµένες Butterworth Φίλτρου 4ης Τάξης... 43 Εικόνα 5.4 ιαµόρφωση και Αποδιαµόρφωση Σήµατος µε το Matlab... 44 Εικόνα 5.5 Η Απεικόνιση της Καταγραφής 100 στον Η/Υ... 45 Εικόνα 5.6 Η Απεικόνιση του 1ου sec της Καταγραφής 100 στον Η/Υ... 46 Εικόνα 5.7 Η Απεικόνιση του 1ου sec της Καταγραφής 100 στο Κινητό Τηλέφωνο 47 Εικόνα 6.1 Απεικόνιση ΗΚΓ µε το Λογισµικό Επεξεργασίας Ήχου Audacity... 51 7

Περίληψη Η Τηλεϊατρική τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται ραγδαία. Η άσκηση και η παροχή ιατρικών υπηρεσιών από απόσταση µε τη χρήση της πληροφορικής και των τηλεπικοινωνιακών τεχνολογιών µπορεί να αποβεί σωτήρια για την ανθρώπινη ζωή, κυρίως σε περιπτώσεις αποµονωµένων περιοχών (π.χ. νησιά, ορεινά χωριά), όπου η πρόσβαση σε ιατρικές υπηρεσίες είναι χρονοβόρα ή ακόµη και ανέφικτη. Ισχυρές γλώσσες προγραµµατισµού, όπως η JavaME, οι οποίες υποστηρίζονται από τα σύγχρονα κινητά τηλέφωνα, δίδουν τη δυνατότητα σχεδιασµού και ανάπτυξης χρήσιµων εφαρµογών Τηλεϊατρικής. Στην παρούσα εργασία θα παρουσιαστεί η τεχνογνωσία που απαιτείται προκειµένου να µετατραπεί το κινητό τηλέφωνο σε µια συσκευή καταγραφής, επεξεργασίας, απεικόνισης και αποστολής του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος. Tο ηλεκτροκαρδιογραφικό σήµα µετατρέπεται σε ηχητικό, µέσω της διαµόρφωσης εύρους, προκειµένου να αναγνωρισθεί από το κινητό τηλέφωνο και έπειτα µετατρέπεται πάλι σε ηλεκτροκαρδιογραφικό, µέσω της αποδιαµόρφωσης, προκειµένου να απεικονισθεί και να επεξεργαστεί περαιτέρω από το κινητό τηλέφωνο. Τέλος, θα παρουσιαστεί το αντίστοιχο λογισµικό που κατασκευάστηκε ώστε να επιτελεσθούν οι παραπάνω λειτουργίες. Λέξεις-Κλειδιά Τηλεϊατρική, Ηλεκτροκαρδιογραφικό Σήµα (ΗΚΓ), Κινητό Τηλέφωνο, JavaME. 8

Abstract Telemedicine is being rapidly developed. Practice and provision of medical services from distance via the use of information and telecommunication technology can prove lifesaving, especially in cases of isolated places (i.e. islands, mountainous villages), where access to medical services is time-consuming or infeasible. Powerful programming languages, such as JavaME, which are supported by the modern mobile phones, gives the possibility for designing and developing of useful telemedicine applications. In this thesis, it will be presented the know-how that is required in order to transform the mobile phone into a device able to capture, process, display and transmit the electrocardiographic signal. The electrocardiographic signal is transformed into a sound signal, through modulation, with a view to be recognizable by the mobile phone and then it is transformed again into an electrocardiographic signal, through demodulation, with a view to be further processed by the mobile phone. Also, it will be presented the software that has built so as to carry out these functions. Keywords Telemedicine, Electrocardiographic Signal (ECG), Mobile Phone, JavaME. 9

Εισαγωγή Η Τηλεϊατρική αποτελεί ένα χρήσιµο εργαλείο τόσο για την πρόληψη όσο και για τη διάγνωση ασθενειών, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για εν δυνάµει θανατηφόρες παθήσεις, όπως οι καρδιακές παθήσεις. Οι εφαρµογές της Τηλεϊατρικής µπορεί να αποβούν σωτήριες για την ανθρώπινη ζωή, κυρίως όσον αφορά περιπτώσεις αποµονωµένων γεωγραφικά περιοχών, όπως είναι τα νησιά ή τα ορεινά χωριά, ή περιπτώσεις περιστατικών εν πλώ, όπου η πρόσβαση σε ιατρικές υπηρεσίες είναι χρονοβόρα ή ακόµη και ανέφικτη. Η άσκηση και η παροχή ιατρικών υπηρεσιών από απόσταση λαµβάνει χώρα µε τη βοήθεια της πληροφορικής και των τηλεπικοινωνιακών τεχνολογιών. Μια από τις πιο δηµοφιλείς συσκευές τηλεπικοινωνίας αποτελεί το κινητό τηλέφωνο, το οποίο πέραν του ότι είναι µια συσκευή καθηµερινής χρήσης, έχει σχετικά χαµηλό κόστος. Το κινητό τηλέφωνο υποστηρίζει ένα ευρύ φάσµα εφαρµογών, συµπεριλαµβανοµένων εφαρµογών ήχου, εικόνας και κειµένου. Τα µηνύµατα ήχου, εικόνας ή κειµένου µπορούν να αποθηκευθούν, να επεξεργαστούν, να µεταφερθούν και, το σηµαντικότερο όλων, να µεταδοθούν από τη µια συσκευή σε άλλη µέσω Bluetooth, υπερύθρων, θυρών USB, WLAN (IEEE 802.11), MMS, GPRS και διαδικτύου. Ένα βιοσήµα µπορεί να καταγραφεί και να αποθηκευθεί σε µορφή αρχείου πολυµέσων. Η δυνατότητα αυτή που µας παρέχεται αποκτά ιδιαίτερη σηµασία, δεδοµένης της ευελιξίας αποθήκευσης και µετάδοσης των αρχείων αυτών από πλήθος συσκευών. Εντούτοις, πολλές έρευνες πάνω στην επεξεργασία του βιοσήµατος µε τη βοήθεια κινητού τηλεφώνου έχουν εστιαστεί στη διατηλεφωνική µετάδοση του σήµατος µέσω των δικτύων GSM (Samaras et al, 2008), στην ασύρµατη καταγραφή του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος (Chung et al, 2007), στην επεξεργασία του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος (Roncagliolo et al, 2007) και στην απεικόνιση ενός ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος στην οθόνη ενός κινητού (Zhang et al, 2007). Στην παρούσα εργασία θα παρουσιαστεί αρχικά η τεχνογνωσία που απαιτείται προκειµένου να µετατραπεί το κινητό τηλέφωνο σε µια συσκευή καταγραφής, επεξεργασίας, απεικόνισης και αποστολής βιοσηµάτων και συγκεκριµένα ενός ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος. Εν συνεχεία, θα παρουσιαστεί αναλυτικά το λογισµικό που κατασκευάστηκε, µε τη βοήθεια της JavaME, ώστε να επιτελεσθούν οι παραπάνω λειτουργίες. Η συσκευή που επιλέχθηκε για τη δοκιµή και την παρουσίαση του λογισµικού είναι το Nokia Ε51. Το ηλεκτροκαρδιογραφικό σήµα λαµβάνεται πακεταρισµένο ως ηχητικό και µπορεί να υποβληθεί σε οποιαδήποτε διεργασία µέσω του κινητού τηλεφώνου του ιατρού ή του νοσηλευτικού προσωπικού, µε τη βασική προϋπόθεση να διαθέτει το λογισµικό που σχεδιάστηκε. 10

Η βασική ιδέα της προσέγγισης αυτής αφορά στη µετατροπή του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος σε ηχητικό µέσω της διαδικασίας της διαµόρφωσης εύρους, έτσι ώστε να µπορεί να εισαχθεί και να αναγνωρισθεί από ένα κινητό τηλέφωνο. Έπειτα, µας δίδεται η δυνατότητα µετατροπής του ηχητικού σήµατος σε ηλεκροκαρδιογραφικό, µέσω της διαδικασίας της αποδιαµόρφωσης, και απεικόνισής του στην οθόνη του κινητού τηλεφώνου. Αυτή η µέθοδος µετατροπής ενός βιοσήµατος σε ηχητικό δεν είναι καινούρια (Vyshedskiy et al, 2004), πλην όµως δεν έχει διερευνηθεί σε τέτοιο επίπεδο. Η προτεινόµενη προσέγγιση χρήζει περαιτέρω διερεύνησης και έρευνας, καθώς διανοίγει νέους ορίζοντες προβληµατισµού και προσφέρει νέες δυνατότητες εξέλιξης της Τηλεϊατρικής, προσφέροντας οικονοµικά και πρακτικά οφέλη τόσο για το ιατρικό προσωπικό όσο και για τον πολίτη. 11

1. Τηλεϊατρική Μια έκφανση της σχέσης της επιστήµης της Ιατρικής µε την Πληροφορική αποτελεί η Τηλεϊατρική. Η Παγκόσµια Οργάνωση Υγείας ορίζει την Τηλεϊατρική ως «...την παροχή ιατρικής περίθαλψης - σε περιπτώσεις όπου η απόσταση είναι κρίσιµος παράγοντας - από όλους τους επαγγελµατίες του χώρου της Υγείας, χρησιµοποιώντας τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνιών για την ανταλλαγή έγκυρης πληροφορίας για τη διάγνωση, αγωγή και πρόληψη ασθενειών, την έρευνα και εκτίµηση, όπως και τη συνεχή εκπαίδευση των επαγγελµατιών Υγείας όλα αυτά στα πλαίσια της αναβάθµισης της Υγείας των ατόµων και των κοινοτήτων τους...» (World Health Association, 1997). Η Τηλεϊατρική αφορά την άσκηση και την παροχή ιατρικών υπηρεσιών από απόσταση, µε τη χρήση της πληροφορικής και των τεχνολογιών. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται ηλεκτρονικά µηνύµατα για τη µεταφορά ιατρικών δεδοµένων (π.χ. ακτινογραφιών, εικόνων υψηλής ευκρίνειας, ιατρικών φακέλων, τηλεδιασκέψεων) από ένα µέρος σε ένα άλλο µέσω του διαδικτύου (Internet) ή µέσω υπολογιστών, Intranet, δορυφόρων, συσκευών τηλεδιάσκεψης και τηλεφώνων (Colera, 1997). Γίνεται προσπάθεια από τους χρήστες της τελεϊατρικής ώστε µε το χαµηλότερο δυνατό κόστος σε χρήµα και σε χρόνο να παρεχθεί υψηλού επιπέδου εξειδικευµένη φροντίδα, ακόµη και στις πιο αποµακρυσµένες γεωγραφικά περιοχές. Με τη βοήθεια της Τηλεϊατρικής είναι δυνατή η εικονική συνάντηση ιατρών και ασθενών σε πραγµατικό χρόνο, η διάγνωση, η χορήγηση ιατρικών συνταγών και οδηγιών, καθώς και η αντιµετώπιση των περιστατικών χωρίς την ταυτόχρονη φυσική παρουσία ιατρού και ασθενή. Μια τηλεϊατρική µονάδα αποτελείται από τουλάχιστον έναν υπολογιστή, ένα µόντεµ, µια οθόνη, µια δικτυακή κάµερα κι ένα ειδικό λογισµικό που υποστηρίζει την αποστολή και λήψη ιατρικών δεδοµένων (κειµένου, ήχου και εικόνας) µέσω της τηλεπικοινωνίας. Η ύπαρξη της Τηλεϊατρικής αναδεικνύεται ιδιαίτερα σηµαντική σε χώρες όπου δεν υπάρχει ένα πλήρες αποκεντρωµένο σύστηµα υγείας µε αποτέλεσµα οι πολίτες της περιφέρειας να στερούνται τις ιατρικές υπηρεσίες λόγω της έλλειψης νοσοκοµειακής υποδοµής (Bauer & Ringel, 1999). Μάλιστα, σε χώρες όπως η Ελλάδα µε ιδιαίτερη γεωγραφική µορφολογία (ορεινά χωριά, πολυάριθµα και αποµονωµένα νησιά) και άνιση κατανοµή πληθυσµού στα µεγάλα αστικά κέντρα και στην περιφέρεια, η εφαρµογή και η ανάπτυξη της Τηλεϊατρικής κρίνεται αναγκαία. Επιπλέον, ιδιαίτερα χρήσιµη αποδεικνύεται η Τηλεϊατρική σε περιπτώσεις κατ οίκον νοσηλείας, ναυσιπλοΐας, µονάδων τουρισµού υγείας και κάλυψης σπάνιων ειδικοτήτων. 12

Οι κύριοι στόχοι της επιστήµης της Τηλεϊατρικής είναι (World Health Association, 1997): Η µεταφορά της πληροφορίας και όχι του ασθενή Ευκολία και ισότητα στην πρόσβαση στις υπηρεσίες ιατρικής περίθαλψης Εξασφάλιση ποιοτικών ιατρικών υπηρεσιών, µε καλύτερη πληροφόρηση των ασθενών και ιατρική γνωµάτευση διαθέσιµη σε όλους Ταχύτερες και ασφαλέστερες αποφάσεις για διάγνωση και θεραπεία, µέσω της µεταφοράς ιατρικών δεδοµένων και εύκολης πρόσβασης στον ιατρικό φάκελο. Τα ιατρικά δεδοµένα που µπορούν να αποστέλλονται είναι βιοσήµατα, εργαστηριακές αναλύσεις (αιµατολογικές, κυτταρολογικές, µικροβιολογικές κλπ), δισδιάστατες ή τρισδιάστατες εικόνες (ακτινογραφίες, αξονικές και µαγνητικές τοµογραφίες, υπερηχογραφήµατα κλπ) και δεδοµένα του ιατρικού φακέλου (προσωπικά στοιχεία, ιστορικό ασθενειών, παλαιότερες εξετάσεις κλπ) (Grigsby et al, 1995). Όσον αφορά τα βιοσήµατα, είναι δυνατή η µετάδοση οποιουδήποτε in vivo σήµατος (ηλεκτρικού και µη), καθώς αυτά λαµβάνουν τη µορφή πολυκάναλων µονοδιάστατων καταγραφών µε απαιτήσεις δειγµατοληψίας στις οποίες αρκετά εύκολα µπορεί να ανταποκριθεί η υπάρχουσα τηλεπικοινωνιακή υποδοµή. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα τέτοιων σηµάτων αποτελούν τα σήµατα τα οποία παρακολουθούν τις ζωτικές λειτουργίες του ανθρώπινου οργανισµού, όπως Ηλεκτροκαρδιογράφηµα, µετρήσεις Θερµοκρασίας, Αρτηριακής Πίεσης, Ρυθµού Αναπνοής κ.ά. Η αλµατώδης εξέλιξη της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών υπολογιστών και συνακόλουθα των ψηφιακών τηλεπικοινωνιών, από τη δεκαετία του 1980 και µετά, έδωσε νέα ώθηση στην επιστήµη της τηλεϊατρικής και εµφανίστηκε ο κλάδος της Ιατρικής Πληροφορικής. Η Ιατρική Πληροφορική αφορά στο σύνολο των πληροφοριακών τεχνολογιών (συστήµατα ηλεκτρονικών υπολογιστών, βάσεις δεδοµένων, λογισµικό, εφαρµογές πολυµέσων κλπ) που χρησιµοποιούνται στην παροχή υπηρεσιών υγείας και στην ιατρική εκπαίδευση. Η Ιατρική Πληροφορική ορίζεται σαν ο βιοϊατρικός κλάδος που µελετά εφαρµογές της πληροφορικής και συναφών επιστηµών µε την ιατρική µε σκοπό (α) τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών της ιατρικής ανακάλυψης, (β) τη µετάδοση και τη διδασκαλία της ιατρικής γνώσης, (γ) την καταγραφή, την αποθήκευση, την ανάκληση και τη µετάδοση των ιατρικών δεδοµένων, καθώς και (δ) τη λήψη ιατρικών αποφάσεων, την άσκηση ιατρικών παρεµβάσεων και την οργάνωση των υπηρεσιών υγείας (Bemmel & Mussen, 1997). 13

Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα της Ιατρικής Πληροφορικής και της Τηλεϊατρικής ευρύτερα είναι (Bauer & Ringel, 1999): Η εξοικονόµηση χρήµατος σε έξοδα µετακίνησης, εξέτασης και διαχείρισης του συστήµατος περίθαλψης Η µείωση της γεωγραφικής και της φυσικής αποµόνωσης ασθενών Η ταχύτητα στην επικοινωνία µεταξύ ασθενών, ιατρών και νοσοκοµείων Η ταχύτητα, η αµεσότητα και η ισότητα στην πρόσβαση σε πληροφορίες και νέες τεχνολογίες Η αναβάθµιση των παρεχόµενων υπηρεσιών υγείας Ο εκσυγχρονισµός του περιβάλλοντος εργασίας. εδοµένης της ανεκτίµητης αξίας της ανθρώπινης ζωής και των αναµφισβήτητων πλεονεκτηµάτων που εξασφαλίζει η ενσωµάτωση της πληροφοριακής τεχνολογίας στην ιατρική πρακτική, διαπιστώνεται η αναγκαιότητα εφαρµογής της Τηλεϊατρικής για την ποιοτικότερη και πληρέστερη παροχή ιατρικών υπηρεσιών. Στα πλαίσια αυτά, η παρούσα εργασία θα επικεντρωθεί στην ανάπτυξη ενός βοηθήµατος, µε χαµηλό κόστος, που αποσκοπεί στην καταγραφή και στην απεικόνιση ενός ηλεκτροκαρδιογραφήµατος, όταν δεν υπάρχουν τα κλασσικά µέσα (καρδιογράφος), καθώς και στην αποστολή του σε κάποιον ειδικό, όταν αυτός δεν είναι παρών στον τόπο του συµβάντος. 14

2. Ηλεκτροκαρδιογράφηµα Ορισµός του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Το ηλεκτροκαρδιογράφηµα (ΗΚΓ) είναι η αναπαράσταση της ηλεκτρικής δραστηριότητας που παράγεται στην καρδιά (Chung, 2001). Το ΗΚΓ είναι η πιο συνηθισµένη εργαστηριακή διαδικασία για τη διάγνωση διαφόρων καρδιακών παθήσεων, ιδιαίτερα του εµφράγµατος του µυοκαρδίου. Επίσης είναι χρήσιµο για τη διάγνωση διαφόρων µη καρδιακών διαταραχών, όπως είναι τα νοσήµατα του θυρεοειδή, τα νοσήµατα των νεφρών, τα νοσήµατα του πνεύµονα και διάφορες ηλεκτρολυτικές διαταραχές (υποκαλιαιµία, υπερκαλιαιµία, υποασβεστιαιµία, υπερασβεστιαιµία). Με το ΗΚΓ µπορούν να ανιχνευθούν ανωµαλίες που παρατηρούνται από τη λήψη καρδιολογικών και µη καρδιολογικών φαρµάκων, καθώς και να αναγνωρισθούν διαφόρων τύπων καρδιακές αρρυθµίες. Τέλος, η ηλεκτροκαρδιογραφική ανάλυση είναι το βασικό εργαλείο µέσω του οποίου ελέγχεται η λειτουργία ή η δυσλειτουργία ενός τεχνητού βηµατοδότη (Kasper et al, 2005). Υπάρχουν αρκετοί τροποποιηµένοι τύποι ηλεκτροκαρδιογραφήµατος, το Holter ΗΚΓ και το ΗΚΓ κατά τη διάρκεια δοκιµασίας κόπωσης είναι τα δυο πιο συνηθισµένα παραδείγµατα. Η συνεχής ηλεκτροκαρδιογραφική παρακολούθηση αποτελεί ένα παράδειγµα τροποποίησης του κλασσικού ΗΚΓ, το οποίο χρησιµοποιείται ευρέως στις καρδιολογικές µονάδες, στις χειρουργικές αίθουσες, στις αίθουσες ανάνηψης και στις αιµοδυναµικές και ηλεκτροφυσιολογικές µονάδες. Ιστορία του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Η παρουσία ενός ρεύµατος δράσης σχετιζόµενου µε την καρδιακή λειτουργία καταδείχθηκε για πρώτη φορά από τους Kolliker και Muller το 1856. Χρησιµοποιώντας ένα νευροµυικό παρασκεύασµα βατράχου που συσπόταν από µια πάλλουσα καρδιά, οι δύο ερευνητές έδειξαν ότι η κάθε σύσπαση του µυός του βατράχου αντιστοιχούσε σε κάθε κοιλιακή συστολή. Αργότερα, το 1887, µια µετρήσιµη ποσότητα ρεύµατος στο ανθρώπινο σώµα, που αντιστοιχούσε στη καρδιακή συστολή αποδείχθηκε από τους Walter και Ludwig µε τη χρήση ενός τριχοειδικού ηλεκτρικού µετρητή. Το ρεύµα όµως από την ανθρώπινη καρδιά καταγράφηκε µε ακριβή και ποσοτικό τρόπο για πρώτη φορά το 1901 µε την εισαγωγή ενός νέου οργάνου, του γαλβανόµετρου από τον Willem Einthoven (Chung, 2001). 15

Εικόνα 2.1 Το πρώτο γαλβανόµετρο του Willem Einthoven Το γαλβανόµετρο αρχικά χρησιµοποιούταν για την καταγραφή της καρδιακής λειτουργίας σε πειραµατικές µελέτες, αλλά αργότερα αυτό το όργανο χρησιµοποιήθηκε σταδιακά για την κλινική αξιολόγηση ρουτίνας των καρδιακών νοσηµάτων. Οι αρχές του γαλβανόµετρου του Einthoven στηρίχθηκαν στο γεγονός ότι ένας µαγνήτης και ένας αγωγός αλληλεπιδρούν. Αυτό το όργανο το αποτελούσε ένας ισχυρός ηλεκτροµαγνήτης µε έναν επικαλυµµένο µε µέταλλο κρύσταλλο Quartz στους πόλους του. Με τη σύνδεση του υποκείµενου µε το γαλβανόµετρο τα ηλεκτρικά δυναµικά που παράγονταν από την καρδιά καταγράφονταν σαν παραµόρφωση στο σύστηµα του Quartz. Η σκιά του σύρµατος φωτογραφιζόταν σε ένα κινούµενο φιλµ από ένα σύστηµα φακών και µια πηγή φωτισµού. Σχεδιάστηκαν και άλλοι τύποι εξοπλισµού του γαλβανόµετρου ένας από τους οποίους ήταν και ο ταλαντογράφος, που αποτελούταν από έναν µαγνήτη στον οποίο είχε προσαρµοσθεί ένας καθρέπτης. Ο µαγνήτης περιβαλλόταν από συρµάτινες σπείρες που κρέµονταν από µια λεπτή κλωστή. Η ακτίνα του φωτός που αντανακλόταν από τον καθρέπτη καταδείκνυε την κίνηση. Αργότερα, η άµεση εµφάνιση των ηλεκτρικών κυµάτων της καρδιάς σε µια σταθερή καταγραφή έγινε δυνατή µε την εξέλιξη του ταλαντογράφου καθοδικών ακτινών. Άµεσες και απευθείας καταγραφές του ΗΚΓ έγιναν δυνατές µε τη χρήση σωλήνων κενού κι ενός θερµαινόµενου στυλεού που έλιωνε το κερί ενός ειδικά σχεδιασµένου ΗΚΓ χαρτιού. Στις µέρες µας υπάρχουν πολύ νεότερες µέθοδοι λήψης ενός ΗΚΓ 12 απαγωγών και διάφορα ηλεκτρονικά συστήµατα καταγραφής του ΗΚΓ που είναι διαθέσιµα στα περισσότερα πανεπιστηµιακά νοσοκοµεία (Kasper et al, 2005). 16

Κατά τη διάρκεια του πρώτου τετάρτου του 20ου αιώνα, σηµαντική πρόοδος σηµειώθηκε στον τοµέα της ηλεκτροκαρδιογραφίας από τον Sir Thomas Lewis. Το µονοπολικό ΗΚΓ εισήχθη για πρώτη φορά από τον Frank N. Wilson το 1933. Στις µέρες µας το συµβατικό ΗΚΓ αποτελείται από 12 απαγωγές, 3 διπολικές απαγωγές των άκρων, 3 µονοπολικές απαγωγές των άκρων και 6 µονοπολικές προκάρδιες απαγωγές. Φυσιολογικά υναµικά του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Τα δυναµικά των επαρµάτων του φυσιολογικού ΗΚΓ εξαρτώνται από τον τρόπο τοποθέτησης των ηλεκτροδίων στην επιφάνεια του σώµατος. Όταν το ένα τοποθετείται στο δέρµα της περιοχής της καρδιάς και το δεύτερο σε άλλο σηµείο του σώµατος, το δυναµικό του QRS µπορεί να είναι ακόµα και 3-4 mv (Bronzino, 2000). Ωστόσο, ακόµη και αυτό το δυναµικό είναι πολύ µικρό σε σύγκριση µε το µονοφασικό δυναµικό των 110 mv που καταγράφεται κατευθείαν από τη µυοκαρδική µεµβράνη. Όταν καταγράφονται ΗΚΓ από ηλεκτρόδια τοποθετηµένα στα δυο άνω άκρα ή σε ένα άνω και σε ένα κάτω άκρο, συνήθως το δυναµικό του συµπλέγµατος QRS από την κορυφή του επάρµατος R µέχρι το χαµηλότερο σηµείο του επάρµατος S είναι περίπου 1 mv, το P µεταξύ 0.1 και 0.3 mv και του Τ µεταξύ 0.2 και 0.3 mv (Malminuo & Plonsey, 1995). Τέτοια ρεύµατα µπορούν να καταγραφούν µε µικροηλεκτρόδια, τα οποία τοποθετούνται µέσα στο καρδιακό µυϊκό κύτταρο. Ωστόσο, το ΗΚΓ είναι µια καταγραφή ηλεκτρικού δυναµικού, το οποίο παράγεται από την ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς, στην επιφάνεια του θώρακα (Bronzino, 2000). Εποµένως, το ΗΚΓ αντιπροσωπεύει την εξωκυττάρια ηλεκτρική συµπεριφορά του µυοκαρδιακού ιστού. 17

Εικόνα 2.2 Ο Σχηµατισµός του Ηλεκτροκαρδιογραφικού Σήµατος Υπάρχουν δυο βασικές ιδιότητες του καρδιακού ιστού τις οποίες θα πρέπει να λάβουµε υπόψη µας για να µπορέσουµε να αναλύσουµε τη διανοµή του δυναµικού και του ρεύµατος σε σχέση µε τα διαδιδόµενα κύµατα (Malminuo & Plonsey, 1995). Πρώτον, τα κύτταρα συνδέονται µεταξύ τους µε χαµηλής αντίστασης αγωγούς (gap junctions), αποτέλεσµα του οποίων είναι ρεύµατα που πηγάζουν από τον ενδοκυττάριο χώρο ενός κυττάρου και περνούν ελεύθερα στο επόµενο κύτταρο. εύτερον, ο χώρος µεταξύ των κυττάρων είναι πολύ περιορισµένος, αποτέλεσµα του οποίου είναι ότι αµφότερα τα ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια ρεύµατα υποχρεούνται να ακολουθήσουν παράλληλη κατεύθυνση µε τα διαδιδόµενα κύµατα/ έπαρµατα εκπόλωσης και επαναπόλωσης. Χαρακτηριστικά του Φυσιολογικού Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Το φυσιολογικό ηλεκτροκαρδιογράφηµα (ΗΚΓ) αποτελείται από ένα έπαρµα P, ένα σύµπλεγµα QRS κι ένα έπαρµα T. Το σύµπλεγµα QRS είναι στην πραγµατικότητα τρία διαφορετικά επάρµατα, τα Q, R, S. 18

Εικόνα 2.3 Το Φυσιολογικό Ηλεκτροκαρδιογράφηµα Το έπαρµα P προκαλείται από ηλεκτρικά ρεύµατα που παράγονται καθώς οι κόλποι εκπολώνονται πριν από τη συστολή τους, ενώ το QRS προκαλείται από ρεύµατα που παράγονται όταν εκπολώνονται οι κοιλίες πριν από τη δική τους συστολή (Zipes et al, 2005). Κατά συνέπεια, τόσο το έπαρµα P όσο και οι συνιστώσες του συµπλέγµατος QRS είναι επάρµατα εκπόλωσης. Το έπαρµα T προκαλείται από ρεύµατα που παράγονται καθώς οι κοιλίες αναλαµβάνουν από την κατάσταση εκπόλωσης και είναι γνωστό ως έπαρµα επαναπόλωσης, της οποίας η διαδικασία συµβαίνει στις κοιλίες 0.25 έως 0.35 sec µετά την εκπόλωση (Zipes et al, 2005). Απεικόνιση του Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Για να αποτυπωθεί το ΗΚΓ σε χαρτί οι καρδιογράφοι χρησιµοποιούν ένα ειδικό τυποποιηµένο χαρτί τύπου milimetre, το οποίο είναι χωρισµένο σε διαστήµατα του 1mm στον κάθετο και οριζόντιο άξονα (Chung, 2001). εδοµένου ότι το χαρτί αυτό τρέχει στον καρδιογράφο µε συγκεκριµένη ταχύτητα, 25mm/sec, υπολογίζουµε τον χρόνο που αποτυπώνεται στον οριζόντιο άξονα, ο οποίος αντιστοιχεί σε 0,04 sec για κάθε κουτάκι του 1mm. 19

3. Αναλογικά και Ψηφιακά Σήµατα Ως σήµα καλούµε οποιαδήποτε συνάρτηση µιας ή περισσότερων ελεύθερων µεταβλητών, οποιαδήποτε δηλαδή φυσική ποσότητα η οποία µεταβάλλεται ως προς το χρόνο, το χώρο ή κάθε σύνολο ελεύθερων µεταβλητών. Ως σύστηµα ορίζεται οποιαδήποτε οντότητα µπορεί να ενεργήσει πάνω σε ένα σήµα για κάποιο σκοπό. Η οντότητα αυτή µπορεί να είναι είτε µια φυσική συσκευή είτε µια ακολουθία µαθηµατικών πράξεων που συνθέτουν έναν αλγόριθµο. Ως επεξεργασία σήµατος καλείται οποιαδήποτε λειτουργία εφαρµόζεται σε ένα σήµα µε σκοπό την απόκτηση κάποιου είδους πληροφορίας. Αναλογικά και ιακριτά Σήµατα Ένα σήµα [x(t)], το οποίο ορίζεται για κάθε τιµή του t στο διάστηµα (a,b) καλείται αναλογικό σήµα ή σήµα συνεχούς χρόνου. Η τιµή του [x(t)] τη χρονική στιγµή t = t 0 είναι η [x(t)]t = t 0 και αυτό είναι ίσο µε x (t 0 ). Όταν ένα σήµα ορίζεται για κάποιες συγκεκριµένες στιγµές του χρόνου, τότε καλείται διακριτό σήµα ή σήµα διακριτού χρόνου. ιακριτά σήµατα συµβολίζονται από ακολουθίες {x[n]. Η τιµή της ακολουθίας {x[n] τη χρονική στιγµή n 0 είναι το βαθµωτό [xn 0 ]. Αν ένα σήµα παίρνει τιµές από ένα πεπερασµένο σύνολο τιµών, τότε καλείται σήµα διακριτής τιµής. Ένα σήµα διακριτού χρόνου, διακριτής τιµής καλείται ψηφιακό. Σήµατα απαντώνται στη φύση συνήθως σε αναλογική µορφή. Ένα αναλογικό σήµα µετατρέπεται σε ψηφιακό µετά από δειγµατοληψία και κβαντισµό. Βιολογικά Σήµατα Ως βιολογικά σήµατα ορίζουµε τα σήµατα που λαµβάνονται και χρησιµοποιούνται στο χώρο της ιατρικής και της βιολογίας για την εξαγωγή και συγκέντρωση πληροφοριών από διάφορα βιολογικά συστήµατα (Malminuo & Plonsey, 1995). Όσον αφορά τη φύση τους, µπορούν να χωριστούν σε βιοηλεκτρικά, βιοακουστικά, βιοµαγνητικά, βιοχηµικά και βιοοπτικά σήµατα. Καταγραφή Βιολογικών Σηµάτων Η καταγραφή βιολογικών σηµάτων είναι µία διαδικασία που χρειάζεται ιδιαίτερη ακρίβεια και προσοχή, καθώς είναι πολύ σηµαντική η αξιοπιστία των µετρήσεων (Bronzino, 2000). Η λήψη των ηλεκτρικών βιολογικών σηµάτων απαιτεί µια συγκεκριµένη σταδιακή διαδικασία, όπως φαίνεται και στην Εικόνα 3.1. 20

Εικόνα 3.1 Η Καταγραφή ενός Βιολογικού Σήµατος Αρχικά, το βιολογικό σήµα συλλέγεται από ειδικούς αισθητήρες, ή ηλεκτρόδια όταν πρόκειται για ηλεκτρικά σήµατα, και µετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήµα µέσω ειδικών µετατροπέων. Το σύστηµα συλλογής για την περίπτωση του ΗΚΓ ξεκινάει από τα ηλεκτρόδια τα οποία τοποθετούνται στο ανθρώπινο σώµα. Το λαµβανόµενο ρεύµα, που αποτελεί και το αρχικό ηλεκτρικό σήµα για το σύστηµα, προωθείται προς τα επόµενα στάδια επεξεργασίας. Η επαφή των ηλεκτροδίων µε το δέρµα γίνεται µέσω µιας κολλώδους ουσίας ή µέσω ενός µικρού δακτυλιδιού, που από τη µια µεριά προσκολλάται στο δέρµα και από την άλλη στο κυρίως ηλεκτρόδιο (Tassinary et al, 1990). Στα ίδια σηµεία χρησιµοποιείται ειδικό υγρό που έχει τον ρόλο ηλεκτρολύτη. Τα βιοηλεκτρικά σήµατα καταγράφονται ως δυναµικά, διαφορές δυναµικού και ηλεκτρικά πεδία που δηµιουργούνται από νεύρα και µύες. Οι µετρήσεις αφορούν πολύ χαµηλά δυναµικά που κυµαίνονται µεταξύ 1µV και 100mV µε µεγάλη εµπέδηση και µεγάλα επίπεδα θορύβου (Malminuo & Plonsey, 1995). Το σήµα αφού συλλεχθεί από ειδικά ηλεκτρόδια, θα οδηγηθεί στο µετατροπέα Α to D. Πλην όµως τα βιοσήµατα είναι αρκετά ασθενή σε ένταση για να µπορέσουν να καταγραφούν στο µετατροπέα αυτό, για το λόγο αυτό χρειάζονται ενίσχυση, η οποία επιτυγχάνεται µε ειδικούς βιοενισχυτές. Οι ενισχυτές αυτοί πρέπει να πληρούν τις εξής βασικές προϋποθέσεις: Η φυσιολογική διαδικασία, την οποία µετρούν, να µην εµποδίζεται από τον ενισχυτή. Το καταγραφόµενο σήµα να µην παραµορφώνεται. Ο ενισχυτής θα πρέπει να παρέχει το µέγιστο δυνατό διαχωρισµό θορύβου από το σήµα. Ο ενισχυτής θα πρέπει να παρέχει προστασία για την αποφυγή ηλεκτροπληξίας στον ασθενή. Ο ενισχυτής θα πρέπει να αυτοπροστατεύεται από πιθανές µεγάλες τάσεις που θα µπορούσαν να τον καταστρέψουν. Κατά τη διαδικασία της ενίσχυσης, µαζί µε το βιοσήµα εισάγεται και θόρυβος από διάφορες πηγές, ο οποίος πρέπει να αποµακρυνθεί είτε µε τη χρήση αναλογικών φίλτρων είτε µε τρόπο ψηφιακό. Από τη στιγµή που το σήµα θα φτάσει στον µετατροπέα, αυτός 21

ψηφιοποιεί και κβαντίζει το σήµα µετατρέποντάς το από αναλογικό σε διακριτό (ψηφιακό), καθιστώντας το έτσι κατάλληλο για περαιτέρω επεξεργασία. Εικόνα 3.2 Η Ενίσχυση ενός Βιοσήµατος Θόρυβος Βιοσηµάτων Κατά την καταγραφή του, ένα βιολογικό σήµα «µολύνεται» από θόρυβο και τεχνητά σφάλµατα (Bronzino, 2000). Τέτοιοι παράγοντες που µπορούν να µολύνουν ένα ΗΚΓ είναι: Η παρεµβολή ηλεκτροφόρων καλωδίων: θόρυβος των 50 ± 0.2Hz Ο θόρυβος επαφών: απώλεια επαφής µεταξύ ηλεκτροδίου και δέρµατος Τα τεχνητά σφάλµατα κίνησης ασθενούς-ηλεκτροδίων Ο ηλεκτροµυογραφικός θόρυβος (ΕΜΓ): ηλεκτρική δραστηριότητα λόγω των συστολών µυών Η ολίσθηση γραµµών βάσης: συνήθως από την αναπνοή Ο θόρυβος συσκευών συλλογής στοιχείων: τεχνητά σφάλµατα παράγονται από το hardware του επεξεργαστή σήµατος, όπως ο κορεσµός σηµάτων Ο ηλεκτροχειρουργικός θόρυβος: θόρυβος που παράγεται από άλλο ιατρικό εξοπλισµό παρόντα στο περιβάλλον παρακολούθησης του ασθενούς Ο θόρυβος και aliasing κβαντοποίησης Τα τεχνητά σφάλµατα επεξεργασίας σήµατος, π.χ. ταλαντώσεις Gibbs. Κάποιοι από τους θορύβους, οι οποίοι µολύνουν ένα ΗΚΓ µπορούν να αποµακρυνθούν είτε µε την προσθήκη αναλογικών φίλτρων κατά τη διαδικασία λήψης ΗΚΓ είτε µε ψηφιακά φίλτρα κατά την ψηφιακή επεξεργασία του ΗΚΓ. 22

Εικόνα 3.3 Αφαίρεση Θορύβου µε την Εφαρµογή ενός Ψηφιακού Φίλτρου Φίλτρα Τα αναλογικά φίλτρα είναι αναλογικές διατάξεις, οι οποίες ως σκοπό έχουν να παρεµποδίζουν συγκεκριµένες συχνότητες ενός σήµατος να εξέρχονται µέσα από αυτά. Οι βασικές κατηγορίες των αναλογικών φίλτρων είναι τέσσερις: α) τα χαµηλοπερατά φίλτρα (low-pass filters), β) τα υψηπερατά (high-pass filters), γ) τα ζωνοδιαβατά (band-pass filters) και δ) τα φίλτρα αποκοπής ζώνης (band-stop filters). Χρησιµοποιώντας συνδυασµούς των παραπάνω φίλτρων µπορούµε να επιλέξουµε τη δίοδο ή την αποκοπή συγκεκριµένου φάσµατος συχνοτήτων. Εικόνα 3.4 Βασικότεροι Τύποι Χαµηλοπερατών Φίλτρων 23

Χρησιµοποιώντας φίλτρα στην καταγραφή βιολογικών σηµάτων µπορούν να απορριφθούν θόρυβοι οι οποίοι µολύνουν ένα σήµα, αλλά προκειµένου να γίνει η σωστή εφαρµογή ενός φίλτρου θα πρέπει να είναι γνωστά τα στοιχεία των θορύβων οι οποίοι θα πρέπει να αποκλειστούν (Malminuo & Plonsey, 1995). Τα ψηφιακά φίλτρα από την άλλη είναι µαθηµατικές υλοποιήσεις των αναλογικών φίλτρων, οι οποίες όταν εφαρµοστούν σε ένα ψηφιακό σήµα έχουν το ίδιο αποτέλεσµα µε αυτό που έχουν τα αναλογικά φίλτρα όταν εφαρµόζονται σε ένα αναλογικό σήµα. ιαµόρφωση Σήµατος Πολλές φορές δηµιουργείται η ανάγκη να τροποποιήσουµε ένα σήµα, έτσι ώστε να εξυπηρετήσει ανάγκες επεξεργασίας, µετάδοσης κλπ. Μια τέτοια µετατροπή σήµατος έιναι η διαµόρφωσή του. Ειδικά για τη µετάδοση ενός σήµατος οι διαµορφώσεις που µπορεί να υποστεί ένα σήµα είναι οι εξής: 1. ιαµόρφωση Εύρους 2. ιαµόρφωση Συχνότητας 3. ιαµόρφωση Φάσης ιαµόρφωση Εύρους Είναι µια τεχνική που χρησιµοποιείται στις τηλεπικοινωνίες, κυρίως για τη µετάδοση πληροφορίας µέσω ενός φέροντος σήµατος. Η διαµόρφωση εύρους λειτουργεί µεταβάλλοντας την ισχύ του µεταδιδόµενου σήµατος σε σχέση µε την πληροφορία η οποία µεταδίδεται. Η διαµόρφωση εύρους προσθέτει την ισχύ στο φέρον σήµα, ανάλογα µε τη µεταβολή της τάσης. Η διαµόρφωση εύρους δηµιουργεί τρεις χωριστές συχνότητες που διαβιβάζονται: την αρχική συχνότητα του φέροντος, µια χαµηλότερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (LSB) κάτω από τη φέρουσα συχνότητα και µια ανώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (USB) πάνω από τη φέρουσα συχνότητα. Οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων είναι "είδωλα" η µία της άλλης και περιέχουν την ίδια πληροφορία. Κάθε πλευρική ζώνη συχνοτήτων καταλαµβάνει τόσο περισσότερο εύρος συχνοτήτων όσο υψηλότερη είναι η ακουστική συχνότητα που διαβιβάζεται. Εάν η υψηλότερη ακουστική συχνότητα που διαβιβάζεται είναι 5 khz, κατόπιν ο συνολικός χώρος συχνότητας που καταλαµβάνεται από ένα σήµα AM θα είναι 10 khz (το φέρον σήµα καταλαµβάνει αµελητέο εύρος συχνότητας). 24

Αποδιαµόρφωση σήµατος ονοµάζεται η ανάστροφη διαδικασία την οποία πρέπει να εφαρµόσουµε σε ένα διαµορφωµένο σήµα έτσι ώστε να ανακτήσουµε το αρχικό. Αναλυτικότερα στις τεχνικές αυτές θα αναφερθούµε στο επόµενο κεφάλαιο. Το Ηλεκτροκαρδιογράφηµα ως Σήµα και η ιαδικασία Καταγραφής του Χαρακτηριστικά ΗΚΓ Το ηλεκτροκαρδιογραφικό σήµα όπως καταγράφεται από την επιφάνεια του δέρµατος έχει ένα δυναµικό το οποίο φτάνει µέχρι τα 5 mv. Για την ηλεκτροκαρδιογραφία ρουτίνας, η Αµερικάνικη Καρδιολογική Εταιρεία (American Heart Association) απαιτεί εύρος συχνοτήτων που κυµαίνεται από 0.05 έως 100 Hz. Για να µπορέσει να καταγραφεί αυτό το σήµα, η ίδια εταιρεία απαιτεί ενίσχυση αυτού του δυναµικού µε απόδοση 1000. Όµως αυτή η ενίσχυση µπορεί να διαφοροποιείται από 500 (half standard) έως 2000 (double standard). Επίσης, για να µπορέσουν να καταγραφούν οι παραπάνω συχνότητες θα πρέπει ο ρυθµός δειγµατοληψίας, σύµφωνα µε το θεώρηµα του Nyquist, να είναι τουλάχιστον διπλάσιος από τη µέγιστη συχνότητα, δηλαδή µεγαλύτερος του 200 Hz. Γενικά όµως, το συνηθισµένο καρδιογράφηµα πραγµατοποείται µε ρυθµό δειγµατοληψίας 500 Hz, κατά το οποίο κάθε δείγµα αντιπροσωπεύει µια περίοδο των 2 msec (Zipes et al, 2006). Χαρακτηριστικά Ήχου Για το ανθρώπινο αυτί ο ήχος περιορίζεται σε συχνότητες που κυµαίνονται από 20 έως 20000 Hz (Guyton, 2001). Για το λόγο αυτό, οι περισσότερες συσκευές που µπορούν να συλλάβουν ήχο στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές (κάρτες ήχου), συλλαµβάνουν συχνότητες που ξεκινούν από τα 20 έως 44000 Hz. Στις µέρες µας πληθώρα συσκευών διαθέτουν είσοδο ήχου, η οποία είναι ικανή να συλλάβει τις προαναφερθείσες συχνότητες. Οι συσκευές αυτές θα µπορούσαν να συλλάβουν κι ένα ηλεκτροκαρδιογραφικό σήµα, αν δεν υπήρχε το υψιπερατό φίλτρο το οποίο εµποδίζει να περάσουν οι συχνότητες που είναι µικρότερες των 20 Hz. Εάν δεν υπήρχε αυτό το φίλτρο, οι συσκευές αυτές θα µπορούσαν να αποτελέσουν έναν πάρα πολύ καλό A/D για την καταγραφή και την ψηφιοποίηση του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος. Ευτυχώς όµως, το πρόβληµα αυτό µπορεί να ξεπεραστεί µε τη µετατροπή του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος σε ηχητικό κι έτσι να αξιοποιηθούν και κατά αυτό τον τρόπο οι συσκευές αυτές (Vyshedskiy et al, 2004). 25

Το Αρχείο Ήχου WAV Η καταγραφή όµως ενός τέτοιου σήµατος, όπως και οποιουδήποτε σήµατος που περιέχει ιατρική πληροφορία, θα πρέπει να είναι σε κάποια µορφή η οποία να µην παρουσιάζει απώλειες, όπως είναι η µορφή pcm (pulse code modulation). Μια τέτοια µορφή είναι και το αρχείο πολυµέσων wav, το οποίο µας επιτρέπει να αποθηκεύσουµε δεδοµένα χωρίς συµπίεση άρα και χωρίς απώλειες. Η πληροφορία µετά µπορεί να ανακτηθεί από το αρχείο wav διαβάζοντας τα δεδοµένα από το 44ο byte και µετά. Ο τρόπος ο οποίος θα πρέπει να διαβαστούν τα δεδοµένα, εµπεριέχεται σε κωδικοποιηµένη µορφή στα πρώτα 44 bytes, όπου το τµήµα αυτό λέγεται και επικεφαλίδα του wav (http://en.wikipedia.org/wiki/wav). 26

Σκοπός Σκοπός της παρούσης διπλωµατικής εργασίας είναι αφενός η παρουσίαση της απαραίτητης τεχνογνωσίας και αφετέρου η κατασκευή λογισµικού, το οποίο χρειάζεται για τη µετατροπή µιας φορητής συσκευής καθηµερινής χρήσης όπως το κινητό τηλέφωνο, σε συσκευή καταγραφής, επεξεργασίας, απεικόνισης και αποστολής βιοσηµάτων, όπως το ηλεκτροκαρδιογραφικό σήµα, µιας και το κινητό τηλέφωνο είναι µια σχεδόν ολοκληρωµένη συσκευή για την επίτευξη του σκοπού αυτού. Επίσης σκοπός είναι η ανάδειξη των πλεονεκτηµάτων που έχει µια τέτοια µετατροπή. Τα οφέλη είναι οικονοµικά και πρακτικά, καθώς δεν είναι απαραίτητη η κατασκευή µιας νέας συσκευής που θα εκτελεί τις παραπάνω λειτουργίες και δεν χρειάζεται η µεταφορά άλλης συσκευής πέραν του κινητού τηλεφώνου, µιας συσκευής καθηµερινής χρήσης για το µεγαλύτερο µέρος του πληθυσµού. Επιπρόσθετα, η µετατροπή ενός βιοσήµατος σε ψηφιακή µορφή υποστηρίζεται από πλήθος συσκευών καθηµερινής χρήσης. Ένα αρχείο πολυµέσων όπως το.wav, εποµένως, µπορεί να συµβάλλει στην αξιοποίηση πολλών συσκευών, ικανών να αποθηκεύσουν, να µεταφέρουν, να επεξεργαστούν ή να απεικονίσουν ένα σήµα. 27

Μέθοδοι και Υλικά Για την υλοποίηση της εργασίας πραγµατοποιήθηκαν τα βήµατα καταγραφής, απεικόνισης, επεξεργασίας και αποστολής ενός ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος µε τη βοήθεια διαφόρων εργαλείων όπως, υπολογιστές, τηλεφωνικές συσκευές, λογισµικό και βάσεις δεδοµένων τα οποία αντικατέστησαν, όπου χρειάστηκε, πραγµατικές παραµέτρους, όπως ασθενείς (ηλεκτροκαρδιογραφικά σήµατα), καρδιογράφους, αναλογικά φίλτρα κλπ. Με τη σειρά που χρησιµοποιήθηκαν αυτά τα εργαλεία είναι: Α. Βάσεις εδοµένων Ηλεκτροκαρδιογραφικών Σηµάτων - Physiobank Για τις δοκιµές αποστολής, απεικόνισης και επεξεργασίας του ηλεκτροκαρδιογραφικού σήµατος µε τη χρήση κινητού τηλεφώνου, δηµιουργήθηκε η ανάγκη χρήσης πραγµατικών ηλεκτροκαρδιογραφικών σηµάτων, τα οποία πάρθηκαν από τη Physiobank (http://www.physionet.org). Η Physiobank, η οποία είναι µέρος της Physionet, είναι µια µεγάλη και συνεχώς αναπτυσσόµενη τράπεζα ψηφιακών καταγραφών φυσιολογικών σηµάτων και σχετικών δεδοµένων, διαθέσιµων προς χρήση από την βιοιατρική ερευνητική κοινότητα (http://www.physionet.org/physiobank). Η Physiobank περιέχει βάσεις δεδοµένων καρδιακών, νευρικών και άλλων βιοσηµάτων από υγιή υποκείµενα, καθώς και από υποκείµενα-ασθενείς µε ποικιλία παθολογικών καταστάσεων συµπεριλαµβανοµένων του αιφνίδιου καρδιακού θανάτου, καρδιακής ανεπάρκειας, επιληψίας, υπνικής άπνοιας, στηθάγχης κλπ. Η Physionet παρέχει ελεύθερη πρόσβαση µέσω του διαδικτύου σε µεγάλες συλλογές καταγεγραµµένων βιοσηµάτων, καθώς και σχετικό λογισµικό ανοικτού κώδικα. Η ιστοσελίδα της Physionet επιχορηγείται από τους παρακάτω φορείς: National Institutes of Health (http://www.nih.gov), NIBIB (http://www.nibib.nih.gov) και NIGMS (http://www.nigms.nih.gov). Τα αρχεία της Physiobank Κάθε βάση δεδοµένων στη Physiobank αποτελείται από ένα σύνολο καταγραφών. Κάθε καταγραφή αποτελείται από τρία αρχεία µε το ίδιο πρόθεµα, αλλά διαφορετική κατάληξη αρχείου. Για παράδειγµα, η βάση δεδοµένων που χρησιµοποιήθηκε εδώ µε το όνοµα MIT-BIH Arrhythmia Database περιέχει την καταγραφή µε το όνοµα "100". Τα τρία αρχεία αυτής της καταγραφής είναι: το 100.dat, 100.hea και το 100.atr. Το αρχείο.dat είναι ένα δυαδικό αρχείο που περιέχει το ψηφιακό σήµα. Το αρχείο.hea είναι ένα σύντοµο αρχείο κειµένου που περιέχει πληροφορίες για το αρχείο.dat, όπως τη µορφή που είναι 28

αποθηκευµένο το αρχείο, τον αριθµό και τον τύπο των σηµάτων που περιέχει, το ρυθµό δειγµατοληψίας, τα χαρακτηριστικά ψηφιοποίησης και τη διάρκεια καταγραφής. Τέλος, το αρχείο.atr περιέχει επισηµάνσεις για το κάθε σήµα. Για την επεξεργασία των σηµάτων που υπάρχουν στη Physiobank, η Physionet παρέχει το απαραίτητο λογισµικό, το PhysioToolkit (http://www.physionet.org/physiotools). Από το PhysioToolkit χρησιµοποιήθηκαν τα παρακάτω προγράµµατα: WAVE - Για την απεικόνιση ενός σήµατος wav2mit - Για το µετασχηµατισµό ενός.wav σήµατος στη µορφή που χρησιµοποιεί η Physiobank mit2wav - Για το µετασχηµατισµό ενός σήµατος που χρησιµοποιεί η Physiobank στη µορφή.wav rdsamp - Για τη µετατροπή µιας καταγραφής σήµατος που χρησιµοποιεί η Physiobank σε αρχείο κειµένου στο δεκαδικό σύστηµα rdann - Για τη µετατροπή ενός.atr αρχείου, σε αρχείο κειµένου sampfreq - Για την εµφάνιση το ρυθµού δειγµατοληψίας µιας καταγραφής Β. Περιβάλλον Αριθµητικών Υπολογισµών - Προσοµοίωση Σηµάτων Οι υπολογισµοί και η προσοµοίωση σηµάτων έγιναν µε το πρόγραµµα Matlab (http://www.mathworks.com). Το Matlab είναι ένα περιβάλλον αριθµητικών υπολογισµών και γλώσσα προγραµµατισµού. Υποστηριζόµενο από την MathWorks επιτρέπει την εύκολη διαχείριση πινάκων, τη σχεδίαση γραφικών παραστάσεων συναρτήσεων και δεδοµένων, την εφαρµογή αλγορίθµων, καθώς και τη διεπαφή µε προγράµµατα γραµµένα σε άλλες γλώσσες προγραµµατισµού. Επίσης, παρέχει εργαλεία για την επεξεργασία ψηφιακού σήµατος (DSP). Η χρήση του Matlab έγινε για τους εξής σκοπούς: 4. Απεικόνιση σηµάτων 5. ηµιουργία σηµάτων 6. Πολλαπλασιασµό σηµάτων 7. Φιλτράρισµα 8. Πολυπλεξία 9. ιαµόρφωση Εύρους 10. ιαµόρφωση Συχνότητας 11. Μετατροπή σήµατος σε αρχείο πολυµέσων.wav 29

Γ. Γλώσσα Προγραµµατισµού για Κινητό Τηλέφωνο Η γλώσσα προγραµµατισµού η οποία επιλέχθηκε να κατασκευάσει το λογισµικό είναι η java λόγω της πλατφόρµας JavaME η οποία είναι ενσωµατωµένη στη συντριπτική πλειοψηφία των φορητών συσκευών (http://www.java.sun.com/javame/index.jsp). Η πλατφόρµα JavaME είναι ένα ευέλικτο περιβάλλον για την κατασκευή εφαρµογών οι οποίες τρέχουν σε διάφορες φορητές συσκευές, όπως κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές χειρός, εκτυπωτές κ.α. Η JavaME παρέχει διεπαφή µε το χρήστη, υψηλή ασφάλεια και ενσωµατωµένα προτόκολλα δικτύωσης. Οι εφαρµογές που βασίζονται στην πλατφόρµα αυτή διακατέχονται από φορητότητα µεταξύ διαφόρων συσκευών. Η JavaME δηµιουργήθηκε για να µπορεί να λειτουργήσει σε µικροσυσκευές οι οποίες έχουν περιορισµένες δυνατότητες σε οθόνη, επεξεργαστή, ενέργεια κλπ. Βασικά χωρίζεται σε δύο µεγάλες διαµορφώσεις, µία για µικρές συσκευές CLDC -Connected Limited Device Configuration και άλλη µία CDC - Connected Device Configuration, η οποία απευθύνεται σε συσκευές µε περισσότερες δυνατότητες, όπως τα πιο σύγχρονα smart phones.. Περιβάλλον Ανάπτυξης Γλώσσας Προγραµµατισµού Η συγγραφή της εφαρµογής έγινε µε τη βοήθεια της πλατφόρµας NetBeans, η οποία αποτελεί ένα εργαλείο για τους προγραµµατιστές να γράψουν, να µεταγλωττίσουν, αλλά και να αποσφαλµατώσουν προγράµµατα (http://www.netbeans.org). Παρέχει επίσης εξοµοιωτή κινητού τηλεφώνου ο οποίος αποδίδει πιστά το αποτέλεσµα ενός προγράµµατος. Το NetBeans είναι γραµµένο σε java αλλά µπορεί να υποστηρίξει και άλλες γλώσσες προγραµµατισµού. Το NetBeans, επίσης, είναι προιόν ανοιχτού κώδικα και ελεύθερο για εµπορική ή µη χρήση. Ε. Συσκευή Κινητού Τηλεφώνου Για την υλοποίηση της εργασίας απαιτείται µια τηλεφωνική συσκευή, η οποία θα πρέπει να έχει τα εξής χαρακτηριστικά: υνατότητα πρόσβασης στο µόνιµο λογισµικό της ROM (firmware) µέσω κάποιου λογισµικού. Όσο το δυνατόν ευκρινέστερη οθόνη. υνατότητα καταγραφής ήχου από την είσοδο µικροφώνου σε µορφή.wav Επεξεργαστή ικανό να µπορεί να πραγµατοποιήσει γρήγορα τις µαθηµατικές πράξεις που απαιτούνται για την επεξεργασία σήµατος Συνδεσιµότητα µε άλλες συσκευές 30

Σχετικά χαµηλό κόστος Η συσκευή κινητού τηλεφώνου που χρησιµοποιήθηκε είναι το NOKIA E51, η οποία παρέχει τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Συγκεκριµένα, η συσκευή διαθέτει µεταξύ άλλων, οθόνη (240x320) εικονοστοιχείων, δυνατότητα σύνδεσης µε άλλες συσκευές µέσω υπερύθρων, καλωδίου USB, bluetooth και WLAN (IEEE 802.11g), καθώς και ενσωµατωµένη Java MIDP 2.0 (http://www.forum.nokia.com/devices/e51). 31

οµή του Λογισµικού Το λογισµικό αποτελείται από δύο εκδόσεις, εκ των οποίων η µία απευθύνεται σε ιατρούς, ενώ η δεύτερη σε µη εξειδικευµένο προσωπικό όπως οι ασθενείς. Για τον ιατρό θα ήταν χρήσιµο να αξιοποιήσει όλες τις δυνατότητες της εφαρµογής, όπως να απεικονίσει ένα ΗΚΓ για εκτίµηση, να λάβει, να αποθηκεύσει, να αποστείλλει ή ακόµη και να καταγράψει ένα ΗΚΓ από κάποιον ασθενή του. Στην περίπτωση όµως που η εφαρµογή χρησιµοποιηθεί από κάποιον µη ειδικό, όπως ένας ασθενής, δεν είναι απαραίτητο να κάνει κάποια άλλη ενέργεια πέραν της καταγραφής και της αποστολής του ΗΚΓ στον ειδικό. Στα πλαίσια της παρούσης διπλωµατικής εργασίας και των προκαθοριζόµενων στόχων, δηµιουργήθηκε µια εφαρµογή µε το όνοµα MobileECG, η οποία µπορεί να εξυπηρετήσει τις ανάγκες καταγραφής, απεικόνισης, επεξεργασίας, αποθήκευσης και αποστολής ενός ΗΚΓ από ένα κινητό τηλέφωνο. Η εφαρµογή αυτή θα παρουσιαστεί αναλυτικά παρακάτω, ενώ ο κώδικας που γράφηκε παρατίθεται στο τέλος της εργασίας. Αρχικοποίηση και Εγκατάσταση της Εφαρµογής Η εφαρµογή MobileECG αρχικοποιείται από την κλάση settings, η οποία καθορίζει τις παραµέτρους του λογισµικού. Οι ρυθµίσεις αυτές αφορούν την τηλεφωνική συσκευή, τις προτιµήσεις του χρήστη, αλλά και παραµέτρους σχετικές µε το ΗΚΓ. Ο ορισµός των παραµέτρων πραγµατοποιείται κατά την εγκατάσταση του προγράµµατος στο κινητό τηλέφωνο, εντούτοις ορισµένα στοιχεία είναι δυνατόν να τροποποιηθούν και αφού το πρόγραµµα έχει εγκατασταθεί. Αναλυτικά, οι παράµετροι που µπορούν να αρχικοποιηθούν είναι: οι διαστάσεις της οθόνης το µήκος και το εύρος του ΗΚΓ που θα αποτυπώνεται στην οθόνη το µέγιστο µήκος του ΗΚΓ που µπορεί να καταγραφεί ο ρυθµός δειγµατοληψίας ο φάκελος στον οποίο θα αποθηκεύονται τα αρχεία η κλίµακα (µεγέθυνση/ σµίκρυνση) του ΗΚΓ ο ρυθµός εναλλαγής µεταξύ των εικόνων για την εµφάνιση όλου του ΗΚΓ. Έναρξη της Εφαρµογής Μετά την εγκατάσταση και κατά την εκκίνηση της εφαρµογής, ο χρήστης µπορεί να πλοηγηθεί σε αυτήν µέσω ενός µενού επιλογών από το οποίο καλείται να επιλέξει τις ενέργειες που θέλει να πραγµατοποιήσει. Οι δύο βασικές ενέργειες µεταξύ των οποίων µπορεί να επιλέξει είναι α) η αναζήτηση ασθενούς και β) η καταχώρηση ασθενούς. 32

Η επιλογή ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΗ ΑΣΘΕΝΟΥΣ οδηγεί τον χρήστη σε µία φόρµα όπου καταχωρείται ο κάθε ασθενής και κάποια προσωπικά στοιχεία του, όπως το επώνυµο, το όνοµα, το έτος γέννησης, ο αριθµός µητρώου, το φύλο και η αγωγή που ενδεχοµένως του χορηγείται. Η φόρµα αυτή φαίνεται στην Εικόνα 4.1. Ταυτόχρονα µε την καταχώρηση κάθε ασθενούς και µέσα στο φάκελο της εφαρµογής, δηµιουργείται ένας νέος φάκελος που φέρει το όνοµά του και εκεί πλέον θα καταχωρούνται τα σχετικά µε αυτόν αρχεία. Εικόνα 4.1 Φόρµα Καταχώρησης Ασθενούς Εικόνα 4.2 Φόρµα Αναζήτησης Ασθενούς 33

Η επιλογή ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΑΣΘΕΝΟΥΣ οδηγεί τον χρήστη στην αντίστοιχη λίστα µε τους ήδη καταχωρηµένους ασθενείς από την οποία µπορεί να επιλεγεί ένας από αυτούς. Εικόνα 4.3 Στοιχεία Ασθενή και Περαιτέρω Ενέργειες Αφού επιλεγεί ένας συγκεκριµένος ασθενής, στη συνέχεια δίδεται η δυνατότητα από την εφαρµογή στο χρήστη να προχωρήσει στις υπόλοιπες ενέργειες οι οποίες πλέον θα αφορούν ΜΟΝΟ τον ασθενή που έχει επιλεγεί. Το επόµενο µενού παρέχει δύο επιλογές, την καταγραφή ενός ΗΚΓ και την ανάκτηση ενός παλαιότερου ΗΚΓ. Καταγραφή Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Για τη χρήση της συγκεκριµένης επιλογής ο χρήστης θα πρέπει πρώτα να έχει συνδέσει τον ειδικό µετατροπέα στη θέση hands free του τηλεφώνου του, έτσι ώστε να προχωρήσει στη λήψη ενός νέου ΗΚΓ. Το ΗΚΓ, αφού πρώτα επεξεργαστεί ψηφιακά και υποστεί αποδιαµόρφωση, θα αποθηκευθεί ως αρχείο ήχου (.wav) στον προσωπικό 34

φάκελο του ασθενούς µε όνοµα αρχείου την ηµεροµηνία και ώρα καταγραφής ως εξής: τα δυο πρώτα ψηφία του ονόµατος του αρχείου αντιστοιχούν στο ηµερολογιακό έτος, τα δύο επόµενα στο µήνα, τα δύο επόµενα στην ηµέρα, τα δύο επόµενα στην ώρα και τα δύο επόµενα στα λεπτά που λήφθηκε το καρδιογράφηµα. Ο τρόπος αποθήκευσης φαίνεται χαρακτηριστικά στην Εικόνα 4.4. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα, το καρδιογράφηµα της εικόνας λήφθηκε στις 22 Ιανουαρίου του 2009 και ώρα 11.45 το πρωί. Τα αρχεία µε τα καρδιογραφήµατα κάθε ασθενούς εµφανίζονται µε σειρά από το παλαιότερο προς το πιο πρόσφατο. Εικόνα 4.4 Ο Προσωπικός Φάκελος του Ασθενούς Ανάκτηση Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Με αυτήν την επιλογή ο χρήστης µπορεί να επιλέξει ένα από τα ΗΚΓ που έχει στο αρχείο του ο εν λόγω ασθενής και στη συνέχεια να το εµφανίσει στην οθόνη ή να το αποστείλλει σε άλλη συσκευή. Η αποστολή ενός αρχείου wav επιτελείται από τις βασικές 35

λειτουργίες του τηλεφώνου, όπου επιλέγοντας ένα αρχείο δίνεται η δυνατότητα να σταλλεί ως MMS σε άλλη συσκευή. Για το λόγο αυτό η παρούσα εργασία δε θα σταθεί καθόλου στο κοµµάτι ανάπτυξης λογισµικού για την επιτέλεση της λειτουργίας αυτής. Είτε επιλεγεί η καταγραφή ενός νέου ΗΚΓ είτε η ανάκτηση ενός παλαιότερου, η εφαρµογή έχει τη δυνατότητα να επιτελέσει δυο πολύ βασικές λειτουργίες, α) να απεικονίσει το ΗΚΓ και β) να το επεξεργαστεί. Απεικόνιση Ηλεκτροκαρδιογραφήµατος Βασική ιδιότητα όλων των ηλεκτροκαρδιογράφων είναι το ότι η επιλογή ταχύτητας καταγραφής του χαρτιού αλλά και τα τετράγωνα που είναι ζωγραφισµένα σε αυτό είναι τυποποιηµένα. Το ηλεκτροκαρδιογραφικό χαρτί κινείται µε ταχύτητα 25mm/sec και αποτελείται από τετράγωνα µιλιµετρέ. Συγκεκριµένα, κάθε µικρό τετράγωνο το οποίο έχει µήκος 1mm αντιστοιχεί σε 0,04 sec, ενώ ένα µεγάλο τετράγωνο µήκους 5mm αντιστοιχεί σε 0,2 sec αντίστοιχα. Εικόνα 4.5 Το Ηλεκτροκαρδιογραφικό Χαρτί Το µήκος της οθόνης ενός µέσου κινητού τηλεφώνου είναι γύρω στα 25mm πράγµα που σηµαίνει ότι αν απεικονίσουµε 1sec ΗΚΓ, το οποίο σε πραγµατικό χαρτί θα καταλάµβανε χώρο µήκους 25mm, οι διαστάσεις του ΗΚΓ στην οθόνη του κινητού θα πλησιάζουν πολύ τις πραγµατικές. Στην εφαρµογή MobileECG η απεικόνιση του ΗΚΓ στο κινητό τηλέφωνο πραγµατοποιείται µέσω της κλάσης PlotECG, η οποία είναι υπεύθυνη και για την τήρηση 36

των παραπάνω προδιαγραφών. Η PlotECG είναι µια canvas κλάση η οποία, κάθε φορά που καλείται, σχεδιάζει τις τιµές ενός πίνακα που αντιστοιχεί σε σήµα µήκους ενός δευτερολέπτου. Πέραν του σήµατος, η PlotECG σχεδιάζει µε κόκκινο χρώµα τα µικρά τετράγωνα που αντιστοιχούν σε µήκος 0,04 sec και µε µαύρο, για λόγους ευκρίνειας, τα µεγάλα τετράγωνα που αντιστοιχούν σε µήκος 0,2 sec. Ο σχεδιασµός των γραµµών αυτών γίνεται ανά 320 στοιχεία του πίνακα που απεικονίζεται για τις κόκκινες γραµµές και ανά 1600 στοιχεία για τις µαύρες. Έτσι, γνωρίζουµε ότι οι γραµµές αυτές αντιστοιχούν µε ακρίβεια στις αποστάσεις που πρέπει, δηλαδή εφόσον 8000 στοιχεία αντιστοιχούν σε ένα δευτερόλεπτο, τότε 1600 στοιχεία θα αντιστοιχούν σε 0.2 sec και 320 σε 0.04 sec. Αν επιλεχθεί µεγαλύτερη µεγέθυνση, τότε η PlotECG σχεδιάζει τις τιµές ενός πίνακα που αντιστοιχεί σε σήµα µήκους δύο δευτερολέπτων κ.ο.κ. µέχρι τα 5sec. Από εκεί και πέρα δεν υπάρχει λόγος να γίνει µεγαλύτερη µεγέθυνση, αφού το ΗΚΓ γίνεται αρκετά δυσδιάκριτο. Επίσης, η PlotECG µε τα πλήκρα πλοήγησης του τηλεφώνου µπορεί να απεικονίσει το επόµενο τµήµα του σήµατος ή να κάνει µεγέθυνση και σµίκρυνση στον κατακόρυφο άξονα του σήµατος. Για τις παραπάνω λειτουργίες η PlotECG καλεί την κλάση parts η οποία ρυθµίζει ποιος πίνακας θα δοθεί, κάθε φορά, στην PlotECG για απεικόνιση. Έτσι, εξ ορισµού, η µέθοδος getpart επιστρέφει το πρώτο τµήµα του σήµατος, που είναι ένας πίνακας 8000 στοιχείων, δεδοµένου ότι το σήµα είναι καταχωρηµένο σε ένα αρχείο.wav µε ρυθµό δειγµατοληψίας 8000/sec. Έτσι καθίσταται βέβαιο ότι κάθε φορά στην οθόνη µας εµφανίζεται 1 δευτερόλεπτο ΗΚΓ. Φυσικά αν το λογισµικό τοποθετηθεί σε άλλο κινητό τηλέφωνο, η PlotECG προσαρµόζεται στην οθόνη του τηλεφώνου αυτού έτσι ώστε να απεικονίζει πάντοτε ένα δευτερόλεπτο ανά οθόνη άσχετα από το αν το λογισµικό τρέχει σε µεγαλύτερη ή µικρότερη οθόνη. Αν η PlotECG ζητήσει να απεικονίσει το επόµενο δευτερόλεπτο σήµατος η getpart θα επιστρέψει τα επόµενα 8000 στοιχεία κ.ο.κ. 37

Εικόνα 4.6 Απεικόνιση ΗΚΓ Για τη µετατροπή του ΗΚΓ το οποίο είναι αποθηκευµένο σε µορφή.wav, η parts καλεί την transform_wav_in_array η οποία όπως δηλώνει και το όνοµά της µετατρέπει ένα αρχείο.wav σε ένα πίνακα ακεραίων. Η κλάση transform_wav_in_array µέσω της µεθόδου getwavinarray διαβάζει ένα προς ένα τα bytes του.wav αρχείου και τα µετατρέπει σε ακέραιους µε τη βοήθεια της µεθόδου bytearraytoint η οποία αλλάζει το endian των bytes. Η χρήση της bytearraytoint ήταν απαραίτητη για να ξεπεραστεί το εµπόδιο που παρουσιάζεται στην java (little endian αντί για big endian). 38