高級 CODAS 是WinDaq波形瀏覽器播放和分析軟件的無縫軟件增強(qiáng)功能。高級CODAS本質(zhì)上是一個分析功能的工具箱，在其波形分析方法中提供了幾乎無限的靈活性。本應(yīng)用筆記旨在詳細(xì)檢查每個高級CODAS分析功能，試圖使讀者了解可能應(yīng)用于他或她自己的應(yīng)用的分析原理。以下頁面中使用的波形示例是從大量WinDaq軟件用戶中獲取的。但是，它們所代表的應(yīng)用不應(yīng)被解釋為限制產(chǎn)品在其他領(lǐng)域的潛在使用。在任何給定情況下，這種限制都是分析實(shí)用程序本身和用戶想象力的功能。

需要強(qiáng)調(diào)的是，所有高級 CODAS 分析功能都作為真正的磁盤流處理器運(yùn)行。采集的波形信息通過分析功能從磁盤流式傳輸，并作為計(jì)算通道返回到磁盤。您可以分析的數(shù)據(jù)量僅受硬盤驅(qū)動器大小的限制。此外，高級CODAS生成的所有波形都會自動校準(zhǔn)到適當(dāng)?shù)臏y量單位。

高級CODAS的微積分函數(shù)，積分和導(dǎo)數(shù)，允許靈活的單位變換。上述例子中演示的相同原理幾乎可以應(yīng)用于醫(yī)療或工業(yè)應(yīng)用中遇到的任何度量單位。

波形積分 — 用于曲線下面積測定

將復(fù)雜函數(shù) k ∫ f（t） dt 簡化為簡單操作

四種輸入模式：

絕對值 — 將負(fù)信號折疊到零以上，在積分（全波整流）之前加入正信號

雙極性 — 集成零以上和零以下的信號

正單極性 — 阻止零以下信號積分（+半波整流）

負(fù)單極性 — 阻止零以上的信號被積分（- 半波整流）

自動縮放允許以與時間相關(guān)的任何測量單位進(jìn)行校準(zhǔn)（以秒為單位）。

四種復(fù)位方法允許定期積分復(fù)位，無需手動干預(yù)：

過零 ― 每次信號通過零時將累積面積重置為零。

時間 ― 在預(yù)設(shè)時間將累積面積重置為零

Level ― 在指定的面積值處將累積面積重置為零

外部 — 將另一個通道的峰值捕獲標(biāo)記的累積面積重置為零

兩種顯示模式：

連續(xù) — 連續(xù)顯示集成波形

復(fù)位前采樣并保持 — 消除零復(fù)位轉(zhuǎn)換，同時保持總累積面積直到下一次復(fù)位

積分函數(shù)生成輸入通道的曲線下面積。Advanced CODAS的獨(dú)特之處在于它能夠生成“連續(xù)”的集成波形通道。沒有其他軟件包提供積分器復(fù)位方法，允許連續(xù)、不間斷、自動顯示積分波形。有四種積分復(fù)位方法可用：輸入通道過零時、特定時間間隔、特定計(jì)算面積水平上，或從另一個通道外部，該通道已通過高級CODAS峰值捕獲算法標(biāo)記了拐點(diǎn)。

圖2顯示了在所有情況下使用過零復(fù)位方法的不同輸入模式。圖1的輸入信號是從氣流傳感器或氣管獲得的呼吸波形。圖2的呼吸量窗口顯示了根據(jù)呼吸流量計(jì)算的吸氣/呼氣量波形的產(chǎn)生。設(shè)置呼吸量窗口以積分零以上和零以下（雙極性）的信號，并在輸入信號通道的每次過零時復(fù)位。

圖 1— 該呼吸流量波形將用作積分函數(shù)的輸入信號，可以在數(shù)學(xué)上描述為 ±f（t）。

圖 2— 說明了在所有四種情況下使用過零復(fù)位方法的高級 CODAS 積分函數(shù)的四種輸入模式。

吸氣量設(shè)置與呼吸量通道相同，只是積分器整流模式僅針對陽性信號設(shè)置。吸氣體積通道的三角形波形的每個正峰值就是吸入的總累積空氣量。呼氣量通道僅針對陰性信號設(shè)置。絕對音量通道顯示積分器整流模式設(shè)置為絕對值時產(chǎn)生的波形（負(fù)信號折疊到零以上以加入正信號）。

圖3顯示了積分的電平和時間復(fù)位方法，以及使用采樣/保持來生成類似直方圖的峰值積分值顯示。每次呼吸量窗口顯示逐次呼吸吸氣量的峰值。它的設(shè)置與頂部窗口（吸氣量）相同，但激活了采樣/保持。單位時間交易量窗口說明了每 0.8 秒重置一次積分。每個音量窗口的時間顯示電平重置的使用。在這種情況下，當(dāng)吸氣量達(dá)到預(yù)定的40毫升體積時，就會發(fā)生重置。

圖 3— 說明了高級 CODAS 積分功能復(fù)位方法。所有四種情況都顯示正單極性模式。

波形整流 — 用于任何輸入波形的整流視圖

三種演示模式：

絕對值 — 將負(fù)信號折疊到零以上以連接正信號（全波整流）

正單極性 — 阻斷零以下信號（+半波整流）

負(fù)單極性 — 阻斷高于零的信號（-半波整流）

積分的整流器部分可作為單獨(dú)的功能提供，并允許輸入通道進(jìn)行半波或全波整流。

圖4顯示了整流對呼吸流波形的影響。吸氣流道是從呼吸血流中提取的信號的正半部分。通過選擇“正單極”產(chǎn)生吸氣流量，這會阻止顯示所有負(fù)面信號。呼氣流道顯示了從呼吸流道中選擇“負(fù)單極”的效果，該流道會阻止所有陽性信號。絕對流道是呼吸流量“絕對值”的顯示，它將負(fù)信號折疊到零以上以加入正信號。

圖 4— 說明了呼吸流波形的高級 CODAS 整流功能。

波形峰值和谷值捕獲 — 用于檢測循環(huán)最小值和最大值

自動峰值捕獲輸入波形的每個周期，以實(shí)現(xiàn)最大（峰值）和/或最小（谷值）偏移

通過高級 CODAS 報(bào)告生成器將移植到分析包的數(shù)據(jù)減少至少 40：1

在WinDaq 獲取或高級 CODAS 計(jì)算的通道上運(yùn)行

在無限數(shù)量的波形周期內(nèi)工作

可變閾值檢測器幾乎可與任何工業(yè)或醫(yī)療類波形配合使用

可配置為峰、谷值或峰谷檢測

在輸入波形上放置易于識別的峰值和谷值標(biāo)記

允許從WinDaq波形瀏覽器播放和分析軟件查看和編輯峰谷標(biāo)記

基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集的一個固有特征是能夠生成波形信息的大型數(shù)據(jù)文件。對于WinDaq系統(tǒng)尤其如此，因?yàn)樗鼈兙哂袑⒉ㄐ涡畔⑦B續(xù)記錄到磁盤的獨(dú)特能力。遺憾的是，ASYST 和 Lotus 1-2-3 等波形分析實(shí)用程序在可導(dǎo)入的采集數(shù)據(jù)數(shù)量方面極為有限。此外，波形分析通常從確定定義周期內(nèi)的最大和最小波形偏移開始。這些數(shù)量由高級 CODAS 峰值捕獲實(shí)用程序自動得出。它檢測關(guān)鍵的周期性最大和/或最小波形偏移，并與報(bào)告生成器（見下一節(jié)）一起將波形流減少到其分量逐周期元素：峰值和谷值偏移值以及任何測量單位的平均值和時序信息。將減少的數(shù)據(jù)報(bào)告到您最喜歡的分析包中，可將其容量擴(kuò)展至少 40 倍，同時允許您專注于分析和最終演示。

示例 — 峰值檢測動脈壓波形，以提取收縮壓、舒張壓、平均壓和心率。

高級CODAS操作：

動脈壓波形的峰值和谷值捕獲最小（舒張壓）和最大（收縮壓）拐點(diǎn)。

輸入波形：動脈壓（毫米汞柱）。

捕獲的峰值和谷值波形（為清晰起見，顯示時禁用了網(wǎng)格線）。檢測到的峰值數(shù)據(jù)點(diǎn)表示收縮壓，谷值檢測到的數(shù)據(jù)點(diǎn)表示舒張壓。

波形報(bào)告生成器 — 用于生成峰值捕獲波形的報(bào)告

以波形的測量單位報(bào)告峰值捕獲波形的峰值和/或谷點(diǎn)

推導(dǎo)并報(bào)告逐周期波形平均值（曲線下面積除以時間）和時序值

報(bào)告用于 X-Y 繪圖的峰和谷值樣本數(shù)

接受四個周期定義：谷到谷;峰到峰;谷峰;峰谷到谷

自動完整地注釋每個報(bào)告

可選擇時序值縮放：以秒為單位的間隔;以赫茲為單位的費(fèi)率;和速率（以每分鐘周期數(shù)為單位）

支持兩種輸出數(shù)據(jù)格式：表格 ASCII 實(shí)數(shù)（所有電子表格都接受）;ASYST 和 ASYSTANT 兼容浮點(diǎn)二進(jìn)制文件

對可選組（1 個（無平均）的報(bào)告值執(zhí)行逐周期平均，直至 32，767 個周期

高級 CODAS 報(bào)告生成器 （RG） 接受使用高級 CODAS 峰值捕獲實(shí)用程序捕獲的波形（請參閱上一節(jié)），并以波形的測量單位生成峰值和/或谷點(diǎn)報(bào)告。RG包含允許其進(jìn)一步報(bào)告平均值和時序信息的算法。通過計(jì)算曲線下面積除以時間得出的平均值，以波形的測量單位逐周期報(bào)告。波形周期時序可以報(bào)告為以秒為單位的間隔，也可以報(bào)告為以赫茲為單位的速率或以每分鐘周期為單位的速率。還提供了報(bào)告的峰值和谷值點(diǎn)的樣本數(shù)，允許通過分析包繪制每個點(diǎn)值與時間的關(guān)系。RG 專為靈活性而設(shè)計(jì)，允許您逐個周期或最多 32，767 個周期的平均值指定點(diǎn)值報(bào)告。它支持所有流行的電子表格和文本編輯器（例如，Lotus 1-2-3，Quatro，PC-Write，Microsoft Word等）以及科學(xué)分析包ASYST和ASYSTANT的數(shù)據(jù)存儲格式。RG文件與高級CODAS峰值捕獲實(shí)用程序結(jié)合使用，可讓您花更多時間進(jìn)行分析，而不是提取波形信息，從而使您最喜歡的分析包發(fā)揮作用。

報(bào)告生成器操作：

生成峰值和谷值捕獲壓力的報(bào)告，指定電子表格打印文件（CS V）輸出格式。繪制收縮壓、舒張壓和平均壓力與時間的關(guān)系圖（以秒為單位）。用于生成此圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括心率，但未繪制。

波形微分 — 用于確定變化率

將復(fù)雜函數(shù) kd ［f（t）］/dt 簡化為簡單操作

可變平衡濾波消除了輸出與輸入波形的相移

自動縮放允許以與時間相關(guān)的任何測量單位進(jìn)行校準(zhǔn)（以秒為單位）

導(dǎo)數(shù)函數(shù)推導(dǎo)出輸入通道的變化率。導(dǎo)數(shù)的獨(dú)特之處在于能夠在生成變化率通道時將平衡移動平均濾波器直接應(yīng)用于輸入通道。這允許變化率與原始通道及時對齊。

左心室壓（LVP）的導(dǎo)數(shù)如圖5所示。LVP 是從 Millar 導(dǎo)管尖端微型壓力傳感器獲得的，該傳感器已進(jìn)入心臟的左心室。心肌收縮和放松的強(qiáng)度或速度在以下衍生通道中說明。

通道d（LVP）2/dt（無濾波器）包含大量噪聲。然而，通道d（LVP）7/dt顯示了使用7點(diǎn)平衡移動平均濾波器來降低微分噪聲。將濾波器設(shè)計(jì)為導(dǎo)數(shù)函數(shù)的一部分，將兩步過程減少到一個，從而消除了在生成導(dǎo)數(shù)之前對通道進(jìn)行濾波的需要。

圖 5— 說明了心室壓力波形上的高級 CODAS 分化功能。

波形移動平均濾波器 — 用于濾除噪聲，或用于從相通道生成平均壓力通道

變量過濾器提供 2 到 1000 個點(diǎn)的平滑

導(dǎo)數(shù)的移動平均濾波器作為單獨(dú)的函數(shù)提供。這種類似Iow的通濾波器可以應(yīng)用于任何輸入通道以降低噪聲。它還可用于從相性動脈血壓通道生成平均壓力通道。

圖6的舒張末期壓力通道顯示了圖 5的 LVP 通道在沒有濾波的情況下擴(kuò)展了 4 倍。下一個通道是將 5 點(diǎn)移動平均濾波器應(yīng)用于 LVP 通道的結(jié)果，以產(chǎn)生更清晰的圖像，從中得出 EDP 值。

平均主動脈壓力通道是使用 250 點(diǎn)移動平均值從主動脈壓力通道生成的。主動脈壓力通道來自用于產(chǎn)生 LVP 通道的同一換能器，但在導(dǎo)管通過主動脈瓣進(jìn)入左心室之前。移動平均濾波因子設(shè)置為等于主動脈壓力通道的采樣率。這近似于模擬單極Iow通濾波器中用于生成平均壓力通道的1秒時間常數(shù)。

圖 6— 說明了主動脈壓波形上的高級 CODAS 移動平均濾波器功能。

波形數(shù)學(xué)函數(shù) — 用于將波形組合為任意數(shù)學(xué)方程的函數(shù)

支持 +、-、×、÷、abs（ ）、exp、sqrt、log 和 ln 函數(shù)

支持精確增量的波形相移

自動波形校準(zhǔn)，無論應(yīng)用何種操作

圖 7是WinDaq波形瀏覽器的打印屏幕，顯示了生成調(diào)幅 （AM） 波形的數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果。前兩個波形由WinDaq/Pro錄音軟件采集。最底部的兩個波形是使用高級CODAS數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)用程序以數(shù)學(xué)方式生成的。通道1（最上層）是載波波形。通道 2 是調(diào)制波形。由于調(diào)制波形不能通過零來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制，因此通道3是由數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)用程序通過向通道2的波形添加固定偏移來得出的。為了清楚起見，我們將此波形顯示為中間步驟。實(shí)際上，偏移可以指定為生成通道4的AM信號的公式的一部分。通道 4 是將通道 1 乘以通道 3 生成的 AM 信號。圖 8是WinDaq波形瀏覽器回放和分析軟件生成的 AM 信號的 FFT。FFT的中心峰值（載波頻率）由調(diào)制信號引起的上下邊帶包圍顯示。

圖7

圖8

高級 CODA 應(yīng)用示例

背景：俄亥俄州伊利湖岸是兩座核電站的所在地。由于它也是地震斷層的所在地，NRC建立了一個地震觀測站來監(jiān)測該地區(qū)的地震活動。來自天文臺的信息被傳播給土木工程師，作為發(fā)電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和維護(hù)的輔助工具。

目的：從WinDaq 獲得的地震速度波形中得出地球位移的度量值，該波形由 89 年 3 月 22 日發(fā)生的地震產(chǎn)生。

圖9

圖10

程序：圖9最上面的波形是地震速度（cm/s）。使用高級CODAS積分實(shí)用程序，圖9的第二個通道（以厘米為單位的位移）是通過將速度與過零時發(fā)生的復(fù)位積分得出的。由于每個地震周期的正方向和負(fù)方向的最大位移分別發(fā)生在峰值和谷值點(diǎn)，因此波形通過高級CODAS峰谷探測器。峰值捕獲軟件放置在波形上的垂直標(biāo)記指示每個地震周期的峰值和谷點(diǎn)。峰值捕獲的波形通過高級CODAS報(bào)告生成器，以生成每個周期的最大和最小位移值的ASYSTANT兼容文件。圖10是Microsoft Excel軟件生成的3/22/89地震峰峰值地震位移的統(tǒng)計(jì)分布。

審核編輯：郭婷