Uživatelská příručka PostPrioMed Commander

Uživatelská příručka PostPrioMed Commander
Posturomed®
Propriomed®
Autoři: Ing. Roman Melecký, Ing. Daniel Novák Ph.D.
Kontakt: [email protected]
Katedra Kybernetiky
Fakulta elektrotechnická
ČVUT v Praze
Technická 2
Praha 6
160 00
1
Program PostPrioMed Commander je určen pro analýzu aktiografických dat ziskaných z
rehabilitačních přístrojů Propriomed a Posturomed. Program nabízí následující funkce:
-
přehlednost, názornost
-
pohodlné a intuitivní ovládání
-
co možná nejvíce „user-friendly“
-
schopnost načíst data z Posturomedu a Propriomedu
-
schopnost načíst celou adresářovou strukturu s daty
-
zobrazit úplnou cestu každého načteného souboru
-
získat všechny údaje z datového souboru
-
přehledné a jednoduché přepínání mezi načtenými soubory
-
ukládat data do zvláštní a přehledné struktury
-
případně dodatečně přidávat k načteným datům nová
-
možnost převzorkování dat
-
konverze dat do zpracovatelného formátu
-
vizualizace všech načtených signálů v čase
-
vykreslení všech načtených signálů v rovině XY
-
zobrazení spekter signálů
-
výpočet a vizualizace spektrogramů
-
s tím spojená schopnost vizuálně porovnávat data mezi sebou ve dvou nezávislých
oknech
-
implementace korelační a koherenční analýzy
-
implementace vlastní metody pro objektivní diagnostiku posturálních poruch,
analýza
-
získání vypovídajících parametrů a příznaků každého signálu
-
klasifikace
-
Vor-,ach analýza, tj.schopnost zjistit zlepšení pacienta po terapii
-
zobrazení výsledků
-
otevřít každý vykreslený signál ve zvláštním okně, zoom, prohlížení detailů
-
zautomatizovat celý proces k dosažení co nejmenší nutnosti zásahu uživatele
-
commander-like struktura
Na obrázku 1 je znázorněno uživatelské rozhraní programu.
2
Obr.1. Uživatelské rozhraní programu PostPrioMed Commander
Popis funkcí programu PostPrioMed Commander
Následující řádky obsahují stručný popis implementovaných funkcí a ovládání, slouží jako
tutoriál a manuál v jednom.
1. Spuštění programu
Program je implementován v programovém prostředí Matlab firmy Mathworks verze 7.5.0
R2007b, pod kterou je taky plně funkční. Vývoj byl realizován ve vývojovém prostředí pro
grafické aplikace - Guide. Ke správnému a bezproblémovému běhu programu je také nutné
mít nainstalovanou nejnovější verzi JavaTM , aktuální verze v době vývoje byla Version 6
Update 5 (build 1.6.0_05-b13) Copyright 2008 Sun Microsystems,Inc.
3
Program se spouští v Matlabu svým systémovým m-souborem posturomed_commander.m,
který také obsahuje celý zdrojový kód programu. Veškeré grafické objekty jsou obsaženy v
souboru posturomed_commander.fig.
2. Systémová tlačítková lišta
Po spuštění m-souboru posturomed_commander.m se zobrazí aktivní pouze 3 tlačítka na
vrchní systémové liště.
Tlačítko 1. Load Data, tlačítko 2. Load Directory a tlačítko 5. Close Posturomed
Commander
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Obr.2. Tlačítka na systémové liště, zleva Load Data, Load Directory, Add files, Save Data,
Close PostPrioMed Commander, Convert and Resample
1. Load Data: Funkce umožňuje načíst data z Posturomedu do programu PostPrioMed
Commander, podporované formáty jsou *.PSS, *.PKR, *.POK a *.mat. Program podporuje
pouze matlabovské soubory typu *.mat vytvořené programem PostPrioMed Commander!
Celkem je program schopen načíst až 45 signálů.
2. Load Directory: Funkce umožňuje načíst celou adresářovou strukturu vybraného
adresáře včetně všech podadresářů, přitom je algoritmus ošetřen tak, že ignoruje všechny
nepodporované typy souborů. Takže tyto mohou být v adresářích přítomny (textové anotace,
obrázky,…). Tlačítkem 2. nelze načítat *.mat soubory!
3. Add Files: Funkce umožňuje k již načteným datům přidat další bez nutnosti načítat
všechna data znova.
4. Save Data: Uloží všechna právě otevřená data včetně výsledků analýzy, získaných
parametrů a výsledků klasifikace do speciální struktury, která bude popsána níže.
5. Close PostPrioMed Commander: Ukončí program, ujistěte se, že jste uložili všechna
data!
4
6. Convert and resample: Nástroj pro převzorkování a konverze 10 PKR souborů stejné
délky do jediné mat struktury. Doporučený cílový počet vzorků je 800!
Obr.3. Okno nástroje Convert and Resample
Okno vypíše chybovou hlášku, pokud nebude načtených 10 PKR souborů stejné délky.
3. 'avigační panel
User-friendly commander-like rozhraní je patrné ze vzhledu navigačního panelu.
1.
2
3.
4.
Obr.4. 2avigační panel
Mezi načtenými daty je možné se přepínat hned třemi způsoby:
1. Tlačítky na signálové liště. Každému načtenému souboru je přiřazeno tlačítko, které
identifikuje signál číslem s barvou a jejímu popisku přiřadí název souboru.
2. Posuvníkem. Pro komfort při prohlížení dat byl implementován posuvník, kterým se lze
„posouvat“ mezi signály vždy o jeden vlevo nebo vpravo. Pokud je načtených signálů více
než 15, program vytvoří tzv. „skupiny tlačítek“ 1-15, 16-30 a 31-45, krajní tlačítka posuvníku
pak slouží k přechodu mezi skupinami tlačítek 1-15, 16-30 a 31-45 vlevo nebo vpravo.
5
3. Rolovací okno. V rolovacím okně se objevují názvy právě načtených souborů. Stejně
pohodlně lze tedy mezi daty přepínat pomocí tohoto okna, a přepnout se např. na žádoucí
signál podle jména.
4. Informační panel. Podává vždy informaci o úplné cestě k právě prohlíženému souboru
s daty.
Navigační panely jsou celkem dva na sobě vzájemně nezávislé. Levý a pravý.
4. Systém záložek
Pro přehlednost a ušetření cenného místa byl vytvořen systém záložek.
Obr.5. Záložky programu PostPrioMed Commander
Mezi aplikačními okny programu PostPrioMed Commander se lze přepínat pomocí
implementovaného systému záložek, který funguje jako každý jiný podobný systém v jiných
programech. Kliknutím myši na název záložky se uživatel přepne do patřičného panelu.
Panely jsou následující:
1.Plot(t) panel: zobrazí panel pro vizualizaci dat v časové oblasti. Přitom má tento panel ještě
dva podpanely. První zobrazuje signály X1,Y1 až X5,Y5 a druhý X6,Y6 až X10,Y10.
Přepínání mezi podpanely je realizováno jednodušše pomocí popsaných a zvýrazněných
tlačítek „signals 1-5“ a „signals 6-10“.
2. X-Y Panel: zobrazí panel pro vizualizaci dat v rovině X-Y. Neobsahuje podpanely.
3. DFT Panel: Zobrazí diskrétní Fourierovu transformaci signálů tj. zobrazí jejich spektra.
Panel obsahuje stejné podpanely jako Plot(t) panel.
4. Spgr Panel: Panel zobrazí spektrogramy signálů. Obsahuje dva podpanely.
6
Obr.6. Vizualizační panely. Vlevo nahoře – vykreslený Plot(t) Panel, vpravo nahoře –
vykreslený X-Y Panel,vlevo dole– vykreslený DFT Panel, vpravo dole – vykreslený Spgr Panel
5. Corr Panel: Korelační a koherenční panel. Umožňuje korelovat signály mezi sebou jak
v časové, tak ve frekvenční oblasti. Panel bude podrobněji popsán níže viz.3.4.1.6
6. Info Panel: Obsahuje informace dostupné z každého signálu. Panel bude podrobněji
popsán níže viz. kapitola 7.
7
5. Vizualizační tlačítka
Vizualizační tlačítka slouží k vykreslování požadovaných průběhů.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
Obr.7. Vizualizační tlačítka programu PostPrioMed Commander
1. Tlačítko Plot(t): stiskem tlačítka se otevře Plot(t) Panel a vykreslí se průběhy
požadovaného signálu v čase.
2. Tlačítko Plot XY: stiskem tlačítka se otevře X-Y Panel a vykreslí se průběhy
požadovaného signálu v rovině X-Y.
3. Tlačítko Plot DFT: stiskem tlačítka se otevře DFT Panel a vykreslí se spektra
požadovaného signálu.
4. Tlačítko Plot Spgr: stiskem tlačítka se otevře Panel Spgr a vykreslí se spektrogramy
požadovaného signálu.
5. Tlačítko Plot’em all: stiskem tlačítka se vykreslí pro daný soubor všechny výše
uvedené vizualizace v pořadí: 1.,2.,3.,4.
6. Tlačítko Clear plotted signals: stiskem tlačítka uživatel manuálně vymaže obsah oken
s vykreslenými signály.
8
6. Corr panel
Korelační panel umožňuje korelovat signály dvou souborů mezi sebou. Nástroj je vhodný
k porovnávání podobnosti dat pacientu před a po terapii.
Obr.8. Korelační panel
Po kliknutí na záložku Corr Panelu se otevrou korelační panely na obou stranách. Lze zde
ručně zaškrtnout který signál daného souboru chceme korelovat. Algoritmus je ošetřen tak,
aby nebylo možné porovnávat X signály s Y signály a naopak. Tyto korelace dávají totiž
irelevantní výsledky. Po zaškrtnutí vybraného signálu, se nám zobrazí
v časové oblasti
v horním ze dvou oken, do stejného okna se pak zobrazí i druhý ze zvolených signálů.
Zvolíme jednu z možností korelace a tlačítko Correlate provede korelaci v časové oblasti (v
případě volby Coher, ve frekvenční oblasti) a zobrazí korelační (koherenční) funkci a
vypočítá korelační koeficient korelovaných signálů. Nutno podotknout, že v případě, kdy je
vpravo i vlevo vybrán stejný datový soubor, výsledky budou autokorelační.
9
Lze tedy porovnávat signály každý zvlášť, ale také hromadně. Pomocí tlačítek X-X All a Y-Y
All se provede korelace všech X resp. Y signálů na obou stranách.
Obr.9. Tabulky korelačních koeficientů X a Y signálů pacienta kp1 před a po terapii
Obr.10.Korelační koeficienty X a Y signálů pacienta kp1 před a po terapii z obr.9 vyjádřené
v barevné škále
V signálovém okně se zobrazí se spočítané korelační koeficienty vyjádřené v barevné škále,
přitom se aktivují tlačítka X-X Coef Tab>> resp. Y-Y Coef Tab>>, které nám zobrazí
hodnoty korelačních koeficientů v přehledné tabulce. Viz obr.9. Tlačítko Clear pak uvede
korelační panel do výchozího stavu.
10
7. Info Panel
Info Panel nás informuje o údajích získaných z každého souboru.
Kromě názvu načteného souboru a jeho úplné cesty, se můžeme dozvědět jméno a příjmení
měřeného pacienta, datum měření, čas měření a můžeme přidat krátkou anotaci. Toto editační
pole bylo přidáno za účelem vložení pacientovy diagnózy.
Obr.11. Info Panel
8. Dialogová okna (waitbars)
Jelikož programu občas trvá delší dobu než zpracuje požadovanou operaci, byl PostPrioMed
Commander vybaven dialogovými čekacími okny, které uživateli podávají informaci o
aktuálním stavu zpracovávaného příkazu. Po ukončení operace, tj. dialogové okno doběhne
do 100%, se po době 2 sekund okno samo zavře.
Prvním takovým oknem, se kterým se uživatel setká je nahrávací okno. Protože právě
nahrávání dat může trvat delší dobu, obzvláště v případě, kdy si uživatel přeje nahrát do
programu větší množství dat.
11
Obr.12.Dialogové okno načítání. 2ahoře- název právě načítaného souboru, dole- informace o
typu právě načítaného souboru, tlačítko OK se aktivuje po načtení všech souborů, nicméně
okno se zavře i samo po uplynutí 2 sekund
S podobnými okny se uživatel setká u operací trvající delší dobu (např. vykreslování,
analýza,…) a jejich význam je čistě informativní a zapadá do user-friendly charakteru
programu.
9. mat Struktura
PostPrioMed Commander je schopen uložit veškerá načtená a zpracovaná data do zvláštní
přehledné .mat struktury kterou nazve „myguidata“. Struktura je rozdělená do kolonek viz
obr.3.17.
1.
2.
3.
Obr.13. Struktura .mat
Strukturu je možné dohledat ve Workspace Matlabu pod názvem myguidata (na obr.vlevo).
Kolonky ve struktuře jsou kvůli přehlednosti pojmenovány podle názvu načtených souborů
(na obr.uprostřed). Pod kolonkou každého z načtených souborů je vždy podstruktura
základních parametrů získaných z dat každého souboru (na obr.vpravo). Parametry jsou tyto:
12
cesta k souboru, jméno a příjmení pacienta, datum měření, čas měření, doba měření,
vzorkovací frekvence, počet vzorků a samotná data. Po analýze přibudou ještě podstruktury
„obalky“ a „parametres“ (více viz.následující kapitola).
10. Zvláštní okna
Mezi nejvýznamnější implementované funkce programu PostPrioMed Commander patří
otevírání vykreslených průběhů ve zvláštních oknech. Významná je z toho důvodu, že
uživatel bude častokrát chtít si daný průběh prohlídnout ve větších detailech a vykreslovací
okna jsou k tomuto účelu příliš malá. Stačí ale pouze kliknout pravým tlačítkem myši na
požadovaný průběh, a ten se otevře ve zvláštním zvětšeném okně doplněný legendou, kde si
lze například průběh přiblížit, uložit, vytisknout,atd… Jednoduchý princip je lépe patrný
z obr.14.
Pravé tlačítko myši
'ové okno
Obr.14. Zobrazení ve zvláštních oknech jednoduchým stiskem pravého tlačítka myši
13
11. Popisky tlačítek
Každému tlačítku je pro přehlednost, nápovědu a orientaci přirazen popisek.
Statickým tlačítkům (tj. např. systémová, vizualizační,…) jsou přiřazeny pevné popisky.
Dynamickým tlačítkům (tj.signálová) jsou při načítání dynamicky přiřazovány názvy
příslušných souborů, které tlačítka představují. Popisek se zobrazí zhruba po 1 sekundě
přidržením kurzoru na požadovaném tlačítku.
12. Tlačítka analýzy
Stiskem
resp.
dojde k vykreslení signálů zvoleného datového souboru na levé resp.
pravé straně rozhraní programu, výpočtu všech výše popsaných parametrů všech
vykreslovaných signálů a do všech signálů jsou barevně vykresleny všechny parametry, které
lze vizualizovat. Tlačítkem tedy provedeme vizuální i výpočetní analýzu zvoleného souboru
s daty. O aktuálním stavu analýzy nás informuje příslušný waitbar. Viz obrázek 15.
14
Obr.15. Průběh analýzy v prostředí programu PostPrioMed Commander
Funkce tlačítka
je v podstatě dost podobná dvěma předchozím, s tím rozdílem, že
provede komplexní analýzu a výpočet parametrů všech načtených dat bez vykreslování a
vytvoří soubor s parametry, který je možné dále zpracovat v některém tabulkovém editoru.
V obou případech dojde i k uložení vypočtených parametrů a vložení do již zmíněné
přehledné struktury myguidata ve workspace v matlabu viz obr. 16.
15
Obr.16. Uložené parametry pro data pacienta eb1 ve struktuře myguidata ve workspace
Matlabu
Na základě extrahovaných příznaků a jejich prahových hodnot, jsme nyní schopni realizovat
analýzu dat před a po terapii čili Vor-nach analýzu.
Ta se v programu PostPrioMed Commander skrývá pod tlačítkem
, které se aktivuje po
základní analýze a nalezení parametrů. Stiskem tlačítka se otevře panel analýzy.
16
Obr.17. Panel Vor-2ach analýzy
Panel vor-nach analýzy je navržen tak, aby uživatel mohl vlevo prohlížet příznaky pacienta
před terapií a vpravo příznaky po terapii. Stiskem tlačítka Analyze, se provede procentuální
výpočet a posouzení jak se pacient zlepšil či zhoršil ve schopnosti stabilizace a to na základě
každého příznaku zvlášť. Výpočet procentuálního zlepšení či zhoršení se provádí vůči
maximální hodnotě daného parametru z dat před terapií, kde se předpokládají horší výsledky.
13. Tlačítko klasifikace
Panel klasifikace se otevře stisknutím tlačítka
. Viz obr. 18.
Obr.18. Panel Klasifikace
17
V panelu se může uživatel přepínat pomocí posuvné lišty mezi všemi načtenými daty, která
prošla analýzou. Panel informuje o hodnotě každého příznaku a jeho klasifikaci realizovanou
pomocí metody umělé neuronové sítě. Každému příznaku je přiřazena třída na základě jeho
hodnoty a klasifikačních prahů. Průměrováním je pacient celkově oklasifikován a je zařazen
do jedné ze čtyř tříd, o čemž je uživatel informován červeným nápisem názvu třídy.
18