了解先进的CODAS软件

高级 CODAS 是WinDaq波形浏览器播放和分析软件的无缝软件增强功能。高级CODAS本质上是一个分析功能的工具箱，在其波形分析方法中提供了几乎无限的灵活性。本应用笔记旨在详细检查每个高级CODAS分析功能，试图使读者了解可能应用于他或她自己的应用的分析原理。以下页面中使用的波形示例是从大量WinDaq软件用户中获取的。但是，它们所代表的应用不应被解释为限制产品在其他领域的潜在使用。在任何给定情况下，这种限制都是分析实用程序本身和用户想象力的功能。

需要强调的是，所有高级 CODAS 分析功能都作为真正的磁盘流处理器运行。采集的波形信息通过分析功能从磁盘流式传输，并作为计算通道返回到磁盘。您可以分析的数据量仅受硬盘驱动器大小的限制。此外，高级CODAS生成的所有波形都会自动校准到适当的测量单位。

高级CODAS的微积分函数，积分和导数，允许灵活的单位变换。上述例子中演示的相同原理几乎可以应用于医疗或工业应用中遇到的任何度量单位。

波形积分 — 用于曲线下面积测定

将复杂函数 k ∫ f（t） dt 简化为简单操作

四种输入模式：

绝对值 — 将负信号折叠到零以上，在积分（全波整流）之前加入正信号

双极性 — 集成零以上和零以下的信号

正单极性 — 阻止零以下信号积分（+半波整流）

负单极性 — 阻止零以上的信号被积分（- 半波整流）

自动缩放允许以与时间相关的任何测量单位进行校准（以秒为单位）。

四种复位方法允许定期积分复位，无需手动干预：

过零 ― 每次信号通过零时将累积面积重置为零。

时间 ― 在预设时间将累积面积重置为零

Level ― 在指定的面积值处将累积面积重置为零

外部 — 将另一个通道的峰值捕获标记的累积面积重置为零

两种显示模式：

连续 — 连续显示集成波形

复位前采样并保持 — 消除零复位转换，同时保持总累积面积直到下一次复位

积分函数生成输入通道的曲线下面积。Advanced CODAS的独特之处在于它能够生成“连续”的集成波形通道。没有其他软件包提供积分器复位方法，允许连续、不间断、自动显示积分波形。有四种积分复位方法可用：输入通道过零时、特定时间间隔、特定计算面积水平上，或从另一个通道外部，该通道已通过高级CODAS峰值捕获算法标记了拐点。

图2显示了在所有情况下使用过零复位方法的不同输入模式。图1的输入信号是从气流传感器或气管获得的呼吸波形。图2的呼吸量窗口显示了根据呼吸流量计算的吸气/呼气量波形的产生。设置呼吸量窗口以积分零以上和零以下（双极性）的信号，并在输入信号通道的每次过零时复位。

图 1— 该呼吸流量波形将用作积分函数的输入信号，可以在数学上描述为 ±f（t）。

图 2— 说明了在所有四种情况下使用过零复位方法的高级 CODAS 积分函数的四种输入模式。

吸气量设置与呼吸量通道相同，只是积分器整流模式仅针对阳性信号设置。吸气体积通道的三角形波形的每个正峰值就是吸入的总累积空气量。呼气量通道仅针对阴性信号设置。绝对音量通道显示积分器整流模式设置为绝对值时产生的波形（负信号折叠到零以上以加入正信号）。

图3显示了积分的电平和时间复位方法，以及使用采样/保持来生成类似直方图的峰值积分值显示。每次呼吸量窗口显示逐次呼吸吸气量的峰值。它的设置与顶部窗口（吸气量）相同，但激活了采样/保持。单位时间交易量窗口说明了每 0.8 秒重置一次积分。每个音量窗口的时间显示电平重置的使用。在这种情况下，当吸气量达到预定的40毫升体积时，就会发生重置。

图 3— 说明了高级 CODAS 积分功能复位方法。所有四种情况都显示正单极性模式。

波形整流 — 用于任何输入波形的整流视图

三种演示模式：

绝对值 — 将负信号折叠到零以上以连接正信号（全波整流）

正单极性 — 阻断零以下信号（+半波整流）

负单极性 — 阻断高于零的信号（-半波整流）

积分的整流器部分可作为单独的功能提供，并允许输入通道进行半波或全波整流。

图4显示了整流对呼吸流波形的影响。吸气流道是从呼吸血流中提取的信号的正半部分。通过选择“正单极”产生吸气流量，这会阻止显示所有负面信号。呼气流道显示了从呼吸流道中选择“负单极”的效果，该流道会阻止所有阳性信号。绝对流道是呼吸流量“绝对值”的显示，它将负信号折叠到零以上以加入正信号。

图 4— 说明了呼吸流波形的高级 CODAS 整流功能。

波形峰值和谷值捕获 — 用于检测循环最小值和最大值

自动峰值捕获输入波形的每个周期，以实现最大（峰值）和/或最小（谷值）偏移

通过高级 CODAS 报告生成器将移植到分析包的数据减少至少 40：1

在WinDaq 获取或高级 CODAS 计算的通道上运行

在无限数量的波形周期内工作

可变阈值检测器几乎可与任何工业或医疗类波形配合使用

可配置为峰、谷值或峰谷检测

在输入波形上放置易于识别的峰值和谷值标记

允许从WinDaq波形浏览器播放和分析软件查看和编辑峰谷标记

基于计算机的数据采集的一个固有特征是能够生成波形信息的大型数据文件。对于WinDaq系统尤其如此，因为它们具有将波形信息连续记录到磁盘的独特能力。遗憾的是，ASYST 和 Lotus 1-2-3 等波形分析实用程序在可导入的采集数据数量方面极为有限。此外，波形分析通常从确定定义周期内的最大和最小波形偏移开始。这些数量由高级 CODAS 峰值捕获实用程序自动得出。它检测关键的周期性最大和/或最小波形偏移，并与报告生成器（见下一节）一起将波形流减少到其分量逐周期元素：峰值和谷值偏移值以及任何测量单位的平均值和时序信息。将减少的数据报告到您最喜欢的分析包中，可将其容量扩展至少 40 倍，同时允许您专注于分析和最终演示。

示例 — 峰值检测动脉压波形，以提取收缩压、舒张压、平均压和心率。

高级CODAS操作：

动脉压波形的峰值和谷值捕获最小（舒张压）和最大（收缩压）拐点。

输入波形：动脉压（毫米汞柱）。

捕获的峰值和谷值波形（为清晰起见，显示时禁用了网格线）。检测到的峰值数据点表示收缩压，谷值检测到的数据点表示舒张压。

波形报告生成器 — 用于生成峰值捕获波形的报告

以波形的测量单位报告峰值捕获波形的峰值和/或谷点

推导并报告逐周期波形平均值（曲线下面积除以时间）和时序值

报告用于 X-Y 绘图的峰和谷值样本数

接受四个周期定义：谷到谷;峰到峰;谷峰;峰谷到谷

自动完整地注释每个报告

可选择时序值缩放：以秒为单位的间隔;以赫兹为单位的费率;和速率（以每分钟周期数为单位）

支持两种输出数据格式：表格 ASCII 实数（所有电子表格都接受）;ASYST 和 ASYSTANT 兼容浮点二进制文件

对可选组（1 个（无平均）的报告值执行逐周期平均，直至 32，767 个周期

高级 CODAS 报告生成器 （RG） 接受使用高级 CODAS 峰值捕获实用程序捕获的波形（请参阅上一节），并以波形的测量单位生成峰值和/或谷点报告。RG包含允许其进一步报告平均值和时序信息的算法。通过计算曲线下面积除以时间得出的平均值，以波形的测量单位逐周期报告。波形周期时序可以报告为以秒为单位的间隔，也可以报告为以赫兹为单位的速率或以每分钟周期为单位的速率。还提供了报告的峰值和谷值点的样本数，允许通过分析包绘制每个点值与时间的关系。RG 专为灵活性而设计，允许您逐个周期或最多 32，767 个周期的平均值指定点值报告。它支持所有流行的电子表格和文本编辑器（例如，Lotus 1-2-3，Quatro，PC-Write，Microsoft Word等）以及科学分析包ASYST和ASYSTANT的数据存储格式。RG文件与高级CODAS峰值捕获实用程序结合使用，可让您花更多时间进行分析，而不是提取波形信息，从而使您最喜欢的分析包发挥作用。

报告生成器操作：

生成峰值和谷值捕获压力的报告，指定电子表格打印文件（CS V）输出格式。绘制收缩压、舒张压和平均压力与时间的关系图（以秒为单位）。用于生成此图的基础数据包括心率，但未绘制。

波形微分 — 用于确定变化率

将复杂函数 kd ［f（t）］/dt 简化为简单操作

可变平衡滤波消除了输出与输入波形的相移

自动缩放允许以与时间相关的任何测量单位进行校准（以秒为单位）

导数函数推导出输入通道的变化率。导数的独特之处在于能够在生成变化率通道时将平衡移动平均滤波器直接应用于输入通道。这允许变化率与原始通道及时对齐。

左心室压（LVP）的导数如图5所示。LVP 是从 Millar 导管尖端微型压力传感器获得的，该传感器已进入心脏的左心室。心肌收缩和放松的强度或速度在以下衍生通道中说明。

通道d（LVP）2/dt（无滤波器）包含大量噪声。然而，通道d（LVP）7/dt显示了使用7点平衡移动平均滤波器来降低微分噪声。将滤波器设计为导数函数的一部分，将两步过程减少到一个，从而消除了在生成导数之前对通道进行滤波的需要。

图 5— 说明了心室压力波形上的高级 CODAS 分化功能。

波形移动平均滤波器 — 用于滤除噪声，或用于从相通道生成平均压力通道

变量过滤器提供 2 到 1000 个点的平滑

导数的移动平均滤波器作为单独的函数提供。这种类似Iow的通滤波器可以应用于任何输入通道以降低噪声。它还可用于从相性动脉血压通道生成平均压力通道。

图6的舒张末期压力通道显示了图 5的 LVP 通道在没有滤波的情况下扩展了 4 倍。下一个通道是将 5 点移动平均滤波器应用于 LVP 通道的结果，以产生更清晰的图像，从中得出 EDP 值。

平均主动脉压力通道是使用 250 点移动平均值从主动脉压力通道生成的。主动脉压力通道来自用于产生 LVP 通道的同一换能器，但在导管通过主动脉瓣进入左心室之前。移动平均滤波因子设置为等于主动脉压力通道的采样率。这近似于模拟单极Iow通滤波器中用于生成平均压力通道的1秒时间常数。

图 6— 说明了主动脉压波形上的高级 CODAS 移动平均滤波器功能。

波形数学函数 — 用于将波形组合为任意数学方程的函数

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

支持精确增量的波形相移

自动波形校准，无论应用何种操作

图 7是WinDaq波形浏览器的打印屏幕，显示了生成调幅 （AM） 波形的数学运算结果。前两个波形由WinDaq/Pro录音软件采集。最底部的两个波形是使用高级CODAS数学函数实用程序以数学方式生成的。通道1（最上层）是载波波形。通道 2 是调制波形。由于调制波形不能通过零来实现适当的调制，因此通道3是由数学函数实用程序通过向通道2的波形添加固定偏移来得出的。为了清楚起见，我们将此波形显示为中间步骤。实际上，偏移可以指定为生成通道4的AM信号的公式的一部分。通道 4 是将通道 1 乘以通道 3 生成的 AM 信号。图 8是WinDaq波形浏览器回放和分析软件生成的 AM 信号的 FFT。FFT的中心峰值（载波频率）由调制信号引起的上下边带包围显示。

图7

图8

高级 CODA 应用示例

背景：俄亥俄州伊利湖岸是两座核电站的所在地。由于它也是地震断层的所在地，NRC建立了一个地震观测站来监测该地区的地震活动。来自天文台的信息被传播给土木工程师，作为发电厂结构设计和维护的辅助工具。

目的：从WinDaq 获得的地震速度波形中得出地球位移的度量值，该波形由 89 年 3 月 22 日发生的地震产生。

图9

图10

程序：图9最上面的波形是地震速度（cm/s）。使用高级CODAS积分实用程序，图9的第二个通道（以厘米为单位的位移）是通过将速度与过零时发生的复位积分得出的。由于每个地震周期的正方向和负方向的最大位移分别发生在峰值和谷值点，因此波形通过高级CODAS峰谷探测器。峰值捕获软件放置在波形上的垂直标记指示每个地震周期的峰值和谷点。峰值捕获的波形通过高级CODAS报告生成器，以生成每个周期的最大和最小位移值的ASYSTANT兼容文件。图10是Microsoft Excel软件生成的3/22/89地震峰峰值地震位移的统计分布。

审核编辑：郭婷