Time synchronization of multiple biosignals using software interface

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on aikasynkronoida erilaisia biologisia mittalaitteita ohjelmistorajapinnan avulla. Tässä tapauksessa ohjelmistorajapinta on kirjoitettu C#:lla. Synkronoidut laitteet koostuvat elektrokardiogrammista (EKG), galvaanisesta ihovasteesta (GSR) ja silmien seurannasta. Näiden laitteiden mittaukset kerätään Triersin sosiaalisella stressitestillä (TSST), jota käytetään stressireaktion aiheuttamiseen koehenkilöillä. TSST:n mittausten tulee olla riittävän tarkkoja, jotta reaktioiden alkamisen ja loppumisen ajat vastaavat TSST:n luomia ärsykkeitä.

Opinnäytetyön työmäärä on jaettu kolmeen osaan: tutkimus, testaus ja toteutus. Tutkimusvaiheen tarkoitus oli saavuttaa yleinen ymmärrys aikasynkronisaatioon liittyvistä aiheista ja yleisistä konsepteista. Kun jonkinlainen ymmärrys oli saavutettu lukemalla, voitiin siirtyä testausvaiheeseen. Testausvaiheessa käytiin läpi laitteiden toimivuus sekä niiden tuottaman datan oikeellisuus. Lisäksi testausvaiheessa tarvittiin jakso, jossa käytiin läpi C# ohjelmoinnin nopea kertaus ja yleiset konseptit. Lopuksi olisi tullut toteutusvaihe, jossa olisi luotu ohjelmistorajapinta, jonka avulla viive olisi laskettu ja lisätty mitattuihin aikaleimoihin joko mittauksen aikana tai mittauksen jälkeen.

Valitettavasti laitteiden C # -kirjaston koodipohja oli täynnä dokumentoimatonta koodia mikä aiheutti sen, että koodin kirjoittamiseen olisi kulunut erittäin paljon aikaa. Tämä ei olisi ollut mahdollista projektin antamassa aikataulussa. Python-ohjelmointikielellä luotiin vaihtoehtoinen esimerkkiratkaisu, joka esittää yksinkertaisen ratkaisun aikaviiveen laskentaan. Tämä ratkaisu näyttää laitteiden käynnistymisen aiheuttaman viiveen ja laskee jälkikäsittelyvaiheen viiveen aikaleimatietoihin.

The purpose of this thesis was to time synchronize different biological measuring devices using a software interface. In this case the software interface is written in C# and the devices that are synchronized consist of electrocardiogram (ECG), galvanic skin response (GSR) and eye tracking. Measurements from these devices are collected with Triers Social Stress Test (TSST) that is used to induce stress reaction in test subjects. Measurements from TSST should be accurate enough that the onset and offset of the reactions match the stimuli created by the TSST.

Work for this thesis was divided into three sections, research, testing and implementation. At the research stage the plan was to gather a sufficient understanding on overall time synchronization and related topics. After reading the general concepts and some additional documentation about the devices the testing phase could be started. The testing phase comprised of testing the actual devices used and checking that they work and produce data that is expected. Also, a quick recap period on C# programming basics was required for the building of the interface. The last stage was meant to be the implementation phase where application interface would have been built to make sure that the delay is calculated and processed into the timestamp data of the device either at the time of the recording or at post processing.

Unfortunately, the code base for the devices C# library was full of undocumented code and due to time constraints, the writing of the interface could not be made.

An alternative solution was written with Python programming language to show case a solution for simple time delay calculation. This solution show cases a delay caused by the devices start and calculates the delay in post processing step into the time stamp data.