Wstępne wyniki analizy "sample entropy" w badaniach sygnału

Wstępne wyniki analizy "sample
entropy" w badaniach sygnału
elektrohisterograficznego.
Dariusz Radomski, Antoni Grzanka,
Sławomir Graczyk
Politechnika Warszawska
Uniwersytet Medyczny w Poznaniu
Podstawy biomedyczne
zagadnienia
Monitorowanie przebiegu ciąży i porodu
Czynność macicy
Dobrostan płodu
Analiza zmienności
rytmu serca płodu
Pulsoksymetria
Ocena barwy wód płodowych
Metody obrazowe:
Badanie palpacyjne macicy
Badanie palpacyjnie
Ocena rozwarciu szyjki macicy
USG 2D, 3D
Ciągłe monitorowanie aktywności
skurczowej macicy
Tomografia NMR
Aktywność skurczowa mięśnia macicy
typ:
mechaniczna
zmiana ciśnienia
zmiana naprężenia
pomiar: wewnątrzmacicznego mięśnia macicy tokografia wewnętrzna tokografia zewnętrzna
zamiana wielkości
metoda: mechanicznej na
wolnozmienny
sygnał elektryczny
zamiana wielkości
mechanicznej na
wolnozmienny
sygnał elektryczny
metoda inwazyjna,
metoda powszechnie,
uwagi: praktycznie niestosowana, stosowana, mało dokładna,
ograniczona ilość
ograniczona ilość
informacji
informacji
elektryczna
różnica biopotencjałów
na powierzchni brzucha elektrohisterografia (EHG)
bezpośredni
pomiar sygnału
elektrycznego
większa czułość,
dokładność, informacja
o charakterze skurczów,
długotrwałe monitorowanie
Metoda pomiaru czynności
elektrycznej macicy
Kanał EHG 1
Warunki pomiaru sygnału EHG:
- jednorazowa elektroda EEG Ag/AgCl
- pasta do przygotowania naskórka
- żel EEG zwiększający przewodnictwo
(+)
Kanał TOCO
(-)
Kanał EHG 2
(+)
(-)
Elektroda odniesienia
Warunki pomiaru sygnału TOCO:
- sonda z przetwornikiem tensometrycznym
stosowana w kardiotokografach FM7
(Oxford-Sonicaid)
Cel pracy
• Celem pracy było znalezienie opisu sygnału
EHG, który umożliwiłby różnicowanie
między aktywnością ciążową i aktywnością
porodową macicy.
• Cel kliniczny badań:
– możliwość prognozy zagrażającego porodu
przedwczesnego
– ocena skuteczności działania leków hamujących
czynność skurczową macicy
Przykład sygnału elektrycznej i mechanicznej
czynności macicy w czasie porodu
Czynnosc elektryczna macicy
2500
2000
1500
1000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
czas [min]
skurcz miesnia macicy
Czynnosc mechaniczna macicy
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
0
2
4
6
8
10
czas [min]
12
14
16
18
20
Przykład sygnału elektrycznej czynności
macicy w czasie połogu
Czynnosc elektryczna
4
3.12
x 10
3.1
3.08
3.06
3.04
3.02
3
0
1
2
3
4
czas [min]
5
6
7
8
Matematyczny opis sygnału
regularności EHG
• Na podstawie obserwacji zmienności EHG
oraz przesłanek fizjologicznych zauważono,
że podczas porodu następuje synchronizacja
elektrycznej aktywności mięśnia macicy.
Sygnał staje się bardziej regularny.
• Zaproponowano zastosowanie zgodnego
estymatora entropii przybliżonej – „sample
entropy” do opisu regularności sygnału EHG
Algorytm wyznaczania wartości sample entropy
Niech x ( n) = [ x1 x2
xN ] oznacza N-elementowy szereg czasowy reprezentujący sygnał EHG.
Algorytm estymacji składa się z następujących kroków:
(i) utworzenie m wektorów definiowanych jako:
x i+m−1  dla
X( i ) =  xi xi+1
i = 1,…N − m +1
(ii) wyznaczenie odległości między dwoma
wektorami:
dm X( i ) , X( j )  = max  xi + k − x j + k 
k =0,…m−1
(iii) wyznaczenie liczby podobnych segmentów
sygnału:
nm = #dm X( i ) , X( j )  ≤ r, dla i ≠ j
nm+1 = # dm+1 X( i ) , X( j )  ≤ r, dla i ≠ j
(iv) wyznaczenie miar podobieństw segmentów
sygnału jako:
1
Bim ( r ) =
nm
N − m −1
dla i = 1,...N − m
1
Aim ( r ) =
nm+1
N − m −1
(v) Wyznaczenie średnich miar podobieństw
segmentów sygnału:
1 N −m m
m
B =
∑ Bi ( r )
N − m i=1
1 N −m m
A =
∑ Ai ( r )
N − m i=1
m
(vi) Wyznaczenie estymatora Sample Entropy
Am ( r )
SamEn ( m, r ) = −ln m
B (r)
Próbka testowanych sygnałów
• Wyznaczono wartości estymatory
Sample Entropy dla sygnałów
zarejestrowanych podczas:
– porodu przedwczesnego
– porodu fizjologicznego
– połogu
• Parametry estymatora ustalono na
podstawie literatury, m = 2, r = 0.2
Otrzymane wyniki
2,4
Średnia
Średnia±0,95 Przedz. ufn.
2,2
Wa rtoś ć S am En
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
przedw cze sny
fizjologiczny
połog
Grupa
Wartości p dla testu post hoc LSD
Poród przedwczesny Poród fizjologiczny Połóg
poród przedwczesny
0,026817
0,014642
Poród fizjologiczny 0,026817
0,000207
Połóg
0,014642
0,000207
Podsumowanie
• Wstępne wyniki wykazują przydatność estymatora
entropii przybliżonej do klinicznego opisu sygnału
elektrycznego aktywności skurczowej macicy.
• Istnieje potrzeba opracowania metody
wyznaczania optymalnych wartości parametrów
estymatora: m i r.
• Istnieje konieczność zbadania wpływu cech
anatomicznych macicy, grubości tkanki
tłuszczowej oraz lokalizacji łożyska na obciążenie
estymatora SamEn.