CMMM 计算和数学方法在医学 1748 - 6718 1748 - 670 x Hindawi出版公司 627976年 10.1155 / 2013/627976 627976年 研究文章 自动化的传导速度分析预测即将交付的Electrohysterogram:一项初步研究 德刘 Hinke 1 Rabotti 奇亚拉 2 Bijloo Rianne 1 Rooijakkers 迈克尔•约翰内斯 2 Mischi 马西莫 2 Oei 美国Guid 1 Ungureanu 里面 1 Maxima医疗中心,邮政信箱7777 5500 MB Veldhoven 荷兰 mmc.nl 2 电气工程系 科技大学的埃因霍温 埃因霍温 荷兰 tue.nl 2013年 29日 12 2013年 2013年 29日 05年 2013年 01 10 2013年 2013年 版权©2013 Hinke de刘et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

背景。分析electrohysterogram (EHG)是一种很有前途的早产的诊断工具。临床实践的介绍,分析了EHG应该可靠,自动保证重现性。 研究的目标。调查EHG传导速度的自动化的可行性分析(CV)检测即将交付。 材料和方法。22患者呈现子宫收缩(7早产)都包括在内。一个使用64 -通道EHG是非侵入性得到高密度电极网格。宫缩根据估计选择子宫内的压力来源于EHG,分娩力计,孕产妇认知。在选定的收缩,简历被确认在二维向量。 结果。9名患者在24小时内交付,被列为劳动群体。64收缩进行了分析;简历向量的平均振幅明显高于劳动集团/ s 1.90±8.65厘米,nonlabor组相比,5.30厘米/秒±1.47 ( P < 0.01 ) 。 结论。简历的振幅是一种很有前途的参数预测即将(早产)交付。自动从EHG信号参数的估计是可行的,应该被视为一个重要的未来的临床研究和应用的先决条件。

 1。介绍

早产,定义为交付在妊娠37周之前,构成了一个主要问题的新生儿死亡率,发病率,医疗费用( 1- - - - - - 3]。及时与相关干预和治疗,糖皮质激素改善新生儿结局( 4]。然而,目前使用的诊断敏感性和特异性都缺乏导致不足和过度治疗( 5, 6]。一个潜在的新诊断工具是electrohysterogram (EHG),这是一种非侵入式测量腹部的电活动潜在的子宫收缩。

子宫的收缩和舒张的顺序循环的结果去极化和复极化的平滑肌细胞动作电位(APs)的形式。APs发生破裂;他们出现在细胞作为心脏起搏器和传播从细胞到细胞缝隙连接( 7- - - - - - 9]。分娩之前两个生理现象:兴奋性增加和细胞之间连接的加剧,导致增加APs的传播,更同步发射( 10]。这些变化反映在EHG记录。

之前的文献表明,EHG监控劳动力潜力巨大,预测劳动时间,和子宫生理活动之间的歧视和收缩导致(早产)交付。因此,分析EHG可以支持及时治疗早产的 11- - - - - - 16]。为此,几项研究已经关注分析的光谱内容EHG使用峰值功率密度谱的频率( 15, 17- - - - - - 19]或高低频段之间的比率( 11]。从EHG另一个参数,提出了预测即将早产之间的非线性相关渠道在一个多通道记录( 16]。

在交货之前,增加细胞间的连接也增加传播,可以评估估算传导速度(CV) EHG [ 20.- - - - - - 22]。不同于骨骼肌,条纹和现在的一个解剖传播方向平行于纤维方向,子宫的传播方向APs是先天的未知 23, 24]。由于缺乏证据 25),许多作者还得出结论,没有经典的线性传播APs只能假定的子宫和全球传播整个破裂的信封可以度量( 23, 25]。然而,最近,测量电活动的豚鼠子宫使用网格的细胞外电极也清楚地表明,子宫,类似于心肌,单一的线性传播APs可以测量( 26]。然而,据美联社传播的方向和速度可以改变甚至在相同的脉冲。

先前的研究主要集中在测量方法的简历( 27- - - - - - 31日]。最近,简历的预后价值预测即将早产了EHG信号的目视检查( 15]。尽管非常有前途的结果提出了临床研究,采用视觉方法的缺点不是可再生的。用作临床工具,它将需要依靠一个完全自动化的简历分析。

然而,自动化简历分析需要大量的科学挑战,即收缩的自动检测,简历的振幅和方向向量的估计,和排除信号传播APs并不相关。

本研究探讨一个新的自动化的可行性方法EHG简历的分析检测即将交付。我们的方法集成之前验证EHG-based收缩的方法检测和自动分析的简历在二维网格使用高密度电极。

 2。材料和方法 2.1。研究协议

前瞻性观察性队列研究Veldhoven Maxima医学中心,荷兰。得到地方医学伦理委员会批准,所有的包括女性为研究提供了书面知情同意参与。单例妊娠患者登记,至少3在30分钟内收缩,这是被病人或可见的外部分娩阵痛。这两个术语(妊娠年龄的病人 37 + 0 - - - - - - 41 + 6 )和早产患者(胎龄 24 + 0 - - - - - - 36 + 6 )是包括在内。排除标准是催产素或前列腺素管理或在测量之前,引产术测量后在24小时内,和已知的子宫畸形。

测量从所有登记患者获得使用测量设置如图 1。64 -通道高密度(HD)电极网格与外部参考电极在臀部与一对双极电极一起使用(1厘米直径,变量极间距离)来记录EHG。由于先天的未知的美联社传播方向,网格上的电极的二维的安排 ( 8 × 8 ) 允许评估所有可能的简历方向沿着腹部飞机腹部表面平行。双信号最初用于允许记录其他信号(比如胎儿心电图)最终被用来推导出收缩时间和触发简历向量估计。高清电极网格也可以适用,但更大的表面双传感器为这个特定的目的提供了更好的结果。

测量设置显示所有腹部的位置传感器。

这些信号的记录是使用Refa执行多通道放大器(荷兰恩斯赫德TMS国际),病人在臀部。同时,分娩力计被用来作为参考收缩检测。出于同样的原因,病人感觉的时间瞬间收缩带注释的。

 2.2。信号分析

在这里,一个综合的概述的方法用于分析。为进一步的细节,我们将 31日, 32]。

简历向量被确认在紧缩时期。不同于之前的研究,宫缩手工注释,我们自动派生一个初始估计收缩的开始和持续时间。为此,估计内部子宫压力(IUP)是来自双EHG信号。基于验证方法( 32)所示 n 和 f 、离散时间和频率变量,首先分别非规范统计的时刻 Ψ ( n ) 双相情感EHG光谱图, ρ ( n , f ) 计算选定频带, ( f 最小值 , f 马克斯 ] ;也就是说, (1) Ψ ( n ) = ∑ f = f 最小值 f 马克斯 f ρ ( n , f ) , 与 f 最小值 = 0,3 赫兹和 f 马克斯 = 0 , 8 赫兹。一种自适应阈值被用来检测每个收缩的开始和持续时间60年代重叠窗口( 33]。不同于我们之前的工作( 3),没有建模用于IUP振幅的提高估计精度。IUP的更精确的估计,目前的工作范围,不会显著提高阈值的准确性程序用来评估发生和持续时间的收缩。

收缩选择EHG信号的分析,只有那些可见的外部分娩阵痛或同意注释收缩受到患者最终被选中进行进一步分析。

在信号段选为收缩,简历被确认在二维空间的向量 8 × 8 高清电极网格重叠段(5 s重叠)。以下图的示意图表示 2,我们描述了EHG传播简历向量 v 。矢量的振幅和入射角 θ ( θ ∈ ( - - - - - - π π ] ) 对电极垂直轴的网格。检测到的信号 N r 行和 N c 列电极。假设相同的信号形状 年代 ( n ) 在每个通道测量,信号 x r , c 以英吉利海峡 ( r , c ) 在 r th行和 c 电极的th列网格可以建模为 (2) x r c ( n ) = 年代 ( n - - - - - - ( r - - - - - - 1 ) τ r - - - - - - ( c - - - - - - 1 ) τ c ) + w r , c ( n ) , 在哪里 n 表明样品的时间 ( n = ( 1 , 2 , … , N ] ) 和 w r , c ( n ) 是高斯白噪声出席频道 ( r , c ) 。从( 2),我们假设APs的线性传播;也就是说,在每个通道 ( r , c ) ,参考信号的形状 年代 ( n ) 是推迟了 τ r 和 τ c 时间样本相对于前面的行和列,分别。识别的矢量 v 需要估计的 ( τ r , τ c ) ,我们获得使用最大似然方法,也就是说,通过概率密度函数的最大化 p ( ( τ r , τ c ) ∣ x r c ( n ) , 年代 ( n ) ) 在频域 τ r 和 τ c 可以估计没有分辨率的限制。在高斯白噪声的假设下,最大似然方法相当于成本函数的最小化 E 2 定义为 (3) E 2 ( τ r , τ c ) = 2 N ∑ r = 1 N r ∑ c = 1 N c ∑ f = 0 ( N / 2 ) - - - - - - 1 ( X r c ( f ) - - - - - - 年代 ( f ) e - - - - - - j 2 π f ( ( r - - - - - - 1 ) τ r - - - - - - ( c - - - - - - 1 ) τ c ] ] , 所示 f 离散频率; X r c ( f ) 和 年代 ( f ) 的傅里叶变换是信号通道记录吗 ( r , c ) 和参考形状的。以下描述图 2等于,电极间的距离 d ,接下去 τ r 和 τ c 相关简历振幅和迎角吗 θ 通过 (4) τ r = d 因为 θ 简历 , τ c = d 罪 θ 简历 。

方法分析简历。EHG记录使用 8 × 8 高清电极网格+一对双极电极。选择基于eIUP收缩,这是源自于双极电极,加上外部分娩力计和孕产妇认知。最后,延迟是在重叠的窗口使用最大似然估计方法。

使用不同的权重策略(派生介绍了成本函数的 31日)处理贫穷通道间信号由于噪声的存在相似性。重量是估计的信道噪声成反比。不同的权重策略提出了( 31日),我们选择最好的加权成本函数估计精度。

段计算CV值30厘米/秒以上,明显高于生理值报告在文献[ 23, 26),被视为离群值,被排除在外。

 2.3。统计分析

患者在24小时内交付后测量属于劳动组织,这些交付这个时候窗外列为nonlabor组。这些团体之间的简历和传播路径进行比较。为了成为独立的分析部分的数量和每个病人收缩,平均简历向量被确认为每个收缩,随后分析了向量确定了每个病人平均的简历。Shapiro-Wilk测试用于测试的正态分布估计的CV值向量幅值。列文的测试用于测试在劳动平等的方差和nonlabor组。最后,一个独立的样品 t 以及用于测试在振幅显著差异的两组之间的简历。0.05 alpha将所有统计测试。

 3所示。结果

22例包括在这项研究中,其中7例早产。9名患者在24小时内交付,被列为劳动组织。表 1显示了劳动的基线特征和nonlabor组。向下扩散波的子宫活动的一个例子在收缩可视化由64个电极采用高密度网格图中可以看到 3。

病人的特点。

劳动 Nonlabor
的患者数量 9 13
胎龄(周+天)<年代up>1 31日第1 - 40 + + 4 (37 + 2) 26 + 2-41 + 3 (36 + 1)
早产 2 5
未生育过的 4 8
年龄<年代up>1 17-36 (27.9) 16-36 (27.8)
身体质量指数<年代up>1 22-42 (28.2) 24到34 (26.8)
小时交货<年代up>1 1 - 10 (6) 27 - 1488 (255)

1 在括号中值。

旁边的高清电极网格,八国EHG信号电极(一列)显示在收缩。底部的五个图像显示的内插2 d表示单个EHG脉冲传播从上到下。

64年总收缩进行了分析。图 4显示病人的意思是简历的箱线图劳动和nonlabor组;中位数的CV值的组作为一个整体作为一个水平线表示。Shapiro-Wilk测试是无关紧要的,支持零假设的数据来自正态分布的人口。同样,列文的测试显示一个微不足道的结果,在劳动和支持平等的方差nonlabor组。简历向量的平均振幅明显高于劳动集团/ s 1.90±8.65厘米,nonlabor组相比,5.30厘米/秒±1.47 ( P < 0 。 01 ) 。传播的角度显示高可变性在劳动和nonlabor的两组患者,即使在相同的收缩。

在左边,箱线图显示简历向量对劳动力的平均振幅和nonlabor组。用一条水平线显示中值。在右边,散点图显示了个人简历的平均振幅矢量两组。劳动的横线代表平均值和nonlabor组。

 4所示。讨论

本研究探讨一个新的自动化的可行性方法EHG简历的分析检测即将交付。我们的方法集成验证EHG-based收缩的方法检测和自动分析的简历使用高密度电极在二维网格( 31日]。病人在本研究提出子宫收缩,并划分为组或nonlabor组基于分娩后或内24小时,分别。结果显示简历矢量的振幅明显高于劳动力群体。

测量在不同组患者进行两项和早产的病人有不同的原因。共同点是所有患者有明显的和可衡量的收缩。重点是放在调查自动化简历的可行性分析,以开放的方式未来的临床研究和应用基于该参数作为即将出生(早产)的诊断工具。这里的假设是,类似的导电性能的变化可以观察到在收缩导致早产和交付。在后续的研究中,这将是重要的有一个一致的组患者出现过早收缩,谁被认为是基于孕龄的相关治疗和临床参数。

在这项研究中,额外的数据除了EHG信号用于检测收缩,即外部分娩力计和注释主观感觉到宫缩的病人。这是选择实现一个更健壮的子宫活动和测量工件之间的区别。在未来的工作中,一个完全自动化的收缩段的选择和分析,简历应该追求。然而,尽管一个自动化的方法确保再现性,因此应优先用于日常临床使用,目视检查可能需要在初步阶段判别子宫活动从噪声和不包括工件和线性信号,不传播,从分析。

显著地,EHG简历的识别向量使用当前的方法意味着假设信号传播和传播是线性的。虽然它是合理的假设的线性传播可能是歧视本身参数预测即将交付,从怀孕到劳动相关的几个方面还没有完全理解,需要进一步的专门研究[ 34]。因此,我们排除了峰值传播的非线性分析,我们预计这些情况下异常值,也就是说,有一个简历在生理范围先前报道的文献[ 26, 35]。只( 15]报道值高于30厘米/秒;这些值不能被认为是一种生理参考由于特定测量设置,只允许信息在简历的投影向量( 36]。

最后,本研究的另一个新奇的是64 -通道的使用高密度电极记录EHG网格。由于先天的未知的美联社传播方向,二维的安排上的电极网格允许评估所有可能的简历方向沿着腹部飞机腹部表面平行。此外,由于网格尺寸,平面可以假定和小波传播使极间距离沿着相同的峰值(动作电位)从一个电极流向另一 29日]。在目前的研究中,我们打算使用传导速度作为一个独立的预测即将交付反映增加动作电位子宫肌层的细胞之间的传播。因此,我们选择了一个高密度的网格与相对较小的尺寸。然而,子宫活动在整个子宫可能提供额外的信息即将交付,为此我们将考虑一个更大的网格更可取。在理想的情况下,结合地方传播和全球同步,这将可能被认为是在我们的未来的研究。此外,为了提高用户友好和简化信号分析,减少了电极的数量可以被使用,并根据选择的电极配置,不同的假设(如点源)可能考虑传播。

 5。结论

与之前的研究结果相一致,我们的结果表明,该简历矢量幅值是一种很有前途的参数预测即将(早产)交付。自动从EHG信号参数的估计是可行的,应该被视为未来的临床研究和应用的一个重要前提。因此,这些结果打开未来的研究方法的准确性EHG参数,如简历、即将早产的及时、准确的诊断。

 利益冲突

作者宣称没有一个有利益冲突。

 承认

作者宣称,金融支持的来源来自ERASysBio欧洲研究项目/生物物理建模的理解和预防早产的子宫肌动电流图: http://www.erasysbio.net/index.php?index=268。

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