文摘
胎儿心率监测及其变异性(FHRV)覆盖评估胎儿的健康的一个重要的角色。许多分析方法被用来把FHRV量化措施。FHRV研究在时间和频率域和有趣的临床结果。然而,标准化的定义FHRV和一个精确的方法用于评价缺乏。我们进行了文献综述(FDA)频域分析和时域分析(TDA)。然后,通过使用模拟FHR信号,我们定义FDA的方法。进一步,雇佣超过400真正的FHR信号,我们分析了一些最常见的索引,短期可变性对TDA和权利内容的光谱波段和FDA sympathovagal平衡,和评估他们的值的范围,这在许多情况下是一个新鲜事物。最后,我们验证了这些指标之间的关系和两个重要参数:周妊娠,胎儿增长的指标,和胎儿状态,分为主动或在休息的时候。我们的研究结果表明,根据文献,有必要规范程序FHRV妊娠和胎儿状态评估和考虑一周之前FHR分析。
1。介绍
胎儿心率(FHR)获得信息监控是非常重要的在怀孕期间胎儿健康和劳动力。特别是,FHR (EFM)的电子监控,一般叫cardiotocography使用外部多普勒探针时,是最使用的方法来检测胎儿窘迫,防止神经损伤甚至胎儿死亡(1,2]。然而,尽管它的用途对于产科医生,EFM的问题是它可怜的预测价值。它经常缺乏特异性导致不必要的干预措施,提高剖宫产和阴道手术率(1- - - - - -4]。此外,通常是产科医生之间的分歧分析FHR痕迹,自解释通常是通过执行目视检查,这显然缺乏客观性和再现性5,6]。近年来,因此,兴趣增长如何识别FHR变化可能更准确地预测胎儿窘迫。例如,为了克服FHR的主观性质的解释,已经几次自动诊断胎儿的地位和开发了许多计算机算法评估FHR参数(1,6- - - - - -10]。
独立的记录方法,观察到的主要FHR形态学特征和参数由医生对胎儿健康评估FHR平均值(与妊娠周),FHR基线,加速度率和形状,减速的速度和形状,FHR可变性(FHRV) [11- - - - - -15]。其中,FHRV可能是最重要的,因为它反映自主神经系统的活动(ANS)胎儿的增长和发展1,16- - - - - -19),尽管俺们的两个分支的具体贡献仍在调查对象即使在成年受试者(20.]。FHRV的研究,通常被称为FHR beat-to-beat波动的信号,可以对心率变异性(HRV)的成人话题,一个更强大的基础,详细,和客观FHR分析和更好的知识答反应及其发展(11,16,21- - - - - -24]。关于第一个研究[25,26),如今,FHRV改进的知识,这样可以识别不同的变化范围来分类FHR录音(27)用来评估及其评估胎儿nonstress条件(反应性和健康的28]。尽管存在变异性可能并不总是好,本身一定的迹象安心FHR信号(对应于氧化胎儿),大多数医生认为极少或没有变化可能是胎儿窘迫的指标(28- - - - - -30.]。
由于其公认的重要性,大量的新分析方法获得更客观和定量的措施执行FHRV [31日,32]。传统上,作为成年受试者的HRV, FHRV可以研究在时间(统计索引)和频率(光谱指数)域。在时域中,短期可变性(STV)索引和长期变化(LTV)索引通常是杰出的。在频域,不同的方法被用来估计功率谱密度(PSD),这被广泛认为是索引,最好包括心率系列的所有信息。显示了一个不稳定的行为,然而,由于FHRV信号的时频分析FHRV一般采用(1,22,33- - - - - -39]。至于时域分析(TDA)而言,可能存在一定的局限性,因为它主要是依靠统计数据,所以它只能描述变化的大小大约平均价值,未提供进一步的生理机制的信息(40,41]。一些限制也显示了频域分析(FDA),因为它通常是敏感的工件(42]和能提供的信息只有周期性波动的心跳节奏,没有检查其他可能的非周期的趋势中嵌入变化信号(40,41]。为了克服这些限制,也调查和改善风险分层,在过去的几十年里,技术分析非线性动力学,如符号动力学、近似熵和分形分析,曾在成人和胎儿,即使,此刻,似乎没有一个主要的和完全满意26,43,44]。
TDA和FDA因此仍然是最常用的方法HRV和FHRV分析也由于其简单性和更高的接受在临床环境。然而,标准化的定义FHRV仍然缺乏,如变化和更新。传统分析缺乏标准化的方法计算时间和频域索引和FHRV和胎儿增长之间的关系是不完全清楚和大多数的研究检查这个问题是现在,而老52,54,71年,72年]。
本作品旨在比较一些常见TDA的索引和FDA,采用真实和人工FHR信号。
这一目标,我们首先介绍一个简短的报告最相关的文学作品对传统FHRV分析,重点关注那些研究基于计算STV,时域指标,FHRV的力量在不同的频段。
然后,通过使用模拟FHR信号,我们定义的方法用于FDA的评估选择的索引。
最后,我们应用时间和频率索引真正FHR录音的分析,以评估这些索引的能力与胎儿在妊娠和胎儿状态和发展提供参考价值的概述。
2。文献报告
2.1。FHRV光谱分析:一个简短的文献报告
生物信号在频域的研究可以提供更深层次的知识,他们的行为。在成人和胎儿,光谱分析允许估计周期人力资源的力量波动,它代表了一种非侵入性和强大的工具来理解ANS功能状态和反应(28]。
研究后Akselrod et al。73年],它介绍了短期内的功率谱分析心率波动的无创性定量调查beat-to-beat心血管自主控制,FDA已广泛用于指出俺们的关系活动和低频率和高频段,其权利内容反映了交感神经和迷走神经活动的变化(24,26,61年]。除此之外,权力分配的变化被认为是预测胎儿窘迫,在产前和产时时间(65年,74年]。之间的工作等。19)调查了相关的权力低频(计算使用随着周期图)和高频乐队和指出与孕龄的增加的趋势。在他们的研究中,范Laar et al。63年)使用快速傅里叶变换计算FHRV谱在低频和高频乐队为了短期之间比较光谱值和postterm胎儿,发现一个同情的优势在胎儿期间短期活动状态,但增加迷走神经调制postterm胎儿在休息状态。根据Kwon et al。4),光谱功率的变化对应于一个低pH值是不同的术语和早产胎儿之间确认频率索引和胎龄之间的相关性。
尽管有这些有趣和重要的临床结果,在解释和比较出现问题,因为文学作品采用不同的频率分析方法,使用不和谐的PSD的测量单位,并显示分歧的频带FHRV光谱(36,75年),即使大多数文献认为,像成人受试者中,三个乐队FHR功率谱可以发现:一个非常低的频率(甚低频)乐队,这似乎与体温调节机制(12,67年];低频(LF)乐队,主要与交感神经分支活动和胎儿发展的风向标和幸福54,67年];高频(HF)乐队,它反映了呼吸活动和迷走神经刺激(38,45,47,49,61年]。
为了澄清频率乐队的定义,研究文献,涉及约八百有关胎儿监测、文学作品发表在1983年和2013年之间。其中,只有一百件频率分析直接相关,只有大约30给三个乐队的细节工作;主要的分歧是关于甚低频乐队。一些研究人员确定了甚低频频段范围从0到0.03赫兹,而另一些人则认为甚低频乐队从0到0.04赫兹或从0到0.05赫兹12,50,56,67年]。此外,一些作者引入一个中间频率(MF)乐队在0.15 -0.5 Hz或0.2 - -0.4赫兹的范围(36,43]。
简洁的概述的不同文学作品集中在计算FHRV光谱波段和相应的权力内容所示,分别在表1和2。空细胞由于缺乏原始文件中的数据。
2.2。STV胎儿监测:一个简短的文献报告
如前所述,在时域,短期可变性(STV)索引和长期变化(LTV)索引通常是杰出的。前者,也根据菲戈指南(76年),指的是连续的小变化区别连续interbeat间隔,在生理条件下发生的。这些最小的振动由肉眼不能可靠地解释;此外,记者缺乏共享的数学定义,所以这个重要参数已经失去了相关性和最近的一些指导方针的一部分,它甚至不是考虑但他们说变化广泛,指暗中FHR信号的振幅和LTV没有区别,因为在实践中它们是视觉决定作为一个单元(14,77年,78年]。
当计算机系统可用,使用不同的索引,其中很多都是借鉴研究关于成人的心率。其中有连续均方根差(RMSSD),也就是说,的平方根均方不同的连续的RR间隔,pNN50,也就是说,RR间隔后的百分比差异大于50毫秒(26,79年]。LTV,相反,指波动在FHR秒,如SDNN-Index,也就是说,5分钟的均值标准差的NN间隔(正常正常区间)计算24 h, SDANN,即神经网络的平均标准偏差区间计算在短时间内(26]。
在临床实践中,beat-to-beat索引通常是首选自好的beat-to-beat可变性是广泛接受作为一个重要的指标来评估胎儿健康,因为一个好的beat-to-beat可变性的一个可靠指标健康胎儿ANS (80年]。因此,许多研究在时间域试图计算指标量化STV胎儿通过使用不同的技术和方法(修改的意思是,标准偏差(SD),斜率的变化,以及不同时代的长度)(81年]。缺乏独特的标准化方法和STV公式,通常基于心电图,通常应用没有任何适应的超声波技术使理解测量和比较两个或两个以上的指标非常困难(79年]。
尽管缺乏标准化、STV被广泛应用。例如,短期变化被发现是一个很好的预测的阿普加分数Ayres-De-Campos et al。82年]。D 'Elia et al。83年]分析了健康术语胎儿受到声刺激通过电脑CTG和发现胎儿运动显著增加,加速率,和STV胎儿活动。在他们的工作中,塞拉et al。84年)检查的临床价值交付的时机的STV严重growth-retarded胎儿和证实STV可以评估的条件与严重的胎儿宫内生长受限(IUGR),这是一个重要的标志在严重growth-retarded胎儿围产期结局。还Galazios et al。85年),而最近观察到STV值与胎儿窘迫,最近,研究Annunziata et al。86年)评估的影响声刺激的CTG录音STV低,高危妊娠,并指出增加STV具有良好的围产期结果显著相关。
最后,Cesarelli et al。79年)提出了九个不同的数学指标综合研究利用计算STV从CTG录音,测试他们的健壮性、敏感性,和其他参数的依赖(FHR存储速率,FHR平均值,等等),表明SD指数,计算浮线提取后,提供有效信息和独立于被认为是变量。
3所示。方法
3.1。数据收集
真正的CTG痕迹记录的健康孕妇临床实践期间,使用商用分娩监护仪(hp - 135 x或Sonicaid)。五百八十录音,持久的平均超过25分钟,记录从妇女在妊娠24日和第42周之间,被认为是研究。孕龄决心从最后一次月经日期或超声波测量在怀孕的前三个月执行。完成了数据库与其他病人的临床信息和新生儿。所有患者把他们的知情同意参与研究有关胎儿监测。
CTG信号处理软件之前由作者(7,84年]。首先,他们是预处理通过软件(10,84年)在分娩监护仪的输出过程信号以识别信号束有好的和坏的质量(最近包括大片的信号损失);对于每个部分的质量好,恢复真正的不均匀FHR系列等间距的CTG输出时(点/飞利浦分娩监护仪)87年和检测和处理异常值88年];插入信号的质量差(根据索引提供的设备)去年最大3 s或信号丢失,为了避免过度分散的信号。
这样,所有可用CTG信号进一步处理具有相同的特征和不均匀采样(函授与真正的心跳)无论设备使用记录,因此无论收购和采样模式。
3.2。CTG模拟
喜欢它是已知的,真正FHR信号受到大量的可变性和复杂性,因为关系,复杂,尚未完全了解,在不同的生理机制参与心率监管。因此,为了有可用的信号特性已知的先验,人工CTG信号被进行分析,以便于确定一个适当的方法FHRV评估。
根据之前的作品(79年,89年,90年),人为的不均匀RR系列与特定的功率谱特性,适合FHR,首先生成。特别是,我们组谱带的中心频率,带宽,比率之间的低和高频段的力量。然后,符合操作由分娩监护仪检测心跳(通过多普勒技术),计算interbeats距离系列,然后扭转FHR信号,最后一个是计算FHR = 60 / RR,修复FHR平均值和标准偏差的峰振幅。之后,加速和减速率与不同幅值和持续时间被使用Gaussian-like模拟信号束(更详细解释这些合成信号是如何生成的,请参考以前作品的作者79年,89年,90年),见图1一个例子)。
我们最后的模拟信号,因此,原则上类似同超声波技术(90年]。
软件生成人工CTG信号,以及信号处理用于工作,开发了使用MATLAB R2011a [10]。
3.3。FHRV估计
以前,我们提出的定义FHRV FHR信号之间的差异及其浮动行(10,12]。当然,对于FHRV评估、浮线必须正确估计,我们还提出了一个过程,使用样条非线性滤波,开发这一目标(最近更新,方法和结果提交但尚未发表)。
这里,作为进一步的测试中,我们比较了30日平均频谱计算模拟FHRV信号得到两种不同的方法:通过我们的应用程序浮动行估计或简单的去趋势操作的结果,通常采用文献[16,55,59,63年,67年]。(让我们记住去趋势是一个操作,消除了从一个信号线性趋势;Matlab是一个默认的功能)。
3.4。频域指标
我们估计FHRV部分中解释3.3和考虑这个信号低频(0.05 - -0.2赫兹)和高频乐队(0.2 - 1 Hz);甚低频乐队,我们计算功率谱密度(PSD)的浮线。
由于非平稳FHRV FHR因此,PSD估计通过短时傅里叶变换(10),其使用的方法更简单,使用滑动汉明窗32 s [34,47]。这个窗口是改变样本的样本和一个新的PSD计算每一次(35]。能够使用STFT, FHR信号以前插值(4赫兹采样率)通过三次插值,已被证明能降低[引入的误差37]。然后,通过一个简单的积分规则,计算功率值,绝对(称为,),比例,对总功率(称为低频%,高频%),在上面定义的乐队。此外,sympathovagal平衡(SVB)指数,这是一个重要指标,反映了俺们的迷走神经和交感神经分支之间的关系26),像比率计算和。最后,使用相同的方法,我们计算(和甚低频%)作为浮动的PSD的行(使用一个商业个人电脑处理器(电子邮件保护)GHz和8 GB RAM,计算大约需要4 s的CTG信号超过2小时的长度和大约10年代也需要PSD的3 d表示)。
3.5。时域指标
作为时域变化的指数,我们选择STV监测胎儿健康的重要性,因为它是相关监管机制引起ANS的活动(84年,86年),在前面的章节已经提到。同意一项研究的作者,我们评估STV FHRV的标准差,减法后获得的浮线FHR信号(79年]。为了丰富可用的信息,没有恶化的计算复杂性,计算进行滑动窗口长度(与覆盖30年代)的重叠样品(10];然后,提供一个整体STV指数的信号,所有STV值的均值计算(计算和图形表示大约需要8秒的CTG信号长度超过2小时,使用相同的个人电脑用于FDA)。
3.6。周妊娠和胎儿的状态
测试时间和频率索引,我们选择来验证他们的关系与周妊娠,胎儿增长的最简单的指标,胎儿的状态。
众所周知,胎儿行为状态有重要影响FHR模式。然而,准确的识别胎儿状态并不是一个简单的任务,因为呼吸行为,关闭和打开眼睛,等等一些方面,应同时检测到超声波成像。因此,根据文献[36,63年CTG记录),从怀孕30周的开始,我们定义活动或休息时,胎儿的状态。特别是,我们分类FHR信号记录胎儿的活动状态,如果在目视检查,它显示一个好的可变性(至少等于5 bpm)和至少两个加速度率在20分钟的录音。如果信号显示低变异性和缺乏加速率,胎儿被分类为静止。怀疑病例被排除在分析。
在图2,FHR信号分为积极的和其他的例子所示((a)和(b),职责)。
(一)
(b)
3.7。统计分析
所有索引研究,我们分析了相关性与妊娠周通过回归行(二次多项式曲线被认为是)。
此外,我们测试的能力,这些索引来区分积极从休息胎儿状态通过Mann-Whitney测试,因为非高斯分布的数据。
4所示。结果
4.1。FHRV意味着谱
为了验证为FHRV估计是更适当的操作,去趋势或浮动行减法,在数字3(一个)和3 (b),我们将展示频率分析的结果进行模拟FHR信号。
(一)
(b)
很明显,当去趋势操作使用(图3(一个)),剩余的甚低频分量叠加出现在低频分量。当然,这可以改变功率计算和估计sympathovagal平衡的结果。
4.2。胎儿状态
在表3Mann-Whitney测试进行的,结果显示所有测试索引;他们担心胎儿静止之间的比较(55 CTG录音)和积极的胎儿(384 CTG)。
4.3。FHRV索引
因为所有索引、除了SVB导致显著不同的活动状态对休息状态,在表4和5我们报告范围(最小和最大价值)的所有索引分析及其均值和SD,计算实际FHR,分别为两个胎儿的状态。
4.4。胎儿发育
在数据4- - - - - -7作为例子,趋势与怀孕的平均值表的一些指标进行描述和分析6确定系数的值()所示这里所有指标分析。在这种情况下,分析是进行不区分不定义在怀孕早期胎儿状态。
5。结论
本文首先概述了有关的文献的使用一些传统的索引。这是一个简洁的概述,但是我们所知,这是第一次这么多量化指标和结果比较(表1和2)。
在评论部分,我们只是一些临床报道的结果(这方面的工作的主要目的,已经在文献[75年]),我们被忽视的方法来计算PSD的选择,因为在前一个工作我们比较三个方法,并获得不同的结果并非如此。所以,我们关注的定义FHRV(因为FHRV定义共享和数学上可翻译失踪)和频带。
这里显示、频谱,虽然有协议在考虑三个主要乐队,甚低频,低频和高频和MF当一个更详细的分析是必要的,即使是同一作者或作者的研究小组使用不同的乐队限制在他们的作品(表1)。此外,频率分析通常是没有提供功率值和执行,在情况下,一个大的变化(表存在在不同的论文2),这样比较是很困难的。
此外,值得进行基础分析是经常从RR间隔,也许由于历史原因或“连续性”,研究涉及成人话题。然而,心电图还没有扩散在临床常规信号处理困难(通过产妇的腹部的记录)或道德原因(如直接胎儿心电图),而临床医生是用来分析FHR信号,以每分钟节拍(bpm)。
由于这些原因,我们宁愿过程FHR信号(没有将它转化为RR信号)和提出的定义FHRV FHR和浮线的区别。初步结果显示(图3)证实了这种方法的有效性。对PSD的计算,在以前的工作34,37),我们使用了随着方法可直接应用于不均匀系列;然而,它已经太长时间计算时间的失去优势频率分析可以使用,如果需要,也为实时分析;因此,对于连续以及这项工作我们采用STFT。此外,比较不同的论文,考虑到实验结果在我们的数据库中,我们决定为FHR信号定义以下乐队限制:0 - 0.05赫兹甚低频;0.05 - -0.2赫兹的低频;1和0.2赫兹的高频。
一旦定义要使用过程的细节,通过回顾性研究在一个非常大量的CTG生理怀孕期间记录的数据(439信号而大多数论文报告结果计算数量小得多的信号),我们在这里提供范围内的所有频率索引的值被认为是(分化的基础上胎儿状态,表4和5)。他们中的一些人显示高值的SD,放在证据主体间变异性高,即使在健康的胎儿。
STV指数,文学甚至更多的分歧,我们没有找到参考价值在我们简短的总结报告。然而,我们限制我们的分析的文献概述以来临床使用的主要结果之前我们已经分析了不同的数学公式用于评估和提出了一种新的评价方法。通过这种方法,我们计算它的值在健康的胎儿和周妊娠。平均,导致随着孕周增加(图4),根据文献[91年),而在休息或活动胎儿状态截然不同。
然后,我们进行了统计分析,测试使用的不同指标之间的相关性和胎儿生长(妊娠周)。
回归分析表明,平均而言,只有一些索引可以表示胎儿生长以令人满意的方式(0.7、表6)。此外,尽管一个可靠的比较是相当困难的,因为在使用方法和显著差异普遍缺乏细节,证明这里和在文献[75年与他人),他们本质上是一致的。例如,绝对的低频电源和高频功率(图5),增加与孕龄但减少他们的增长率怀孕末期58,61年]。关于甚低频,我们没有明确的文献结果与我们进行比较;然而,我们可以观察到这个乐队的力量随妊娠周(图6)这是连贯的胎儿运动和加速度的增加率(61年,92年(让我们记住我们计算浮线的力量,反过来,包括加速和减速利率)。除此之外,它的值代表了大部分的总功率,这样两个索引一个等价的行为与胎龄和对胎儿的状态。我们也可以观察到,在怀孕的最后几周里所有权力变化非常小(在绝对和百分比值),确认几乎结束开发的系统网络体系结构(SNA)(进一步的修改将关注适应产后生活)。
SVB的趋势(图7)是一个例外,但它不是一个令人惊讶的结果。其价值随胎龄,连贯地文献[36,56,61年),高频波段的增加,与迷走神经分支的发展。
最后,对胎儿的状态,几乎所有指标似乎能够独立的两组(表3)。
结果我们得到这个工作让我们说,按照文献[63年,75年],FHRV标准化评估是必要的,因为胎儿状态和胎龄可以强烈影响的结果,是不可能处理FHR不管这些条件的信号。
相互竞争的利益
作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。
确认
本研究支持的部分项目”Sviluppo di Sistemi / il Monitoraggio Fetale Domiciliare”由“Legge 5”的坎帕尼亚地区和驱动IN2项目由意大利国家计划钢琴Operativo重回Ricerca e Competitivita 2007/13。