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Título: Avaliação da frequência cardíaca fetal baseada em métricas não-lineares
Título em inglês: Evaluation of fetal heart rate based on nonlinear metrics
Autor(es): Zacarias, Henriques Mateus Joaquim
Orientador(es): Cavalcante, Charles Casimiro
Coorientador(es): Cortez, Paulo César
Palavras-chave: Teleinformática
Cardiotocografia
Frequência cardíaca
Entropia
Data do documento: 25-Set-2015
Citação: ZACARIAS, H. M. J. (2015)
Resumo: A gestação é um período de inúmeras modificações fisiológicas para adequar o organismo materno às exigências de formação e desenvolvimento fetal. O monitoramento contínuo de sinais biológicos maternos e fetais por meio da Cardiotocografia (CTG) permite sua avaliação como fonte de auxílio ao diagnóstico médico. O presente trabalho apresenta um conjunto de pesquisas realizadas sinais fetais, a partir do exame de CTG, com o objetivo de avaliar o comportamento da Frequência Cardíaca Fetal (FCF), usando ferramentas não-lineares, visando à posterior adição ao sistema multiparamétrico já existente para a avaliação do estado de saúde fetal. As métricas não-lineares utilizadas são: entropia aproximada (ApEn), entrropia amostral (SampEn),entropia multiescala (MSE), e a DFA (Detrended Fluctuation Analysis).Os resultados foram obtidos utilizando-se uma base de dados previamente classificada pela equipe médica da empresa Trium GmBHda Alemanha. A base, identificada como CTG-A, possui 39 exames com a FCF e as UC em fase anteparto, com períodos gestacionais variando de 28 a 34 semanas, divididos em 5 diferentes classes: Normal, Alta variação, autossimilar, Bradicardia e Altas Desacelerações. Analisaram-se os valores das entropias para duas janelas diferentes de amostras, sendo a primeira com 1200 amostras (5 minutos) e a segunda com 2400 amostras (10 minutos). Já para a DFA, variou-se o tamanho das janelas para cálculo dos expoentes de escalonamentoalpha1 e alpha2, sendo primeiro k=1:3 e k=4:10e posteriormente k=1:5 e k =5:10respectivamente. Ao avaliar o comportamento das entropias, observou-se que a ApEn, quer utilizada de forma isolada, quer utilizada como base para a MSE, apresenta maior sensibilidade às variações temporais do sinal e sua variabilidade de longo prazo. Ao comparar-se diretamente a ApEn com a SampEn, ambas apresentaram comportamento similar, com diferenças nas intensidades das variações registradas para detecção de alterações no sinal original. O processo de variação da janela de amostras pode apresentar resultados relevantes para detectar a queda na complexidade do sinal quando ocorrem padrões repetitivos na FCF, que podem ser patológicos. Por fim, a análise da DFA permite caracterizar o grau de autossimilaridade do sinal, possiblitando a observação de todos os exames analisados possuem características de autossimilaridade em alguma faixa, o que pode caracterizar uma classificação do sinal avaliado. Os resultados obtidos permitem concluir que as abordagens em conjunto são mais eficientes do que aplicadas separadamente, e podem ser consideradas como métricas viáveis para uma melhor caracterização dos sinais fetais em sistemas de apoio ao diagnóstico.
Abstract: Gestation is a period of countless physiologic modifications to adapt the maternal organism to the fetal formation demands and development. The continuous monitoring of maternal and fetal biological signs through Cardiotocography (CTG) allows their evaluation as a source of aid to medical diagnosis. The present work presents a group of researches accomplished over fetal signals, starting from the CTG tests, aiming at evaluating the behavior of the Fetal Heart Rate (FHR), using non-linear tools, seeking the subsequent addition of the proposed metrics already developed multparametric system for evaluation of fetal health condition. The used non-linear metrics are the approximated entropy (ApEn), sample entropy (SampEn), multi-scale entropy (MSE) and the DFA (Detrended Fluctuation Analysis). The results were obtained using a database classified previously by the medical team of the Germany company TriumGmBH. The database, identified as CTG-A, presents 39 CTG record in antepartum phase, with gestation periods varying from 28 to 34 weeks, divided in 5 different classes: Normal, High variation, self-similar, deceleration and High sample windows. The entropy values were analyzed for two different sizes of samples windows, being the first with 1200 samples and the second with 2400 samples. Concerning DFA, the window widths were varied for the computing of the scaling exponents alpha1 and alpha2. First k=1:3 and k =4:6 and second k=1:5 and k=5:10, respectively. When evaluating the behavior of the applied entropies, it was observed that ApEn, either used in an isolated way, either used as a tool for MSE, presents the highest sensibility to the signal time variations and long term variability. When ApEn and SampEn, are compared both present a similar behavior, just differing in the intensities of the variations registered for detection of changes in the original signal. The process of adjust window width, can provide relevant results for the detection of the signal complexity decreasing of the signal when repetitive patterns occur through FHR signal, which can indicate pathologies. Finally, the DFA analysis allows to characterize the degree of self-similarity of the analyzed signal. According to the detained results all of the analyzed records present different levels of self-similarity, which can characterize a classification of the evaluated signal. The results allow to conclude that combine different approaches more efficient than apply each one individually and all of them can be considered as viable metrics for a better characterization of the fetal signals for aid to medical diagnosis.
Descrição: ZACARIAS, H. M. J. Avaliação da frequência cardíaca fetal baseada em métricas não-lineares. 2015. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21128
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