UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE
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Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dell’EEG PowerPoint PPT Presentation


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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea triennale in Ingegneria Elettronica. Tesi di Laurea in STRUMENTAZIONE BIOMEDICA. Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dell’EEG. Laureando Monica CUSENZA. Relatore

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Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dell’EEG

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Presentation Transcript


Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dell eeg

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTEFacoltà di IngegneriaCorso di Laurea triennale in Ingegneria Elettronica

Tesi di Laurea inSTRUMENTAZIONE BIOMEDICA

Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dell’EEG

Laureando

Monica CUSENZA

Relatore

Prof. Agostino ACCARDO

Correlatore

Dott. Fabrizio MONTI


Sommario

SOMMARIO

  • Introduzione

  • Stato dell’arte

  • Obiettivo della tesi

  • Materiale e Metodi

  • Risultati e discussione

  • Conclusioni

  • Sviluppi futuri

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Contesto

INTRODUZIONE

CONTESTO

Monitoraggio dei parametri neurofisiologici dei pazienti sottoposti ad interventi di endoarterectomia carotidea

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Endoarterectomia carotidea

  • incisione arteria

  • rimozione placca

  • sutura

applicazione SHUNT per il ripristino del circolo

INTRODUZIONE

ENDOARTERECTOMIA CAROTIDEA

Rimozione chirurgica della placca arteriosclerotica dalla

carotide. Usualmente la procedura prevede:

drastica RIDUZIONE perfusione cerebrale

CLAMPING arteria

COMPENSAZIONE circolo controlaterale

INSUFFICIENTE

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Monitoraggio neurofisiologico della sofferenza cerebrale

INTRODUZIONE

MONITORAGGIO NEUROFISIOLOGICO DELLA SOFFERENZA CEREBRALE

necessario per esaminare la

risposta cerebrale del paziente

all’ipoperfusione

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Stato dell arte

STATO DELL’ARTE

STATO DELL’ARTE

La metodica maggiormente utilizzata per il monitoraggio neurofisiologico dell’endoarterectomia carotidea è l’analisi visiva dell’EEG.

Il Gruppo S.I.N.C. per i Monitoraggi Neurofisiologici consiglia il confronto dei tracciati EEG del periodo di valutazione pre-clamping con quelli del periodo post-clamping.

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Indicazioni cliniche

  • RALLENTAMENTO del tracciato

  • 2. ABBASSAMENTO del voltaggio

  • AUMENTO attività d(0.5-3.5Hz)

  • RIDUZIONE attività 8-15Hz

STATO DELL’ARTE

INDICAZIONI CLINICHE

Le anomalie che possono apparire sui tracciati dopo il clamping, legate alla sofferenza cerebrale, vengono qualitativamente classificate come:

ovvero

unilaterale o bilaterale

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Ricavare eeg quantitativo

OBIETTIVO DELLA TESI

RICAVARE EEG QUANTITATIVO

  • Consapevolezza che l’analisi visiva dei tracciati:

    • offre una valutazione qualitativa degli effetti dell’ipoperfusione cerebrale

    • richiede molta esperienza e capacità di obiettività

  • Convinzione che:

    • un’analisi nel dominio delle frequenze e l’analisi non lineare nel tempo possono dare informazioni aggiuntive di supporto al neurofisiologo

      qEEG: STRUMENTO d’ausilio al monitoraggio visivo dell’EEG

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Metodi applicati

MATERIALE E METODI

METODI APPLICATI

  • Dominio del tempo

    • analisi della variabilità segnale

    • conteggio dello zero-crossing

    • stima della dimensione frattale

  • Dominio della frequenza

    • stima della potenza media nelle diverse bande

    • calcolo del BSI (Bispectral Simmetry Index)

    • calcolo del coefficiente beta

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Analisi nel tempo

MATERIALE E METODI

ANALISI NEL TEMPO

  • Deviazione standard:

    • dipende dall’ampiezza del segnale nel tempo

    • in caso di ‘abbassamento del voltaggio’ dovuto alla sofferenza la deviazione standard diminuirà

  • Zero-crossing:

    • conteggio del numero di attraversamenti della linea dello zero

    • principio della frequenza dominante: “per segnali gaussiani e stazionari il valore ZC dipende dalla frequenza dominante”

    • si ipotizza che in caso di sofferenza si verifichi una sua diminuzione

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Analisi nel tempo1

MATERIALE E METODI

ANALISI NEL TEMPO

  • Dimensione frattale:

    • per un oggetto ‘autosomigliante’ di dimensione D, ciascuna delle N parti in cui esso è diviso risulta una sua copia, in scala ridotta, secondo il rapporto:

    • Hp: EEG segnale ‘autosomigliante’ con dimensione frattale (DF) compresa tra 1 e 2

    • algoritmo di Higuchi: basato sul calcolo del numero n(e) di segmenti di lunghezza e necessari per misurare la lunghezza della curva

    • si ipotizza che in caso di sofferenza la DF diminuisca

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Analisi spettrale

MATERIALE E METODI

ANALISI SPETTRALE

  • Potenza media nelle bande:

    tot: 0.5-40Hzd: 0.5-3.5Hz q: 4-8Hz a: 8-13Hz b1: 13-22Hz

    d’: 0.5-1Hz d’’: 1-3.5Hz HF: 8-15Hz

    LF: 0.5-5Hz

    si considera anche il rapporto tra le potenze medie nella bande HF e LF che, in base alle indicazioni cliniche, dovrebbe mostrare, in caso di sofferenza, variazioni marcate

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Analisi spettrale1

MATERIALE E METODI

ANALISI SPETTRALE

  • Bispectral Simmetry Index

    (van Putten et al., Clinical Neurophysiology, 2004):

da monitorare (da letteratura) le variazioni superiori al 6% rispetto al valor medio calcolato nel periodo pre-clamping

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Analisi spettrale2

MATERIALE E METODI

ANALISI SPETTRALE

  • Trend 1/f b

  • 0.5-40Hz:

  • 8-40Hz (più lineare)

  • 0.5-18Hz (più sensibile)

-b

ci si aspetta: un aumento (casi 1 e 3) una riduzione (caso 2)

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Materiale clinico

MATERIALE E METODI

MATERIALE CLINICO

Registrazioni di 140 interventi di endoarterectomia

carotidea eseguiti all’Ospedale di Cattinara dal

2003-2006:

  • tracciati di almeno 13 canali

    (F3, F4, F7, F8, C3, C4, Cz, P3, P4, T5, T6, O1, O2)

  • 3 minuti pre-clamping + 3 minuti post-clamping

  • campionamento 128Hz o 512Hz

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Pre processing

MATERIALE E METODI

PRE-PROCESSING

  • eventuale sotto-campionamento a 128Hz

  • filtraggio passa banda Butterworth 0.4-40Hz

  • suddivisione segnali EEG in sottosequenze di 10s con overlap del 50%

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Implementazione algoritmi

MATERIALE E METODI

IMPLEMENTAZIONE ALGORITMI

  • routines implementate in MatLab

  • algoritmi applicati a ciascuna sottosequenza di ogni canale

  • per ogni canale aggiornamento parametro ogni 5s

  • calcolo dell’andamento medio di ogni parametro nell’emisfero destro e nell’emisfero sinistro

  • valutazione delle variazioni dei parametri nel periodo post-clamping rispetto al valore mediano nel pre-clamping per ciascun emisfero

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Risultati e discussione

RISULTATI E DISCUSSIONE

RISULTATI e DISCUSSIONE

  • Fase preliminare:

    • individuazione delle variazioni, nei parametri, mediamente superiori al 20% tra il pre- ed il post-clamping

    • identificazione dei probabili soggetti con sofferenza

  • Confronto con classificazione clinica (positivi=con sofferenza, negativi=nella norma)

  • Selezione dei parametri maggiormente correlati allo stato di sofferenza cerebrale e quantificazione in termini percentuali delle variazioni post-clamping rispetto al valore mediano del pre-clamping

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Criteri

parametro selezionato:

beta tra 0.5-18Hz

zero-crossing

PW 8-15Hz

PW a

soglia:

+20%

-20%

-40%

-40%

RISULTATI E DISCUSSIONE

CRITERI

  • Criteri proposti

durata minima della variazione per ogni parametro: 25s (5 punti)

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Analisi statistica

RISULTATI E DISCUSSIONE

ANALISI STATISTICA

Classificazione clinica:

22 positivi (shunt) 118 negativi (nella norma)

falsi negativi: soggetti positivi non identificati dal criterio

falsi positivi: soggetti negativi segnalati dal criterio come

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Analisi statistica1

RISULTATI E DISCUSSIONE

ANALISI STATISTICA

specificità: % di soggetti negativi correttamente individuati

accuratezza: % di risultati corretti sul totale

sensibilità: % di soggetti positivi correttamente individuati

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Analisi statistica2

RISULTATI E DISCUSSIONE

ANALISI STATISTICA

  • Il criterio che meglio identifica i pazienti a rischio di complicazioni ischemiche è PW 8-15Hz per variazioni negative superiori o uguali al 40% della durata di almeno 25 secondi

  • La sensibilità, dell’82 %, è dovuta ai 4 soggetti su 22 che non vengono identificati

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Falsi negativi

SI PUO’ MIGLIORARE?

RISULTATI E DISCUSSIONE

FALSI NEGATIVI

linea verticale tratteggiata: istante del clamping

curva rossa: andamento medio di PW HF nell’emisfero destro

curva blu: andamento medio di PW HF nell’emisfero sinistro

marker verde: punti oltre la soglia

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Modifica criterio

RISULTATI E DISCUSSIONE

MODIFICA CRITERIO

  • Si considera sempre il parametro PW HF ma con due nuove soglie:

    • -35% per 25s

    • -30% per 25s

  • Ci si aspetta che la riduzione della soglia causi un aumento della sensibilità (riduzione falsi negativi) a scapito della specificità (aumento falsi positivi)

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    Conclusioni

    CONCLUSIONI

    CONCLUSIONI

    • PW 8-15Hz -35%:

      • recuperato dai falsi negativi quello con sofferenza più marcata;

      • i 3 falsi positivi possono fare riflettere sui risultati dell’analisi qualitativa dell’identificazione clinica (mostrano variazioni sensibili)

    • PW 8-15Hz -30%:

      • ulteriore recupero dai falsi negativi;

      • ulteriori 3 falsi positivi nei quali però il trend del parametro rimane complessivamente invariato (riduzione specificità ingiustificata)

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    Conclusioni1

    CONCLUSIONI

    CONCLUSIONI

    • in base ai risultati dell’analisi statistica per gli ultimi 2 criteri testati

    • confrontato il peso dei falsi positivi e dei falsi negativi

    • ricordando che l’analisi visiva dei tracciati tende a sovrastimare la sofferenza

    • ribadendo che lo strumento verrà proposto come AUSILIO e non come SOSTITUZIONE dell’analisi visiva dell’EEG

      SI PROPONE IL CRITERIO QUANTITATIVO:

      PW 8-15Hz, calo minimo del 35%, durata minima 25s

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    Sviluppi futuri

    CONCLUSIONI

    SVILUPPI FUTURI

    • Implementazione real-time degli algoritmi per il calcolo del parametro

    • Visualizzazione su monitor del parametro unitamente ai tracciati nel tempo delle derivazioni EEG

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