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11/12/2006 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea triennale in Ingegneria Elettronica Valutazione dello stato di sofferenza.

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Presentazione sul tema: "11/12/2006 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea triennale in Ingegneria Elettronica Valutazione dello stato di sofferenza."— Transcript della presentazione:

1 11/12/2006 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea triennale in Ingegneria Elettronica Valutazione dello stato di sofferenza cerebrale mediante analisi non lineare dellEEG Relatore Prof. Agostino ACCARDO Correlatore Dott. Fabrizio MONTI Laureando Monica CUSENZA Tesi di Laurea in STRUMENTAZIONE BIOMEDICA

2 SOMMARIO Introduzione Stato dellarte Obiettivo della tesi Materiale e Metodi Risultati e discussione Conclusioni Sviluppi futuri 1/26

3 CONTESTO Monitoraggio dei parametri neurofisiologici dei pazienti sottoposti ad interventi di endoarterectomia carotidea INTRODUZIONE 2/26

4 ENDOARTERECTOMIA CAROTIDEA Rimozione chirurgica della placca arteriosclerotica dalla carotide. Usualmente la procedura prevede: INTRODUZIONE CLAMPING arteria drastica RIDUZIONE perfusione cerebrale COMPENSAZIONE circolo controlaterale 3/26 applicazione SHUNT per il ripristino del circolo 1.incisione arteria 2.rimozione placca 3.sutura INSUFFICIENTE

5 MONITORAGGIO NEUROFISIOLOGICO DELLA SOFFERENZA CEREBRALE necessario per esaminare la risposta cerebrale del paziente allipoperfusione INTRODUZIONE 4/26

6 STATO DELLARTE La metodica maggiormente utilizzata per il monitoraggio neurofisiologico dellendoarterectomia carotidea è lanalisi visiva dellEEG. 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. STATO DELLARTE 5/26

7 INDICAZIONI CLINICHE Le anomalie che possono apparire sui tracciati dopo il clamping, legate alla sofferenza cerebrale, vengono qualitativamente classificate come: STATO DELLARTE 1.RALLENTAMENTO del tracciato 2. ABBASSAMENTO del voltaggio unilaterale o bilaterale 6/26 1.AUMENTO attività ( Hz) 2.RIDUZIONE attività 8-15Hz ovvero

8 RICAVARE EEG QUANTITATIVO Consapevolezza che lanalisi visiva dei tracciati: – offre una valutazione qualitativa degli effetti dellipoperfusione cerebrale – richiede molta esperienza e capacità di obiettività Convinzione che: – unanalisi nel dominio delle frequenze e lanalisi non lineare nel tempo possono dare informazioni aggiuntive di supporto al neurofisiologo qEEG: STRUMENTO dausilio al monitoraggio visivo dellEEG 7/26 OBIETTIVO DELLA TESI

9 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 MATERIALE E METODI 8/26

10 ANALISI NEL TEMPO 1. Deviazione standard: – dipende dallampiezza del segnale nel tempo – in caso di abbassamento del voltaggio dovuto alla sofferenza la deviazione standard diminuirà 2. 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 MATERIALE E METODI 9/26

11 ANALISI NEL TEMPO 3. 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( ) di segmenti di lunghezza necessari per misurare la lunghezza della curva – si ipotizza che in caso di sofferenza la DF diminuisca MATERIALE E METODI 10/26

12 ANALISI SPETTRALE 1. Potenza media nelle bande: tot: Hz : Hz : 4-8Hz : 8-13Hz 1 : 13-22Hz : 0.5-1Hz : 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 MATERIALE E METODI 11/26

13 ANALISI SPETTRALE 2. Bispectral Simmetry Index (van Putten et al., Clinical Neurophysiology, 2004): MATERIALE E METODI da monitorare (da letteratura) le variazioni superiori al 6% rispetto al valor medio calcolato nel periodo pre-clamping 12/26

14 ANALISI SPETTRALE 3. Trend 1/f MATERIALE E METODI Hz: Hz (più lineare) Hz (più sensibile) 13/26 ci si aspetta: un aumento (casi 1 e 3) una riduzione (caso 2)

15 MATERIALE CLINICO Registrazioni di 140 interventi di endoarterectomia carotidea eseguiti allOspedale di Cattinara dal : – 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 MATERIALE E METODI 14/26

16 PRE-PROCESSING eventuale sotto-campionamento a 128Hz filtraggio passa banda Butterworth Hz suddivisione segnali EEG in sottosequenze di 10s con overlap del 50% MATERIALE E METODI 15/26

17 IMPLEMENTAZIONE ALGORITMI routines implementate in MatLab algoritmi applicati a ciascuna sottosequenza di ogni canale per ogni canale aggiornamento parametro ogni 5s calcolo dellandamento medio di ogni parametro nellemisfero destro e nellemisfero sinistro valutazione delle variazioni dei parametri nel periodo post-clamping rispetto al valore mediano nel pre-clamping per ciascun emisfero MATERIALE E METODI 16/26

18 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 RISULTATI E DISCUSSIONE 17/26

19 CRITERI parametro selezionato: beta tra Hz zero-crossing PW 8-15Hz PW soglia: +20% -20% -40% Criteri proposti RISULTATI E DISCUSSIONE 18/26 durata minima della variazione per ogni parametro: 25s (5 punti)

20 ANALISI STATISTICA RISULTATI E DISCUSSIONE 19/26 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

21 ANALISI STATISTICA RISULTATI E DISCUSSIONE 20/26 specificità: % di soggetti negativi correttamente individuati accuratezza: % di risultati corretti sul totale sensibilità: % di soggetti positivi correttamente individuati

22 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, dell82 %, è dovuta ai 4 soggetti su 22 che non vengono identificati RISULTATI E DISCUSSIONE 21/26

23 FALSI NEGATIVI RISULTATI E DISCUSSIONE 22/26 SI PUO MIGLIORARE? linea verticale tratteggiata: istante del clamping curva rossa: andamento medio di PW HF nellemisfero destro curva blu: andamento medio di PW HF nellemisfero sinistro marker verde: punti oltre la soglia

24 MODIFICA CRITERIO Si considera sempre il parametro PW HF ma con due nuove soglie: % per 25s % 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) RISULTATI E DISCUSSIONE 23/26

25 CONCLUSIONI 1.PW 8-15Hz -35%: 1.recuperato dai falsi negativi quello con sofferenza più marcata; 2.i 3 falsi positivi possono fare riflettere sui risultati dellanalisi qualitativa dellidentificazione clinica (mostrano variazioni sensibili) 2.PW 8-15Hz -30%: 1.ulteriore recupero dai falsi negativi; 2.ulteriori 3 falsi positivi nei quali però il trend del parametro rimane complessivamente invariato (riduzione specificità ingiustificata) CONCLUSIONI 24/26

26 CONCLUSIONI in base ai risultati dellanalisi statistica per gli ultimi 2 criteri testati confrontato il peso dei falsi positivi e dei falsi negativi ricordando che lanalisi visiva dei tracciati tende a sovrastimare la sofferenza ribadendo che lo strumento verrà proposto come AUSILIO e non come SOSTITUZIONE dellanalisi visiva dellEEG SI PROPONE IL CRITERIO QUANTITATIVO: PW 8-15Hz, calo minimo del 35%, durata minima 25s CONCLUSIONI 25/26

27 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 CONCLUSIONI 26/26


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