Monitorovanie plodu prinesie veľké zmeny

Monitorovanie plodu prinesie veľké zmeny

Výskumníci v Iráne použili hlbokú neurónovú sieť (DNN) na extrakciu fetálneho elektrokardiogramu (EKG) z jedného abdominálneho EKG kanála. Ich metóda opísaná v časti Fyziologické merania môže v budúcnosti zlepšiť monitorovanie plodu.

Ako izolovať fetálne EKG?

V súčasnosti sa elektrická aktivita srdca plodu meria elektrokardiogramom získaným z elektród s EKG zvodmi umiestnenými na bruchu nastávajúcej mamičky. Lekári môžu použiť EKG plodu na posúdenie zdravia plodu a diagnostiku abnormalít.

Výzva? Je ťažké oddeliť signály fetálneho EKG od abdominálnych EKG, ktoré obsahujú signály z plodu („fetálne EKG“) a matky („materské EKG“), ako aj signály zo zdrojov rušenia, ako sú svalové kontrakcie. Táto úloha sa stáva náročnejšou ku koncu gravidity, keď je amplitúda fetálneho EKG signálu porovnateľná s materským EKG.

Hlavný autor štúdie, Arash Rasti-Meymandi, postgraduálny študent na Iránskej univerzite vedy a techniky, a jeho kolegovia prišli s prístupom, ktorý sa pri riešení problému spolieha na DNN.

Rasti-Meymandi bol inšpirovaný Unets, konvolučnými sieťami bežne používanými pre úlohy segmentácie medicínskych obrazov. On a jeho spolupracovník Aboozar Ghaffari aplikovali upravenú verziu Unet, aby najprv extrahovali EKG tehotnej ženy a potom EKG signál plodu.

"Unet prekonáva iné techniky v segmentácii obrazu," povedal Rasti-Meymandi. "Na extrakciu rôznych zložiek abdominálneho EKG sme detekovali abdominálne EKG signály v rôznych rozlíšeniach (podobne ako proces použitý v modeli Unet)."

DNN výskumníkov s názvom AECG-DecompNet používa dve podsiete v sérii na extrakciu fetálneho EKG z jednokanálového brušného EKG. Prvá podsieť extrahuje materské EKG; druhým je fetálne EKG. Vedci oddelene trénovali dve podsiete pomocou simulovaných signálov EKG a potom vyhodnotili podsiete pomocou simulovaných a skutočných záznamov EKG brucha.

Pomocou grafického procesora dokáže DNN výskumníkov spracovať štyri sekundy brušných záznamov EKG za približne jednu sekundu.

Budúcnosť DNN a fetálneho EKG

Na rozdiel od iných metód redukcie šumu signálu, ktoré vyžadujú referenčnú modalitu EKG (vlny P, Q, R, S a T, ktoré indikujú elektrickú aktivitu srdca), viackanálové EKG alebo oboje, metóda výskumníkov vyžaduje iba jeden kanál, tj. Môcť. To nielenže zlepšuje pohodlie matky počas získavania EKG, ale vyžaduje si to aj menej zdrojov a menej času na implementáciu v porovnaní s tradičnými metódami záznamu EKG a extrakcie signálu.

Vedci tiež zistili, že ich metóda lepšie zachovala tvar a štruktúru signálov EKG plodu v porovnaní s inými metódami -- všetkých päť kriviek bolo dobre zachovaných, čo umožňuje detekciu a diagnostiku abnormalít plodu.

"Hlavným výsledkom tejto štúdie je účinnosť používania DNN na efektívne extrahovanie fetálnych EKG signálov z jednokanálových brušných záznamov," povedal Rasti-Meymandi pre Physical World. "Momentálne pracujeme na sofistikovanejších algoritmoch... na ďalšie zlepšenie presnosti extrakcie srdcovej frekvencie."

Tím tiež pracuje na spôsoboch implementácie DNN v reálnom čase na smartfónoch.

Obmedzenia ich prístupu zahŕňajú potenciálne nadmerné spoliehanie sa na tréningový súbor údajov, najmä so slabými signálmi EKG plodu, a šírenie chýb z prvej podsiete do druhej.