Analýza variability srdeční frekvence plodu ve spektrální oblasti

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá spektrální analýzou srdeční frekvence plodu (FHR) naměřené během první doby porodní pomocí kardiotokografie (KTG). Teoretická část přibližuje problematiku KTG jako diagnostického nástroje pro klasifikaci intrapartální fetální hypoxie. Mimoto se věnuje také metodám spektrální analýzy a předzpracování signálu. Hlavním obsahem praktické části je výpočet spektrálních parametrů FHR a posouzení jejich diagnostické hodnoty pro klasifikaci hypoxie plodu. Těmito parametry jsou spektrální výkonové hustoty (PSD) v pásmech: velmi nízkých frekvencí (VLF), nízkých frekvencí (LF), vysokých frekvencí (HF) a poměr parametrů LF a HF (LF/HF). K jejich výpočtu byla použita Welchova metoda založená teorii Fourierovy transformace. Analyzováno bylo celkem 552 reálných signálů z databáze CTU-UHB, které byly podle hodnoty pH 7,05 rozděleny na 508 fyziologických a 44 patologických záznamů. Mimoto byla provedena spektrální analýza vybrané vyvážené množiny 16 FHR signálů rekonstruovaných pomocí singulární spektrální analýzy. Pro získání informace o vývoji hodnot spektrálních parametrů v čase byl proveden výpočet PSD v segmentech s délkou 5 a 7 minut. Hodnoty LF a HF parametrů jsou v případě hypoxických plodů vyšší. Nejvhodnějším spektrálním parametrem pro klasifikaci hypoxie je LF příznak. S použitím LF a HF příznaků byl vytvořen klasifikátor, jehož výsledná specificita je 80 % a senzitivita je 40 %.

The theme of this thesis is a spectral analysis of the fetal heart rate (FHR) recorded during the first stage of labor with the utilization of cardiotocography (KTG). In the theoretical part there is an overview of the KTG as a diagnostic tool for classification of the intrapartum fetal hypoxia. Apart from that, it also summarizes various methods of spectral analysis and signal preprocessing. The main goal of this thesis practical part is the calculation of the FHR spectral parameters and the description of their diagnostic value for the assessment of fetal hypoxia. These parameters are the power spectral densities (PSD) in these bends: very low frequencies (VLF), low frequencies (LF), high frequencies (HF) and also the ratio of LF and HF parameters (LF/HF). The Welch method which is based on the Fourier transformation has been used in the process. A total of 552 real-life signals from the CTU-UHB database have been analyzed. These signals were divided by the value of pH 7,05 into two groups - 508 physiological signals and 44 pathological signals. Apart from this, a balanced group of 16 FHR signals, reconstructed with the singular spectral analysis, was analyzed. A calculation of the PSD in 5 and 7 minutes long segments has been used to obtain the information about the progress of spectral parameters values in time. In case the fetus is hypoxic, the LF and HF values are higher. The most relevant parameter for hypoxia classification is the LF parameter. Combining LF and HF parameters creates a classifier with the total specificity of 80 % and sensitivity of 40 %.