Prilagodljivo ocenjevanje morfoloških lastnosti dolgih ambulantnih elektrokardiogramov z uporabo ortogonalnih transformacijAMON, MIHA (Avtor) Jager, Franc (Mentor) elektrokardiogramLong-Term ST Databasetransformacija Karhunena in Loèva (KLT)ortogonalna transformacija na osnovi Legendrovih polinomov (LPT)prilagodljivo ocenjevanje dolžine segmenta STopisovanje prehodnih sprememb morfologij segmenta STklasifikacija prehodnih epizod segmenta STNezanesljiv opis prehodnih morfoloških sprememb segmenta ST v dolgotrajnih ambulantnih elektokardiografskih (EKG) posnetkih in nezanesljivo razlikovanje med prehodnimi ishemičnimi ter neishemičnimi spremembami morfologij segmenta ST sta še vedno šibkejši lastnosti današnjih sistemov za vizualno ali avtomatsko odkrivanje epizod prehodne ishemije. Tradicionalna metoda ocenjevanja prehodnih sprememb morfologije segmenta ST, ki temelji na merjenju nivoja segmenta ST v zgolj eni sami statični referenčni točki, ni dovolj natančna metoda, ne le zaradi številnih motenj, ki so prisotne v signalih EKG, ta metoda namreč ne zajame morfologije celotnega segmenta ST. Posebna težava, ki do sedaj še ni bil ustrezno rešena, je tudi spremenljiva dolžina posameznih segmentov in valov znotraj posameznih srčnih utripov zaradi spreminjajoče se srčne frekvence. Klinično pomembni segmenti in valovi signala EKG lahko tako ob spremenjeni srčni frekvenci nastopijo v znatno spremenjeni časovni dolžini. Dogaja se, da so opazovane značilnosti segmentov in valov klinično ekvivalentne, ocena njihove morfologije pa je zaradi spremenjene srčne frekvence bistveno različna. Obstoječe metode za izločanje morfoloških značilk segmenta ST niso prilagodljive glede na spreminjajočo se srčno frekvenco in posledično na spreminjajočo se dolžino segmenta ST. Razvili smo novo, robustno, proti motnjam odporno metodo za opisovanje prehodnih sprememb morfologij segmenta ST in novo metodo za klasifikacijo prehodnih ishemičnih ter neishemičnih epizod segmenta ST, ki temeljita na ortogonalnih transformacijah, ki se dinamično prilagajajo spreminjajoči se srčni frekvenci. V ta namen smo razvili nov algoritem, ki s prevzorčenjem in linearno interpolacijo vhodnih vektorjev vzorcev (segmenti ST) dinamično prilagaja njihovo dolžino glede na višino trenutne srčne frekvence in jih transformira v vektorje vzorcev enotne dolžine. Algoritem temelji na Bazettovi formuli, ki je namenjena ocenjevanju dolžine intervala depolarizacije in repolarizacije srčnih ventriklov glede na trenutno srčno frekvenco in na nekaj ekspertno določenih položajih prilagodljive referenčne točke merjenja nivoja segmenta ST v odvisnosti od nekaterih izbranih vrednosti srčne frekvence. Z namenom prilagodljivega in proti motnjam odpornega zajemanja in ocenjevanja morfoloških lastnosti dolgotrajnih posnetkov EKG smo z uporabo robustnega postopka izgradnje kovariančne matrike, ki se tudi dinamično prilagaja spreminjajoči se dolžini vhodnih vektorjev vzorcev, razvili nove bazne funkcije ortogonalne transformacije Karhunena in Loèva (KLT) za segment ST ter novo ortogonalno transformacijo za segment ST na osnovi Legendrovih polinomov (LPT), ki se prav tako dinamično prilagaja spreminjajoči se dolžini vhodnih vektorjev vzorcev zaradi spreminjajoče se srčne frekvence. Transformaciji KLT in LPT dajeta konsistentne medsebojno primerljive ocene spremembmorfologij segmenta ST ne glede na spremembe v srčni frekvenci. Pridobljene časovne vrste vektorjev morfoloških značilk obeh transformacij omogočajo tudi nadaljnjoekspertno analizo in avtomatsko detekcijo ter klasifikacijo prehodnih epizod segmentaST. Razvita metoda opisovanja omogoča dolgotrajno reprezentacijo in karakterizacijoprehodnih sprememb morfologij segmenta ST na osnovi časovnih vrst vektorjev diagnostičnih in morfoloških značilk. V delu predstavljamo študijo zmogljivosti nove metode za reprezentacijo in karakterizacijo prehodnih sprememb morfologij ishemičnih in neishemičnih epizod segmenta ST z uporabo transformacije KLT ali LPT. Prve tri bazne funkcije transformacije LPT (konstanta, linearna funkcija in kvadratna funkcija) ustrezajo klinično pomembnim kategorijam morfologij, ki se pojavljajo pri prehodnih spremembah morfologije segmenta ST ob srčni ishemiji (elevacija ali depresija,nagib in ukrivljanje). Transformacija LPT tako omogoča edinstven neposreden vpogled v posamezne kategorije sprememb morfologij segmenta ST v časovnem prostoru le preko spremljanja časovnih vrst vektorjev morfoloških značilk. Izdelane nove časovne vrste vektorjev morfoloških značilk transformacij KLT in LPT smo objavili tudi v okviru mednarodne referenčne podatkovne baze LTST DB (Long-Term ST Database)dolgotrajnih posnetkov EKG, ki je prosto dostopna na spletnem portalu PhysioNet. Razvita metoda klasifikacije prehodnih ishemičnih in neishemičnih epizod segmenta ST temelji na uporabi samo vektorjev morfoloških značilk transformacije KLT aliLPT in ne uporablja drugih vektorjev diagnostičnih značilk signala EKG. Druge prednosti razvite metode pred drugimi obstoječimi metodami so še: nižja občutljivost na motnje, za vsak srčni utrip je potrebna le stabilna referenčna točka za ta utrip, točnegazačetka segmenta ST za vsak srčni utrip ni treba detektirati, prav tako informacija očasu začetka prehodne epizode ni potrebna. V delu predstavljamo študijo vrednotenja zmogljivosti klasifikacije ekspertno označenih prehodnih ishemičnih in neishemičnih epizod posnetkov podatkovne baze LTST DB z uporabo novih vektorjev morfoloških značilk transformacij KLT ali LPT ter z uporabo nekaterih izbranih standardnih klasifikatorjev. Najvišja dosežena klasifikacijska točnost, ob uporabi klasifikatorja k najbližjihsosedov, kNN (k = 3), dobljena z desetkratnim prečnim preverjanjem in desetimi ponovitvami, je na osnovi KLT 91% in na osnovi LPT 90%, kar je primerljivo in boljše odobjavljenih zmogljivosti sorodnih študij. Prilagodljivi ortogonalni transformaciji KLT in LPT prinašata nove možnosti zaučinkovitejšo ekspertno diagnostiko in avtomatsko analizo. Transformacija KLT daje višje rezultate zmogljivosti klasifikacije med prehodnimi ishemičnimi in neishemičnimi epizodami segmenta ST ter nakazuje razvoj novih in zmogljivejših avtomatskih sistemov.Transformacija LPT daje boljše rezultate opisovanja prehodnih sprememb morfologijsegmenta ST in nakazuje možnosti razvoja novih kliničnih diagnostičnih kriterijev zadiagnosticiranje prehodne ishemije.20172017-10-19 13:45:03Doktorsko delo/naloga97109VisID: 19681COBISS_ID: 1537612227sl