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Sviluppo e confronto di algoritmi di filtraggio del segnale fonocardiografico addominale per l’estrazione della frequenza cardiaca fetale

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Indice 1 Indice Introduzione ................................................................................................................. 5 Capitolo 1. Sviluppo fetale ........................................................................................ 8 1.1 Cenni sulla fisiologia dello sviluppo fetale ................................................................................ 8 1.2 Attività elettrica cardiaca ......................................................................................................... 12 1.3 Il sistema cardiocircolatorio fetale ........................................................................................... 17 Capitolo 2. Diagnostica fetale ................................................................................ 23 2.1 Introduzione ............................................................................................................................. 23 2.2 Cardiotocografia ....................................................................................................................... 25 2.2.1 Cardiotografia esterna ....................................................................................................... 28 2.2.1.2 Fonocardiografia ........................................................................................................ 28 2.2.1.3 L’ECG fetale addominale .......................................................................................... 30 2.2.1.4 Ultrasonografia........................................................................................................... 34 2.2.1.5 La tocografia esterna .................................................................................................. 39 2.4 Cardiotocografia interna .......................................................................................................... 40 2.4.1 ECG fetale diretto ............................................................................................................. 40 2.4.2 La tocografia interna ......................................................................................................... 42 2.5 Altre metodiche diagnostiche ................................................................................................... 44 2.5.1 Analisi del sangue fetale ................................................................................................... 44 2.5.2 Ossimetria pulsata ............................................................................................................. 44 2.5.3 Misurazione transcutanea della pCO 2 ............................................................................... 47 2.5.4 Elettromigrafia addominale............................................................................................... 47 Capitolo 3. Il segnale FHR ..................................................................................... 50 3.1 La frequenza cardiaca fetale..................................................................................................... 50 3.2 Caratteristiche ed alterazioni della FHR .................................................................................. 52 3.2.1 Tachicardia fetale .............................................................................................................. 55 3.3.2 Bradicardia ........................................................................................................................ 57 3.2.3 Accelerazioni .................................................................................................................... 59 3.2.4 Decelerazioni .................................................................................................................... 60 3.3 Regolazione del ritmo cardiaco ................................................................................................ 64 3.3.1 Analisi nel dominio del tempo .......................................................................................... 68 3.3.2 Analisi nel dominio della frequenza ................................................................................. 68 3.4 Variabilità del ritmo cardiaco fetale ......................................................................................... 69 Capitolo 4. Il segnale FHS ..................................................................................... 74 4.1 Introduzione ............................................................................................................................. 74 4.1.1 I suoni cardiaci .................................................................................................................. 75 Indice 2 4.1.2 Primo suono: genesi .......................................................................................................... 79 4.2 Il segnale FHS .......................................................................................................................... 82 4.3 Simulazione del segnale fonocardiografico fetale ................................................................... 85 4.3.1 Simulazione software ........................................................................................................ 85 4.3.2 Simulazione hardware ....................................................................................................... 90 4.4 Conclusioni .............................................................................................................................. 93 Capitolo 5. Il segnale FHS nel dominio della frequenza ..................................... 95 5.1 Il segnale FHS nel dominio della frequenza ............................................................................ 95 5.2 Metodi di analisi nel dominio della frequenza ......................................................................... 98 5.3 Analisi spettrale del primo suono cardiaco fetale .................................................................... 99 5.4 Analisi spettrale del secondo suono cardiaco fetale ............................................................... 102 5.5 Analisi spettrale del primo suono cardiaco materno .............................................................. 103 5.6 Conclusioni ............................................................................................................................ 105 Capitolo 6. Sviluppo e analisi di algoritmi di estrazione del segnale FHR da registrazioni fonocardiografiche fetali .................................................................. 107 6.1 Introduzione ........................................................................................................................... 107 6.2 Acquisizione dei segnali ........................................................................................................ 109 6.2 Pre-processing del segnale ..................................................................................................... 109 6.3 Processing del segnale ........................................................................................................... 111 6.3.1 Introduzione .................................................................................................................... 111 6.3.2 Primo stadio di elaborazione ........................................................................................... 113 6.3.3 Tecniche di filtraggio ...................................................................................................... 114 6.3.3.1 Filtraggio RLS.......................................................................................................... 114 6.3.3.1.1 Inquadramento teorico ...................................................................................... 114 6.3.3.1.2 Applicazioni degli RLS al segnale fPCG .......................................................... 116 6.3.3.2 Decomposizione wavelet ......................................................................................... 120 6.3.3.2.1 Inquadramento teorico ...................................................................................... 120 6.3.3.2.2 Applicazioni della decomposizione wavelet al segnale fPCG .......................... 124 6.3.3.2.3 Applicazione della decomposizione wavelet alla sottrazione del MHS dal segnale fPCG .................................................................................................................... 125 6.3.3.3 Altre soluzioni .......................................................................................................... 132 Matched filter ................................................................................................................... 134 Soppressione delle fonti di rumore acustico nel dominio del tempo ............................... 137 Individuazione delle sorgenti indipendenti del segnale fonocardiografico fetale attraverso l’algoritmo SCICA ........................................................................................................... 139 Modulazione in ampiezza ................................................................................................ 144 Sviluppo di sensori fonocardiografici a basso rumore ..................................................... 148 Indice 3 Registrazione a doppio canale .......................................................................................... 150 6.3.3.4 Soluzioni adottate per l’algoritmo implementato nel software ................................ 157 6.3.3.4.1 Filtraggio adattativo basato sul filtro RLS ........................................................ 157 Descrizione della soluzione adottata ................................................................................ 159 6.3.3.4.2 Filtro passa-banda a parametri fissi .................................................................. 161 Descrizione della soluzione adottata ................................................................................ 162 6.3.3.4.3 Filtro passa banda a parametri variabili ............................................................ 163 Descrizione della soluzione adottata ................................................................................ 164 6.3.3.4.4 Decomposizione wavelet .................................................................................. 165 Versione applicativa della decomposizione wavelet ....................................................... 165 Descrizione della soluzione adottata ................................................................................ 166 6.3.4 Secondo stadio di elaborazione ....................................................................................... 168 6.3.4.1 Teager Energy Operator ........................................................................................... 169 6.3.4.2 Altre soluzioni .......................................................................................................... 170 6.3.5 Terzo stadio di elaborazione ........................................................................................... 171 6.4 Elaborazione logica ................................................................................................................ 173 6.5 Post – Elaborazione ................................................................................................................ 177 6.5.1 Markers temporali ........................................................................................................... 180 6.5.1.2 Atre soluzioni ........................................................................................................... 181 6.5.2 Affidabilità ...................................................................................................................... 182 6.5.3 Outliers ............................................................................................................................ 186 6.6 Estrazione del segnale FHR da registrazioni fonocardiografiche fetali e confronto con il segnale FHR estratto da CTG. ..................................................................................................... 188 Capitolo 7. Confronto di algoritmi di filtraggio per l’estrazione del segnale FHR da registrazioni fonocardiografiche fetali ................................................... 192 7.1 Introduzione ........................................................................................................................... 192 7.2 Test di bianchezza dell’errore ................................................................................................ 194 7.3 Analisi della varianza ............................................................................................................. 195 7.4 Analisi statistica degli istogrammi FHR e degli istogrammi dell' errore beat-to-beat ........... 200 7.4.1 Risultati dell’analisi statistica sugli istogrammi FHR e sugli istogrammi dell’errore beat- to-beat ...................................................................................................................................... 203 7.5 Indice di efficacia ................................................................................................................... 217 7.5.1 Risultati ........................................................................................................................... 220 Capitolo 8. Interfaccia grafica .............................................................................. 223 8.1 Introduzione ........................................................................................................................... 223 8.2 Caricamento dati paziente ...................................................................................................... 224 8.3 Risultati elaborazione ............................................................................................................. 225 8.4 Confronto con CTG ............................................................................................................... 226 Indice 4 8.5 Analisi statistica errore ........................................................................................................... 228 8.6 Altre analisi statistiche ........................................................................................................... 229 Conclusioni ............................................................................................................... 231 Appendici .................................................................................................................. 235 Appendice A. Manuale d’uso del software ................................................................................. 235 Appendice B. Manuale tecnico ................................................................................................... 244 Appendice C. Database pazienti ................................................................................................. 257 Appendice D. Analisi statistica .................................................................................................... 259 Regressione lineare .................................................................................................................. 259 Test di bianchezza .................................................................................................................... 263 Test del cambiamento dei segni ........................................................................................... 264 Test di Portmanteau ............................................................................................................. 265 Test di normalità dell’errore .................................................................................................... 266 Analisi della varianza ............................................................................................................... 267 Istogramma .............................................................................................................................. 271 Appendice E. Variazioni al software pre-esistente ..................................................................... 274 Bibliografia ............................................................................................................... 283
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Informazioni tesi

  Autore: Ciro Tufo
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria biomedica
  Relatore: Mario Cesarelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 288

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Parole chiave

analisi statistica
diagnosi fetale
diagnosi prenatale
frequenza cardiaca
cardiotocografia
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fonocardiografia
fonocardiografia fetale
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