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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 della tesi: Sviluppo e confronto di algoritmi di filtraggio del segnale fonocardiografico addominale per l’estrazione della frequenza cardiaca fetale, Pagina 1
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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

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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

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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

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

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Informazioni tesi

  Autore: Ciro Tufo
  Tipo: Laurea II ciclo (magistrale o 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
fhr
fonocardiografia
fonocardiografia fetale
segnali biomedici
sensori biomedici

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