Fosterovervåking vil føre til store endringer

Fosterovervåking vil innlede store endringer

Forskere i Iran har brukt et dypt nevralt nettverk (DNN) for å trekke ut et føtalt elektrokardiogram (EKG) fra en enkelt abdominal EKG-kanal. Metoden deres, beskrevet i Fysiologiske målinger, kan forbedre fosterovervåkingen i fremtiden.

Hvordan isolere føtalt EKG?

For tiden måles den elektriske aktiviteten til fosterhjertet ved hjelp av et elektrokardiogram hentet fra elektroder med EKG-ledninger plassert på den vordende mors mage. Klinikere kan bruke foster-EKG til å vurdere fosterhelsen og diagnostisere abnormiteter.

Utfordringen? Det er vanskelig å skille føtale EKG-signaler fra abdominale EKG, som inneholder signaler fra fosteret ("føtalt EKG") og mor ("maternal EKG"), samt signaler fra interferenskilder som muskelsammentrekninger. Denne oppgaven blir mer krevende mot slutten av svangerskapet, når amplituden til det fosterlige EKG-signalet er sammenlignbart med det til mors EKG.

Studiens hovedforfatter, Arash Rasti-Meymandi, en doktorgradsstudent ved Iran University of Science and Technology, og hans kolleger kom opp med en tilnærming som er avhengig av DNN-er for å løse problemet.

Rasti-Meymandi ble inspirert av Unets, konvolusjonelle nettverk som ofte brukes til medisinske bildesegmenteringsoppgaver. Han og hans samarbeidspartner Aboozar Ghaffari brukte en modifisert versjon av Unet for først å trekke ut EKG fra den gravide kvinnen og deretter EKG-signalet til fosteret.

"Unet utkonkurrerer andre teknikker innen bildesegmentering," sa Rasti-Meymandi. "For å trekke ut forskjellige komponenter av det abdominale EKG, oppdaget vi abdominale EKG-signaler med forskjellige oppløsninger (ligner på prosessen som brukes i Unet-modellen))."

Forskernes DNN, kalt AECG-DecompNet, bruker to undernettverk i serie for å trekke ut føtale EKG fra et enkanals abdominal EKG. Det første undernettverket trekker ut mors EKG; den andre er fosterets EKG. Forskerne trente de to undernettverkene separat ved å bruke simulerte EKG-signaler, og evaluerte deretter undernettverkene ved å bruke simulerte og ekte abdominale EKG-opptak.

Ved hjelp av en grafikkprosessor kan forskernes DNN behandle fire sekunder med abdominal EKG-opptak på omtrent ett sekund.

Fremtiden til DNN og foster-EKG

I motsetning til andre signalstøyreduksjonsmetoder som krever en referanse-EKG-modalitet (P-, Q-, R-, S- og T-bølgeformer som indikerer hjertets elektriske aktivitet), flerkanals-EKG, eller begge, krever forskernes metode kun én kanal, dvs. Kan. Dette forbedrer ikke bare mors komfort under EKG-innsamling, men krever også færre ressurser og mindre tid å implementere sammenlignet med tradisjonelle EKG-registrering og signalekstraksjonsmetoder.

Forskerne fant også at metoden deres bedre bevarte formen og strukturen til føtale EKG-signaler i forhold til andre metoder -- alle fem bølgeformene var godt bevart, noe som muliggjorde påvisning og diagnostisering av fosteravvik.

"Hovedresultatet av denne studien er effektiviteten av å bruke DNN for å effektivt trekke ut føtale EKG-signaler fra enkanals abdominale opptak," sa Rasti-Meymandi til Physical World. "Vi jobber for tiden med mer sofistikerte algoritmer ... for ytterligere å forbedre nøyaktigheten av hjertefrekvensutvinning."

Teamet jobber også med måter å implementere DNN-er i sanntid på smarttelefoner.

Begrensninger for deres tilnærming inkluderer en potensiell overavhengighet av treningsdatasettet, spesielt med svake føtale EKG-signaler, og feilutbredelse fra det første undernettverket til det andre.