Özet
Vuru tespiti ve kalite indeksi bu veride çalışıyor; ancak PPG'den hesaplanan karmaşıklık ölçütleri EKG'ye göre bozuluyor, kısa pencerede kararsız kalıyor ve PPG'den solunum hızı sistematik olarak düşük kestiriliyor. Projenin Ar-Ge belirsizlikleri bu üç bulgu üzerine kuruludur.
Veri nedir?
BIDMC veri seti, Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi yoğun bakım hastalarından (MIMIC II) alınmış 53 adet 8 dakikalık kayıttan oluşur. Her kayıtta 125 Hz örneklemeyle monitörün pulse oksimetresinden alınmış PPG, empedans solunum sinyali ve üç EKG derivasyonu; 1 Hz sıklıkla monitörün nabız, solunum ve SpO2 değerleri; iki ayrı kişinin elle işaretlediği nefes zamanları bulunur. Lisans: Open Data Commons Attribution v1.0.
Nabız
Kayıt ortalaması, atım/dk (monitör)
Solunum
Kayıt ortalaması, nefes/dk (monitör)
Oksijen doygunluğu
Kayıt ortalaması, % (monitör)
Kayıtlar
Sütun başlığına tıklayarak sıralayın. "Kalite" = kalite indeksinin kullanılabilir bulduğu 8 sn pencerelerin oranı.
Altta yatan dinamikler
Karmaşıklık ölçütlerini seçmeden önce sinyalin zaman ölçeklerine ve gömme parametrelerine baktık. PPG'de karşılıklı bilginin ilk minimumu 25 Hz'de medyan 5 örnek (0,2 sn), yanlış en yakın komşu yöntemi çoğunlukla 4-5 boyut veriyor. Vuru aralığı serisinde ise yöntem her kayıtta 1 boyut döndürüyor; bunu bir bulgu olarak değil, yöntemin bu kısa ve gürültülü seride güvenilmez olduğunun işareti olarak okuyoruz.
Gecikme (AMI ilk minimumu)
PPG, 25 Hz'e indirgenmiş, örnek sayısı
Gömme boyutu (FNN)
PPG ve vuru aralığı serisi için kayıt sayısı
Kalp ve solunum frekansı
Her nokta bir kayıt: PPG'nin baskın kalp frekansı ve empedans solunumun baskın frekansı
Çok ölçekli entropi
PPG vuru aralıkları, medyan ve çeyrekler arası aralık
Kayıt görüntüleyici
Bir kayıt seçin: 60 saniyelik PPG ve solunum kesiti, 8 dakikanın tamamında PPG ve EKG vuru aralıkları, ve iki serinin tekrarlanma grafikleri (m = 3, τ = 1, tekrarlanma oranı %5, ilk 400 vuru).
60 saniyelik kesit (60-120. sn)
Üstte PPG ve bulunan vurular, altta empedans solunum
Vuru aralıkları
PPG'den ve EKG'den bulunan aralıklar aynı eksende; farklar vuru tespit hatasını gösterir
Tekrarlanma grafiği: EKG RR
Tekrarlanma grafiği: PPG vuru aralığı
Sorun 1: PPG'den çıkan vuru aralıkları entropiyi bozuyor
Örnek entropisi: EKG ve PPG
Her nokta bir kayıt. Kesikli çizgi = eşitlik.
Düzensizlik oranı
PPG vuru aralığı değişim katsayısı / EKG RR değişim katsayısı, kayıt başına (log ölçek)
Sorun 2: Kısa pencerede karmaşıklık ölçütleri kararsız
Pencere uzunluğuna göre örnek entropisi
PPG vuru aralıkları, bütün pencereler
Kayıt içi değişkenlik
Aynı kayıttaki pencereler arasında örnek entropisinin değişim katsayısı (kayıtların medyanı)
Sorun 3: PPG'den solunum hızı düşük kestiriliyor
Kestirim ve referans
32 sn pencereler; referans = 1. işaretçinin elle işaretlediği nefesler
Yöntemlerin hatası
Referansa göre ortalama mutlak hata ve ortalama sapma, nefes/dk
Akademik danışmana açık sorular
- Hangi seri? Karmaşıklığı PPG vuru aralıklarından mı, ham PPG dalga formundan mı, yoksa PPG'den türetilen solunum sinyalinden mi hesaplamalıyız? Vuru aralıkları zamanlama hatalarına duyarlı, ham dalga formu ise kalp ritmiyle baskın.
- Hangi entropi? Örnek entropisi kısa pencerede tanımsızlaşıyor ve oynuyor; permütasyon entropisi daha kararlı ama daha az ayırt edici olabilir. Çok ölçekli entropi, dağılım entropisi veya bulanık entropi bu veri yapısı için daha uygun mu?
- Gömme parametreleri: Vuru aralığı serisinde FNN her kayıtta 1 boyut veriyor. Cao yöntemi veya sabit bir gömme (m = 2-3) mi kullanmalıyız?
- Parametre seçimi: Örnek entropisinde r = 0,2 × standart sapma ve RQA'da sabit %5 tekrarlanma oranı kullandık. Kayıtlar arası karşılaştırma için bu seçimler uygun mu?
- PPG zamanlama sapması: Aralık düzeltmesinden sonra PPG entropisi EKG'ye göre sistematik olarak yüksek kalıyor (medyan yaklaşık 1,4'e karşı 1,0). Bunu nabız dalgası yayılma süresindeki değişkenliğe mi bağlamalıyız, düzeltilebilir mi?
- Erken uyarı için olay tanımı: MIMIC-IV'te SpO2'nin en az 60 sn %90'ın altında kalmasını ve öncesinde 30 dk stabil olmasını olay sayacağız. Bozulmanın "öncesini" hangi zaman ölçeğinde aramalıyız?
Yöntem ve sonraki adım
Vuru tespiti: neurokit2 (PPG temizleme ve tepe bulma). Kalite indeksi: 8 sn pencerelerde vuru şablonuna ortalama korelasyon ≥ 0,86 ve fizyolojik kalp hızı (Orphanidou ve ark. 2015 yaklaşımı). Solunum hızı: genlik, taban çizgisi ve frekans modülasyonlarından spektral kestirim, üçünün standart sapması ≤ 4 nefes/dk ise ortalama (Karlen ve ark. 2013 yaklaşımı). Karmaşıklık: örnek entropisi (m = 2, r = 0,2), permütasyon entropisi (m = 3), çok ölçekli entropi (ölçek 1-6), RQA (sabit %5 tekrarlanma oranı, lmin = 2). Aralık düzeltmesi: yerel medyanın %70-130'u dışındaki aralıklar atılır. Entropi hesapları neurokit2 ile çapraz kontrol edilmiştir.
Sonraki adım: MIMIC-IV Dalga Formu Veritabanı (v0.1.0, 198 hasta, 200 kayıt) üzerinde SpO2 düşüşü olaylarının bulunması ve olay öncesi karmaşıklık değişimlerinin incelenmesi.