Post 2: Acquisition and processing of the EAdi signal

Die EAdi Signalverarbeitung ist ein faszinierendes Gebiet der Entwicklung, wo neue Materialien und erhöhte Rechenleistung uns unendlich viele Entscheidungen in Echtzeit erlaubt haben. Der Blog unten beschreibt die wichtigsten Schritte der Erwerb und die Verarbeitung der EAdi Signal (oder Edi auf dem Servo-i). Beachten Sie, dass jedes 16ms während NAVA Entscheidungen und Überwachung neuronale Atemantrieb mit gleicher Auflösung durchgeführt werden kann.

EADI Katheter

Um die EAdi-Signal zu erhalten, entwickelten wir eine Reihe von 9 Elektroden ( 1/Bezugsmasse) organisiert, 8 bipolare Aufnahmen zu erhalten. Diese bipolaren Aufnahme wurde vorgezogen, den Einfluss von gemeinsamen Modus Störungen auf die EAdi Signal zu minimieren. Das Array-Design war einfach Atembewegungen des Zwerchfells abzudecken. Um die Verwendung von Sensoren und deren Einführung in die Speiseröhre zu vereinfachen haben wir entwickelt Elektroden, die auf einer gewöhnlichen nasogastrale angewendet werden können. Durch anatomische Veränderungen mit Wachstum haben wir die interelectrode Entfernung ein, um die Bandbreite der Membranbewegung beobachtet bei verschiedenen Körpergröße angepasst.

Die Signalerfassung und Filterung

Erwerb von EAdi (und jede EMG-Signals) folgt bestimmten Regeln. Die so genannte Nyqvist Theorem)http://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem) Staaten, die ein Signal mit einer Frequenz von mindestens zweimal die höchsten Frequenzanteile erworben werden muss, die es enthält. Dies ist ein Schritt zur Vermeidung von so genannten "Aliasing". (http://en.Wikipedia.org/wiki/Nyquist–Shannon_sampling_theorem#Aliasing). Aliasing kann als ein Effekt bezeichnet werden, der dazu führt, dass sinusförmige Signale in eine andere Sinuskurve mit derselben Frequenz, aber mit einer anderen Phase und Amplitude umgewandelt werden. Der transösophageal gemessene EAdi wird bei 2 kHz erfasst, was mindestens viermal höher ist als seine höchste Frequenzkomponente. Ein zweiter Schritt im Prozess ist die Filterung des Signals: Tiefpassfilter lassen tiefe Frequenzen passieren und dienen der Verhinderung von Aliasing, daher wird er auch Anti-Aliasing-Filter genannt. Hochpassfilter lassen hohe Frequenzen durch und werden zunächst eingesetzt, um den Gleichstrompegel der Signale zu stabilisieren und eine Sättigung der Verstärker zu vermeiden. Hochpassfilter werden auch verwendet, um niederfrequente Signale zu eliminieren, die durch Veränderungen an der Schnittstelle zwischen Gewebe und Elektrode, sogenannte „Elektrodenbewegungsstörungen“, durch die Peristaltik der Speiseröhre, die Aktivität des unteren Ösophagussphinkters und die Herzaktivität verursacht werden und deren Frequenzgehalt hauptsächlich unter dem des EAdi liegt. Allerdings überlappt die niedrige Frequenz des EAdi-Spektrums mit der hohen Frequenz, z. B. Herzspektrum, so dass ein maßgeschneiderter Filter erforderlich ist, um das Signal-zu-Übersprechen-Verhältnis zu optimieren. Sogenannte Notch-Filter werden eingesetzt, um Störungen im Zusammenhang mit bestimmten Frequenzen und deren Oberwellen zu eliminieren, z.B. 50 oder 60 Hz Wechselstrom. Später in der Signalverarbeitung werden alle 16 ms des EAdi-Signals logische Algorithmen implementiert, um nicht-diaphragmatische Signale zu erkennen und sie durch vorhergesagte Werte zu ersetzen. Um die stochastische Variabilität des EAdi-Signals zu dämpfen und den Trend des EAdi zu extrapolieren, ohne ein Durchgehen zu verursachen, kann eine rekursive Filterung des EAdi angewendet werden.

Elektroden Filterung

Ein großes Problem der Signalverarbeitung EAdi war zu überwinden so genannte Elektrode-Filterung. Das Zwerchfell bewegt sich in Bezug auf die Speiseröhre und die EAdi Katheter kann innerhalb der Speiseröhre, die Positionen der Elektroden gegenüber der Membran ändert sich ständig.

Bipolare Elektrode Verstärkung verwenden, ist die Position der Elektrode Paare-gegenüber der Membran die Signalamplitude betroffen. Zum Beispiel wenn die Membrane (d. h. die elektrische Aktivität) zwischen den Elektroden zentriert ist, der bipolaren Elektrodenanordnung wird das Signal zu stornieren, da die gleichen Signale auf beiden Elektroden aufgezeichnet und dann abgezogen. Dadurch wird ein EAdi Signal mit reduzierter Amplitude und höhere Frequenzen. Das stärkste EAdi-Signal über eine bipolare Elektrodenanordnung wird erreicht, wenn eine Elektrode in der Nähe des Zwerchfells (hohe EAdi liegt) und das zweite von der Membrane (niedrige EAdi ist). Dieser bipolare Elektrodenposition erlaubt die höchste Amplitude des EAdi (mit relativ niedriger Frequenzgehalt) und weiterhin guten gemeinsamen Modus Unterdrückung abbrechen Übersprechen Signale.

Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass der interelectrode Abstand wirkt wie ein high-Pass filter d.h. je kleinere die interelectrode Strecke, die die weniger niederfrequente Signale gemessen werden können.

Erkennung der Position der Membran auf Elektroden-Array (Kreuzkorrelation Technik)

Konstruktionsbedingt haben die gleiche Reihenfolge der Polarität für alle bipolare Elektrode Aufnahmen EAdi-Elektroden-Array sind EAdi Signale erhalten oberhalb und unterhalb des Zwerchfells invers zueinander.

Deshalb haben wir die so genannte Kreuzkorrelation Technik entwickelt: sukzessive korrelierenden ein Elektrodenpaar, die zweite nächste Elektrodenpaar. Diese Methode würde positive Korrelation d.h. Signale bereit sind von der gleichen Phase, wenn beide oben erhalten werden (oder beide unten) das Zwerchfell, während Signale von Elektrodenpaare erhalten (d. h. über die Membran) oben und unten befindet sich zeigen gegenüber Phase und bieten Sie die meisten negativen Korrelationskoeffizienten.

Doppelklicken Subtraktionstechnik

Um zu vermeiden Elektrode d.h. Filter zur Verringerung des Einflusses der (bipolar) Elektrodenpaar position gegenüber der Membran auf die EAdi Amplitude, entwickelten wir eine Methode namens "Doppel-Subtraktion-Technik". Die Doppel-Subtraktion-Technik verwendet die Kreuzkorrelation Technik die zwei Elektrodenpaare (eine zum zweiten nächsten), übermäßig das Zwerchfell bestimmen. Da diese Signale in Phase, d. h. durch die bipolare Elektrode Array Anordnung Signal oben das Zwerchfell invertiert zu denen vertauscht werden, die unterhalb des Zwerchfells, Subtraktion dieser Signale erzeugt eine summierte Signal, die Elektrode Filterung reduziert und Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Der Effektivwert des Signals doppelt abgezogen wird dann die RMS des Signals erhalten in der Mitte (Elektrodenpaar befindet sich zwischen die Elektrodenpaare verwendet in der doppelten Subtraktion) hinzugefügt. Der RMS-Wert mit Doppel-Subtraktion Technik erhalten wird auf 16 ms Signal Segmente in Echtzeit berechnet und bildet die EAdi Signal. Mit anderen Worten handelt es sich um die Geschichte hinter dem Signal Wellenform, die neuronale Atemantrieb darstellt, an der Membran, die für die Überwachung und Kontrolle NAVA.

Nächste Post startet die physiologische Interpretation des Signals EAdi anzusprechen.