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 can be referred to as an effect that causes sinusoidal signals to alias to another sinusoid of the same frequency, but with a different phase and amplitude. The trans-esophageally measured EAdi is acquired at 2KHz, which is at least 4 times higher than its highest frequency component. A second step in the process is filtering of the signal: Low-pass filter allows low frequencies to pass and are used to prevent aliasing, thus it is also called an anti-aliasing filter. High pass filters allow high frequencies to pass and are first applied to stabilize the signals’ DC level and avoid saturation of the amplifiers. High pass filters are also applied to eliminate low frequency signals induced by changes in tissue-electrode interface so-called “electrode motion disturbances”, esophageal peristalsis, lower esophageal sphincter activity, and cardiac activity all of which have a frequency content that is mainly lower than that of the EAdi. However the low frequency of the EAdi spectrum overlaps with the high frequency e.g. cardiac spectrum, such that a tailored filter is required to optimize the signal-to-cross-talk ratio. So called notch-filters are implemented to eliminate disturbances related to specific frequencies and their harmonics e.g. 50 or 60 Hz AC. Later in the signal processing, logical algorithms are implemented on every 16 ms of EAdi signal to detect non-diaphragmatic signals and replace them by predicted values. To dampen stochastic variability of the EAdi signal and to extrapolate the trend of the EAdi without causing runaway, recursive filtering of the EAdi can be applied.
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.