Συγκριτική Μελέτη Μεθόδων Εντροπίας Σημάτων Κορεσμού Οξυγόνου Για Την Εκτίμηση Της Σοβαρότητας Του Συνδρόμου Αποφρακτικής Άπνοιας Στον Ύπνο

Abstract

Η μελέτη της κανονικότητας σημάτων κορεσμού οξυγόνου (SpO2) μπορεί να βοηθήσει στον καθορισμό της σοβαρότητας του συνδρόμου αποφρακτικής άπνοιας στον ύπνο (ΣΑΑΥ). Σε αυτήν την εργασία ερευνώνται τρεις μέθοδοι μελέτης της κανονικότητας σημάτων κορεσμού οξυγόνου, η προσεγγιστική εντροπία (ApEn), η εντροπία δειγμάτων (SampEn) και η εντροπία κατά Shannon (S), με σκοπό να βρεθεί ποια παρουσιάζει την καλύτερη διακριτική ικανότητα μεταξύ ήπιου και σοβαρού ΣΑΑΥ. Η μελέτη της εντροπίας έγινε σε πραγματικές καταγραφές SpO2 25 ασθενών: 5 ήπιου ΣΑΑΥ, με ΑΗΙ<10, και 20 σοβαρού ΣΑΑΥ, με ΑΗΙ>10.Αρχικά αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο των τριών μεθόδων εντροπίας και στη συνέχεια αυτές υλοποιούνται στο περιβάλλον της matlab με τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες. Συγκεκριμένα, στην πρώτη μεθοδολογία υπολογίζονται οι ApEn, SampEn για διάφορες τιμές παραμέτρων (μήκος παραθύρου m=1, m=2 και φίλτρο r=0,1"x" SD, r=0,15"x" SD) και S ολόκληρων των χρονοσειρών SpO2, αφού αρχικά οι χρονοσειρές υπέστησαν δειγματοληψία συχνότητας F_s=0,2 Hz. Στη δεύτερη μεθοδολογία οι δειγματοληπτημένες εκδοχές των σημάτων SpO2 χωρίστηκαν σε διαστήματα διάρκειας 1000 s και για κάθε διάστημα υπολογίστηκαν οι ApEn, SampEn (για ίδιες τιμές παραμέτρων) και η S. Ως τελική τιμή κάθε εντροπίας θεωρήθηκε η μέση τιμή των τιμών εντροπίας των επί μέρους διαστημάτων. Τέλος, με την τρίτη μεθοδολογία, υπολογίστηκε η ApEn για m=1, r=0,1"x" SD και η S των αρχικών, μη υποδειγματοληπτημένων, εκδοχών των σημάτων SpO2. Παράλληλα με τα παραπάνω υπολογίστηκε και η τυπική απόκλιση (SD) των υποδειγματοληπτημένων και μη χρονοσειρών SpO2. Επίσης, διεξήχθη στατιστικός έλεγχος (Wilcoxon test) στα αποτελέσματα των παραπάνω μεγεθών για να βρεθεί αν είναι στατιστικά σημαντικά.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι χρησιμοποιώντας τις μεθόδους εντροπίας στις υποδειγματοληπτημένες εκδοχές των σημάτων οι τιμές εντροπίας ήταν υψηλότερες στην ομάδα σοβαρού ΣΑΑΥ. Σε καμία περίπτωση, όμως, δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ τους. Αντιθέτως, στις αρχικές χρονοσειρές SpO2 η ApEn εμφανίζει χαμηλότερες τιμές εντροπίας στην ομάδα σοβαρού ΣΑΑΥ και, έτσι, φαίνεται ότι η χρήση της σε μη υποδειγματοληπτημένες χρονοσειρές μπορεί να οδηγήσει σε παραπλανητικά αποτελέσματα. Οι τιμές της SD ήταν υψηλότερες στην ομάδα σοβαρού ΣΑΑΥ, ανεξάρτητα από την εφαρμογή δειγματοληψίας ή μη και επιπλέον βρέθηκε ότι, σε αντίθεση με την εντροπία, τα αποτελέσματά της έχουν στατιστικά σημαντική διαφορά. Συμπερασματικά, η εφαρμογή μεθόδων εντροπίας σε σήματα SpO2 χαμηλής συχνότητας δειγματοληψίας μπορεί να αποδειχτεί χρήσιμο εργαλείο στη διάγνωση του ΣΑΑΥ. Ωστόσο, δεδομένου του πρόσφατου της μελέτης της κανονικότητας για τη διάγνωση του ΣΑΑΥ και του μικρού δείγματος ασθενών σε αυτήν την εργασία κρίνεται αναγκαία η περαιτέρω μελέτη των ApEn, SampEn και S σε σήματα SpO2 για να επαληθευτεί η αξιοπιστία τους στη διάγνωση του ΣΑΑΥ.