Диссертация (Биотехническая система контроля венепункции на основе измерений электрического импеданса), страница 12

Однако было предложенореализовать расчет коэффициента регрессии в программно-алгоритмическомкомплексе STATISTICA 10. Для этого необходимо предварительно обучитьрегрессионную модель.В качестве обучающей выборки использовалась, ранее полученная,экспериментальная выборка, состоящая из пятнадцати экспериментальныхсигналов и впоследствии из шестидесяти пяти анализируемых событий.В программно-алгоритмическом комплексе STATISTICA 10 былиприсвоены значения для проколов (единица) и для артефактов (ноль). В итогебыло получено пятнадцать проколов и пятьдесят артефактов. При этомвыражение (4.2) приобрело вид:91x = z0 + A∆t1 ⋅ z1 + A∆t 2 z 2 + A∆t 3 ⋅ z 3 + Amax Пр1 ⋅ z 4 + Ax 2 ⋅ z 5 ,(4.3)Были получены коэффициенты регрессии для обучающей выборки,представленные в Таблице 20.Таблица 20.Рассчитанные коэффициенты регрессииКоэффициенты регрессииСвободный член (z0)∆t1 (z1)∆t2 (z2)∆t3 (z3)maxПр1 (z4)x2 (z5)Значения-0,47-167,61-77,21-77,953,8263,94В ходе обучения тестовой выборки (ТВ) было корректно обнаруженоодиннадцать проколов и сорок девять артефактов (Рисунок 4.3).Рисунок 4.3.

Обучение логистической регрессионной модели на тестовойвыборке92На Рисунке 4.3 показана работа логистической модели. Вероятностьпрокола, полученная более чем пять десятых является истинной. Моделью некорректно определено четыре прокола. Для артефактов предсказанное значениемоделью должно быть менее чем пять десятых или равно. Моделью былнекорректно обнаружен один артефакт.Для понимания механизмов формирования возможных причин ложнойидентификации событий, было проанализировано в отдельности каждоесобытие, как проколы, так и артефакты.4.4.Анализ ложно идентифицированных событий тестовой выборки4.4.1. Анализ ложно идентифицированных событий «прокол»Анализ ложно идентифицированных событий показал, что основнойособенностью не корректного определения момента прокола является влияниеанатомических особенностей расположения венозного сосуда в предплечьепациента.

А именно глубина залегания вены в подкожно жировом слое, болеечем 5 мм и ее диаметр не менее 1 мм, по результатам, полученных при анализечисленных моделей. Таким образом, при проведении контроля качествавенепункции у пациентов с пограничными значениями расположения идиаметра вен, возможна не корректная работа алгоритмического обеспечения(Рисунок 4.4).93Рисунок 4.4. Фрагменты записей экспериментальных сигналов с наличиемложно идентифицированного события «прокол» (а, б, в)НаРисункеразличных4.4 представленыпациентов.Записьзаписи«в»электрического импедансапредставляетсобойгруппупоследовательностей, полученных при однократном проколе стенки вены.Определитьмоментпроколанепредставляетсявозможным.Даннаязависимость появилась из-за глубины залегания венозного сосуда более 5 ммили введения иглы-электрода в мягкие ткани на глубину более 20 мм.Такжеидентификацияпроколабылазатрудненаиз-заналичияимпульсного шума.

Наличие импульсного шума обусловлено движением рукипациента и вследствие этого более интенсивным движением инъекционнойиглывфиксаторе(Рисунок 4.5).припроведенииконтролякачествавенепункции94Рисунок 4.5. Влияние импульсного шума на анализ экспериментальногосигналаПрименение медианной фильтрации для экспериментального сигнала,привело к частичному сглаживанию комплекса кандидата на прокол наэлектроимпедансномхарактеристики,сигнале.поэтомуСглаживаниеидентификацияповлиялопроколанабылаамплитудныепроведенанекорректно.Для проведения процедуры контроля качества венепункции необходимообеспечитьусловиядляданнойманипуляции.Основнымкритериемкорректной процедуры контроля качества венепункции является отсутствиедвижений со стороны пациента.4.4.1. Анализ ложно идентифицированных событий «артефакт»Анализ ложно идентифицированных событий артефактов показал, чтоосновной особенностью не корректного определения артефакта является,первоначальный момент времени введения иглы-электрода в мягкие тканипациента.

Поскольку площадь контакта игольчатого электрода мала, ачувствительность тока растекания к изменению сопротивления очень высокая,то в момент касания кожи пациента возникают скачки электрического95импеданса по своим характеристикам похожие на первый прокол стенкивенозного сосуда (Рисунок 4.6).Рисунок 4.6. Влияние касания иглы-электрода кожи пациента впервоначальный момент времениС этих же позиций выявлена и другая особенность появления неидентифицируемых артефактов. Особенность связана с переменной скоростьювведения инъекционной иглы в ткани пациента (Рисунок 4.7).Рисунок 4.7. Влияние скорости введения иглы-электрода на показанияэлектрического импеданса96АнализТВпоказал,чтодляповышениякачествакорректнойидентификации событий необходимо соблюдать методические правила иучитывать особенности метода алгоритмически.В ходе обучения регрессионной модели были получены коэффициентырегрессии.

Для тестирования обученной логистической модели была полученаэкзаменующая выборка.4.5.Верификация логистической регрессионной модели наэкзаменующей выборкеДля верификации логистической модели была получена экзаменующаявыборка (ЭВ). ЭВ состояла из девяти экспериментальных исследований и былаполучена на пяти здоровых добровольцах. Экспериментальные исследованияпроводились в медико-технологическом центре МГТУ им. Н.Э. Баумана и ГКБ№1 им. Н.И. Пирогова г.

Москвы с помощью медицинского персонала исоблюдением необходимых правил асептики.В области предплечья был установлен ПЭ. ПЭ, как и в случае набора ТВ,был установлен в манжету для нагнетания давления и обладал подобнымигабаритными параметрами. ПЭ располагался с учетом расположения местапунктированиявены.Данноеусловиенеобходимодлядостижениянаименьшего расстояния между электродами.

При этом ПЭ был смоченэлектродно-контактным веществом (ЭКВ) для обеспечения оптимальногоконтактаиминимизациивлияниядвиженияпациентанапоказанияэлектрического импеданса. Введение инъекционной иглы осуществлялось всторону ПЭ. При визуальной идентификации прокола по электрическомуимпедансу и при согласии с клиницистом, с наступлением события, записьсигнала прекращалась. Отдельное внимание было уделено правилам асептикипри установке фиксатора для подключения инъекционной иглы в качествеигольчатого электрода.97Было записано девять характеристик электрического импеданса припроведении венепункции. Из девяти экспериментальных сигналов былополучено тридцать четыре события, а именно девять проколов и двадцать пятьартефактов.Экспериментальныеособенностейкорректнойисследованияидентификациипроводилисьсобытий,сучетомвыявленныхранее.Характеристики разброса параметров показаны в таблице 20.Таблица 20.Характеристики разброса параметров экзаменующей выборкиДобровольцы1234Числоэкспериментов4221∆Zобщ, Ом7220694572707134∆Zпрокол, Ом ∆Тпрокол, с3384143171000,0350,0410,040,04Для верификации модели был проведен контурный анализ для тридцатичетырех событий.

Таблица данных полученных в ходе анализа событийкандидатов на прокол представлена в Приложение. Параметры регрессионнойфункции(4.2)былинайденысучетомполученныхкоэффициентовлогистической регрессии, полученных в ходе обучения, как показано ввыражении (4.4).x = −0, 47 −167, 61⋅∆t1 − 77, 21⋅∆t 2 − 77,95 ⋅∆t3 + 3,82 ⋅ max Пр1 + 63,94 ⋅ x2(4.4)В ходе верификации экзаменующей выборки было корректно обнаруженовосемь проколов из девяти и двадцать четыре артефакта из двадцати пяти.Верификация модели показана на Рисунке 4.8.98Рисунок 4.8. Апробация модели на экзаменующей выборкеДля понимания механизмов формирования ложно идентифицированныхсобытий,послеверификациилогистическоймоделисобытиябылипроанализированы более детально.4.5.1. Анализ ложно идентифицированных событий «прокол»При проведение верификации логистической модели на ЭВ был ложноидентифицирован один прокол (Рисунок 4.9).Рисунок 4.9.

Ложно идентифицированное событие «прокол» на экзаменующейвыборки99Прокол не был корректно идентифицирован, поскольку повлиял факторпограничного к разрешающей способности системы расположения венозногососуда в предплечье пациента. Глубина залегания венозного сосуда у данногопациента была более 5мм по данным УЗ.4.5.2. Анализ ложно идентифицированного события «артефакт»Ложно идентифицированные артефакты, как и в исследованиях на ТВ,появились вследствие неравномерной скорости введения инъекционной иглы вбиологическиетканипациента.Однакоданныеартефактыявляютсяметодической погрешностью, поскольку избежать наличия артефактов, внекоторыхслучаяхнепредставляетсявозможным.Поэтомуимеетсяпринципиальная возможность исключить артефакты с помощью введенияпороговых значений не чувствительности к продольно-поступательнымдвижениям. Ложно идентифицированные артефакты показаны на Рисунке 4.10.Рисунок 4.10.

Артефакты движения экзаменующей выборкиВозникновениеартефактовнаЭВспровоцировановозвратно-поступательными движениями врача, при проведении венепункции. Возвратнопоступательные движения необходимы для нахождения венозного сосуда вмягких тканях пациента. Данная процедура выполняется врачом принеоднозначном определении расположения венозного сосуда в мягких тканяхпациента при введении инъекционной иглы.Частичное извлечение инъекционной иглы из мягких тканей ипоследующее ее введение, близко к ситуации с возникновением артефактов в100первоначальный момент времени, как в случае с ТВ, при первом контакте скожными тканями.В ходе анализа полученных результатов была выявлена методическаяпогрешность, которую следует учитывать при использовании системы контролякачествавенепункцииэлектроимпеданснымметодом.Необходимопредупредить медицинский персонал о возможном ложном срабатываниисистемы при первом контакте с кожными тканями иглы-электрода и учестьартефакт алгоритмически.