Spectral analysis of embolic signals

Tese de dout., Engenharia Electrónica e Computação, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2005Os parâmetros espectrais do sinal Doppler são usados na caracterização de fluxo sanguíneo. No caso particular do fluxo em artéria cerebral média, a caracterização pode incluir a detecção e classificação de embolias. Para este efeito pretende-se estudar o desempenho de métodos de análise espectral, nomeadamente os que tenham demonstrado bons resultados quando aplicados a sinais Doppler em outras artérias. Para melhor quantificar o desempenho dos estimadores espectrais, é necessário conhecer à priori as características particulares do sinal, facto que se pretende como objectivo final deste estudo. No sentido de disponibilizar sinais-referência para a análise do desempenho dos estimadores espectrais na detecção de embolias, foi desenvolvido um simulador de sinais de artéria cerebral média, com e sem embolias. Como entradas do simulador são utilizadas curvas médias extraídas de sinais clínicos, recorrendo a um algoritmo criado para o efeito, o Sequential Phase Shift Averaging. São também definidas pelo utilizador características dos êmbolos, tais como, velocidade, dimensão efectiva e potência devolvidas pela instrumentação ultra-sónica. Durante este estudo considerou-se o fluxo sanguíneo caracterizado por quatro parâmetros espectrais: frequência máxima, frequência média, raiz quadrada de meia largura de banda, e, variação da potência ultra-sónica ao longo do tempo; este último como sendo o mais relevante para a identificação e diferenciação dos êmbolos. Recorrendo aos sinais simulados, e, analisando os espectros dos sinais de fluxo sem embolias, verifica-se que a Short Time Fourier Transform estima melhor os parâmetros espectrais referidos do que a distribuição tempo-frequência de Choi- Williams ou o método paramétrico tempo-frequência de Covariância Modificada. A análise de espectros de sinais simulados de fluxo com embolias demonstra uma performance idêntica entre os métodos de análise temporal e a Short Time Fourier Transform, esta na versão em que o espectro do ciclo cardíaco é composto por elevada taxa de sobreposição de espectros de segmentos desse ciclo. Esta condicionante associada à constatação de que uma mesma embolia é captada distintamente consoante iii o local do ciclo cardíaco em observação induziu a criação de uma nova representação espectral. A representação proposta, de nome Space-frequency representation, permite a identificação visual da passagem do êmbolo pela janela de observação ultra-sónica. A pesquisa da existência do êmbolo é feita em função da velocidade sanguínea máxima instantânea, e a visualização da potência ultra-sónica por ele retornada é dimensionada adaptativamente de acordo com a relação espaço-frequência instantânea calculada. Esta metodologia permitirá introduzir vantagens significativas no diagnóstico clínico da circulação do fluxo sanguíneo em artéria cerebral média.UNESCO. MAGIAS (Métodos Avanzados de Generación de Imágenes Acústicas)

13th Annual Review of Progress in Applied Computational Electromagnetics at the Naval Postgraduate School, Monterey, CA, March 17-21, 1997, Conference Proceedings Volumes I & II

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