Empirical mode decomposition-based filter applied to multifocal electroretinograms in multiple sclerosis diagnosis

As multiple sclerosis (MS) usually affects the visual pathway, visual electrophysiological tests can be used to diagnose it. The objective of this paper is to research methods for processing multifocal electroretinogram (mfERG) recordings to improve the capacity to diagnose MS. MfERG recordings from 15 early-stage MS patients without a history of optic neuritis and from 6 control subjects were examined. A normative database was built from the control subject signals. The mfERG recordings were filtered using empirical mode decomposition (EMD). The correlation with the signals in a normative database was used as the classification feature. Using EMD-based filtering and performance correlation, the mean area under the curve (AUC) value was 0.90. The greatest discriminant capacity was obtained in ring 4 and in the inferior nasal quadrant (AUC values of 0.96 and 0.94, respectively). Our results suggest that the combination of filtering mfERG recordings using EMD and calculating the correlation with a normative database would make mfERG waveform analysis applicable to assessment of multiple sclerosis in early-stage patients

Diagnosis of multiple sclerosis using multifocal ERG data feature fusion

The purpose of this paper is to implement a computer-aided diagnosis (CAD) system for multiple sclerosis (MS) based on analysing the outer retina as assessed by multifocal electroretinograms (mfERGs). MfERG recordings taken with the RETI?port/scan 21 (Roland Consult) device from 15 eyes of patients diagnosed with incipient relapsing-remitting MS and without prior optic neuritis, and from 6 eyes of control subjects, are selected. The mfERG recordings are grouped (whole macular visual field, five rings, and four quadrants). For each group, the correlation with a normative database of adaptively filtered signals, based on empirical model decomposition (EMD) and three features from the continuous wavelet transform (CWT) domain, are obtained. Of the initial 40 features, the 4 most relevant are selected in two stages: a) using a filter method and b) using a wrapper-feature selection method. The Support Vector Machine (SVM) is used as a classifier. With the optimal CAD configuration, a Matthews correlation coefficient value of 0.89 (accuracy = 0.95, specificity = 1.0 and sensitivity = 0.93) is obtained. This study identified an outer retina dysfunction in patients with recent MS by analysing the outer retina responses in the mfERG and employing an SVM as a classifier. In conclusion, a promising new electrophysiological-biomarker method based on feature fusion for MS diagnosis was identified.Agencia Estatal de InvestigaciónInstituto de Salud Carlos II

Advanced bioelectrical signal processing methods: Past, present and future approach - Part III: Other biosignals

Analysis of biomedical signals is a very challenging task involving implementation of various advanced signal processing methods. This area is rapidly developing. This paper is a Part III paper, where the most popular and efficient digital signal processing methods are presented. This paper covers the following bioelectrical signals and their processing methods: electromyography (EMG), electroneurography (ENG), electrogastrography (EGG), electrooculography (EOG), electroretinography (ERG), and electrohysterography (EHG).Web of Science2118art. no. 606

Diagnóstico de esclerosis múltiple mediante análisis de registros de tomografía de coherencia óptica y redes neuronales convolucionales entrenadas con imágenes sintéticas

Antecedentes: La Esclerosis Múltiple (EM) es una enfermedad del sistema nervioso central altamente discapacitante y que se presenta con frecuencia en adultos jóvenes. Para su diagnóstico se utilizan los criterios de McDonald, basados principalmente en evidencias de resonancia magnética, estudio del líquido cefalorraquídeo y el estado clínico del paciente. Sin embargo es conveniente investigar nuevos biomarcadores que permitan un diagnóstico fiable y no invasivo en las primeras fases de la enfermedad, permitiendo de este modo el uso de tratamientos modificadores de la enfermedad, ya que puede suponer una mejor evolución de los pacientes. Objetivos: El objetivo general de la presente tesis doctoral es investigar nuevos métodos de procesamiento y clasificación de imágenes de espesores de diferentes estructuras de la retina, obtenidas mediante Tomografía de Coherencia Óptica de fuente de barrido (SS-OCT) para conseguir un diagnóstico precoz de EM. Métodos: Se dispone de imágenes de espesores de las siguientes estructuras de la retina: retina completa, RNFL, GCL+, GCL++ y coroides, adquiridas por un equipo SS-OCT, en una base de datos formada por 48 sujetos de control y 48 pacientes con EM de diagnóstico reciente. Para la identificación de las estructuras y de las regiones con mayor capacidad discriminante se utiliza el método Relieff de categorización de características. Como clasificador, se utiliza una Red Neuronal Convolucional (RNC), y para evitar problemas de sobreajuste, se generan imágenes sintéticas con Redes Generativas Antagónicas. La comprobación de los métodos de clasificación se realiza mediante validación cruzada dejando uno fuera. Resultados: No existe diferencia significativa entre el grupo de control y el grupo de pacientes ni en edad ni en distribución entre sexos. Los pacientes han tenido un diagnóstico reciente (7,35 ± 1,95 meses). La aplicación del método Relieff detecta que las tres estructuras con mayor capacidad discriminante son GCL+, GCL++ y el espesor de la retina completa. Mediante las Redes Generativas Antagónicas se generan 100 imágenes SS-OCT sintéticas de sujetos de control y 100 imágenes SS-OCT de pacientes EM. Utilizando las imágenes originales en el clasificador RNC se obtiene una precisión de 0,968; en imágenes filtradas con el método Relieff la precisión de es 1,0 y utilizando las imágenes sintéticas para el entrenamiento de la RNC también es 1,0. Si se dispone únicamente del 50% de las imágenes originales, se comprueba la ventaja de disponer datos sintéticos para el entrenamiento de la RNC: la precisión aumenta de 0,66 a 0,96. Conclusiones: Las alteraciones estructurales neurorretinianas en las primeras fases de la EM son adecuadas para implementar un sistema de ayuda al diagnóstico mediante una red neuronal convolucional con un excelente nivel de precisión

Evaluación electrofisiologica y neuro-oftalmológica con tecnologia de última generación en pacientes con esclerosis múltiple

1. ObjetivoEl objetivo de esta tesis doctoral es evaluar la capacidad de discriminar entre sujetos sanos y pacientes con esclerosis múltiple (EM) mediante técnicas de aprendizaje automático utilizando datos de tomografía de coherencia óptica (OCT). Por otro lado, se ha estudiado si un método de análisis novedoso aumentaría el valor diagnóstico del electrorretinograma multifocal (mfERG) en el diagnóstico de la EM en etapa temprana.2.MetodologíaSe estudiaron diversas cohortes de sujetos sanos y pacientes con EM. Se utilizó el dispositivo Triton (Topcon, Japón) con un protocolo de OCT de campo amplio que se centra tanto en la mácula (ETDRS: exploración del estudio de retinopatía diabética de tratamiento temprano) como en el área peripapilar (TSNIT: exploración temporal-superior-nasal-inferior-temporal). Se empleó también el OCT Cirrus High Definition del que se extrajeron los valores de capa de fibras nerviosas de la retina (CNFR) del protocolo “optic disc 200x200” y los espesores de retina y capa de células ganglionares (CCG) del protocolo “macular cube 512x512”.Se registraron los valores de latencia de la onda P100 obtenida mediante potenciales evocados visuales (PEV) y la amplitud y latencia de las ondas N1 y P1 obtenidas con mfERG. Se utilizó el análisis estándar basado en latencias y amplitudes y un nuevo método para evaluar el error cuadrático medio normalizado (FNRMSE) entre las señales del modelo y los registros mfERG.Se analizó la función visual mediante la medición de la visión cromática (con test de Ishihara), de la sensibilidad al contraste (CSV-1000), de la agudeza visual (con optotipos de Snellen y ETDRS) y campo visual.3. ResultadosEn los pacientes con EM, la OCT reveló una correlación moderada entre el aumento de EDSS y el adelgazamiento de la CFNR y este a su vez se correlacionó moderadamente con una menor calidad de vida. El anillo 3 del mfERG es el que mejor discrimina entre sujetos sanos y con EM, no obstante, el nuevo análisis de señal basado en el error cuadrático medio muestra un poder de discriminación mayor que el método estándar.En análisis mediante support vector machine (SVM) sugiere que la variable más discriminante es el grosor total de GCL ++ (entre la membrana limitante interna y los límites de la capa nuclear interna), evaluada en el área peripapilar.A excepción de la GCL+ (entre CFNR y los límites de la capa nuclear interna) que muestra un adelgazamiento continuo a lo largo de la vida, el resto de las capas de la retina parece adelgazarse a partir de la 3ª década de vida.4.ConclusionesLos pacientes con esclerosis múltiple presentan una pérdida axonal progresiva de la capa de fibras nerviosas. Es posible clasificar sujetos controles sanos y pacientes con EM sin episodios previos de neuritis óptica, aplicando técnicas de aprendizaje automático para detectar la neurodegeneración subclínica estructural de la retina.<br /

Empirical Mode Decomposition-Based Filter Applied to Multifocal Electroretinograms in Multiple Sclerosis Diagnosis

As multiple sclerosis (MS) usually affects the visual pathway, visual electrophysiological tests can be used to diagnose it. The objective of this paper is to research methods for processing multifocal electroretinogram (mfERG) recordings to improve the capacity to diagnose MS. MfERG recordings from 15 early-stage MS patients without a history of optic neuritis and from 6 control subjects were examined. A normative database was built from the control subject signals. The mfERG recordings were filtered using empirical mode decomposition (EMD). The correlation with the signals in a normative database was used as the classification feature. Using EMD-based filtering and performance correlation, the mean area under the curve (AUC) value was 0.90. The greatest discriminant capacity was obtained in ring 4 and in the inferior nasal quadrant (AUC values of 0.96 and 0.94, respectively). Our results suggest that the combination of filtering mfERG recordings using EMD and calculating the correlation with a normative database would make mfERG waveform analysis applicable to assessment of multiple sclerosis in early-stage patients

The Molecular and Cellular Basis of Retinal Diseases

There are more than 300 genes that have been identified which carry mutations that cause various forms of retinal dysfunction and degeneration, making the study of retinal diseases a subject of high relevance. In this compendium of original and review articles, many of the diseases and pathways associated with disorders of the retina are examined using animal models, to provide the reader with a good overview of current retinal research. Within this volume, you will find research reports on many of the most prominent retinal disorders, such as diabetic retinopathy (DR), age-related macular degeneration (AMD), choroidal neovascularization (CNV), and retinitis pigmentosa (RP). We hope that the work presented here will stimulate new ideas and lead to effective treatments for retinal diseases

Antioxidant and DPPH-Scavenging Activities of Compounds and Ethanolic Extract of the Leaf and Twigs of Caesalpinia bonduc L. Roxb.

Antioxidant effects of ethanolic extract of Caesalpinia bonduc and its isolated bioactive compounds were evaluated in vitro. The compounds included two new cassanediterpenes, 1α,7α-diacetoxy-5α,6β-dihydroxyl-cass-14(15)-epoxy-16,12-olide (1)and 12α-ethoxyl-1α,14β-diacetoxy-2α,5α-dihydroxyl cass-13(15)-en-16,12-olide(2); and others, bonducellin (3), 7,4’-dihydroxy-3,11-dehydrohomoisoflavanone (4), daucosterol (5), luteolin (6), quercetin-3-methyl ether (7) and kaempferol-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1Ç2)-β-D-xylopyranoside (8). The antioxidant properties of the extract and compounds were assessed by the measurement of the total phenolic content, ascorbic acid content, total antioxidant capacity and 1-1-diphenyl-2-picryl hydrazyl (DPPH) and hydrogen peroxide radicals scavenging activities.Compounds 3, 6, 7 and ethanolic extract had DPPH scavenging activities with IC50 values of 186, 75, 17 and 102 μg/ml respectively when compared to vitamin C with 15 μg/ml. On the other hand, no significant results were obtained for hydrogen peroxide radical. In addition, compound 7 has the highest phenolic content of 0.81±0.01 mg/ml of gallic acid equivalent while compound 8 showed the highest total antioxidant capacity with 254.31±3.54 and 199.82±2.78 μg/ml gallic and ascorbic acid equivalent respectively. Compound 4 and ethanolic extract showed a high ascorbic acid content of 2.26±0.01 and 6.78±0.03 mg/ml respectively.The results obtained showed the antioxidant activity of the ethanolic extract of C. bonduc and deduced that this activity was mediated by its isolated bioactive compounds