Reduction of CPR artifacts in the ventricular fibrillation ECG by coherent line removal

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Interruption of cardiopulmonary resuscitation (CPR) impairs the perfusion of the fibrillating heart, worsening the chance for successful defibrillation. Therefore ECG-analysis <it>during ongoing chest compression </it>could provide a considerable progress in comparison with standard analysis techniques working only during "hands-off" intervals.</p> <p>Methods</p> <p>For the reduction of CPR-related artifacts in ventricular fibrillation ECG we use a localized version of the <it>coherent line removal </it>algorithm developed by Sintes and Schutz. This method can be used for removal of periodic signals with sufficiently coupled harmonics, and can be adapted to specific situations by optimal choice of its parameters (e.g., the number of harmonics considered for analysis and reconstruction). Our testing was done with 14 different human ventricular fibrillation (VF) ECGs, whose fibrillation band lies in a frequency range of [1 Hz, 5 Hz]. The VF-ECGs were mixed with 12 different ECG-CPR-artifacts recorded in an animal experiment during asystole. The length of each of the ECG-data was chosen to be 20 sec, and testing was done for all 168 = 14 × 12 pairs of data. VF-to-CPR ratio was chosen as -20 dB, -15 dB, -10 dB, -5 dB, 0 dB, 5 dB and 10 dB. Here -20 dB corresponds to the highest level of CPR-artifacts.</p> <p>Results</p> <p>For non-optimized <it>coherent line removal </it>based on signals with a VF-to-CPR ratio of -20 dB, -15 dB, -10 dB, -5 dB and 0 dB, the signal-to-noise gains (SNR-gains) were 9.3 ± 2.4 dB, 9.4 ± 2.4 dB, 9.5 ± 2.5 dB, 9.3 ± 2.5 dB and 8.0 ± 2.7 (mean ± std, <it>n </it>= 168), respectively. Characteristically, an original VF-to-CPR ratio of -10 dB, corresponds to a variance ratio <it>var</it>(VF):<it>var</it>(CPR) = 1:10. An improvement by 9.5 dB results in a restored VF-to-CPR ratio of -0.5 dB, corresponding to a variance ratio <it>var</it>(VF):<it>var</it>(CPR) = 1:1.1, the variance of the CPR in the signal being reduced by a factor of 8.9.</p> <p>Discussion</p> <p>The <it>localized coherent line removal </it>algorithm uses the information of a single ECG channel. In contrast to multi-channel algorithms, no additional information such as thorax impedance, blood pressure, or pressure exerted on the sternum during CPR is required. Predictors of defibrillation success such as mean and median frequency of VF-ECGs containing CPR-artifacts are prone to being governed by the harmonics of the artifacts. Reduction of CPR-artifacts is therefore necessary for determining reliable values for estimators of defibrillation success.</p> <p>Conclusions</p> <p>The <it>localized coherent line removal </it>algorithm reduces CPR-artifacts in VF-ECG, but does not eliminate them. Our SNR-improvements are in the same range as offered by multichannel methods of Rheinberger et al., Husoy et al. and Aase et al. The latter two authors dealt with different ventricular rhythms (VF and VT), whereas here we dealt with VF, only. Additional developments are necessary before the algorithm can be tested in real CPR situations.</p

Der Hirsch-Index und seine Varianten : eine Abhandlung zur Theorie und Praxis

Die Bewertung von wissenschaftlicher Forschungsleistung, basierend auf wissenschaftlichen Publikationen, spielt eine zunehmend wichtigere Rolle in der Wissenschaftsgesellschaft, wenn es darum geht, wissenschaftliches Personal einzustellen, Wissenschaftspreise zu vergeben oder Forschungsgelder für weiterführende Forschungsprojekte zu bewilligen. Um diese Aufgabe zu bewerkstelligen, wurden im Laufe der letzten sechzig Jahre zahlreiche bibliometrische Indikatoren eingeführt, wobei der Großteil dieser Indikatoren erst im einundzwanzigsten Jahrhundert entwickelt wurden. Kein anderer bibliometrischer Indikator erhielt soviel an Aufmerksamkeit von der Wissenschaftsgesellschaft, wie der von Jorge E. Hirsch eingeführte Hirsch-Index. Dies beruht auf der Tatsache, dass dieser bibliometrische Indikator neben seinen exzellenten Eigenschaften, wie etwa die gleichzeitige Betrachtung der Faktoren Quantität (Anzahl der Publikationen) und Qualität (Anzahl der Zitationen dieser Publikationen) in einer einzigen Maßzahl oder seiner überaus einfachen Berechnung, eine Flut von Folgepublikationen, welche ihn erweitern oder verbessern, hervorrief. Diese Masterthesis gewährt einen aktuellen Überblick über den Hirsch-Index und seine Varianten. Nach einer kurzen Einführung in die Entwicklungsgeschichte der Bibliometrie und dem essentiellen Unterschied zwischen dem Journal Impact Factor und dem Hirsch-Index, wird eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Zitationsdatenbanken mit allen ihren Eigenschaft und Beschränkungen gegeben, da diese die Grundlage für jede bibliometrische Analyse bilden. Anschließend werden neben der Definition des Hirsch-Index und des Hirsch-Kern, die Vorgehensweisen bei der Bestimmung des Hirsch-Index mithilfe von Zitationsdatenbanken näher erläutert, sowie die Vor- und Nachteile des Hirsch-Index aufgelistet. Bei den Hirsch-Index Varianten, welche zum Großteil versuchen die Nachteile des originalen Hirsch-Index zu beseitigen, kann man prinzipiell eine Einteilung in vier Gruppen vornehmen. Die erste Gruppe berücksichtigt die Zitationen im Hirsch-Kern, welche der originale Hirsch-Index außer Acht lässt. Vertreter dieser Gruppe sind etwa der g-Index von Leo Egghe, der A- und R-Index von BiHui Jin, der m-Index von Lutz Bornmann und der H(2)-Index von Marek Kosmulski. Die zweite Gruppe, die sogenannten zusammengesetzten Hirsch-Index Varianten, versuchen die Vorteile der Indikatoren in der ersten Gruppe mit dem originalen Hirsch-Index in einer neuen Maßzahl zu vereinen, um so einen Ausgleich zwischen diesen beiden Indikatoren zu schaffen, wie es etwa der hg-Index von Sergio Alonso oder der q2-Index von Francisco Javier Cabrerizo es machen. In der dritten Gruppe wird neben dem Lebensstadium der wissenschaftlichen Karriere eines Forscher, auch das Alter einer Publikation mit berücksichtigt, sie fallen unter die sogenannte Kategorie der zeitabhängigen Hirsch-Index Varianten, zu deren Vertretern der m-Quotient von Jorge E. Hirsch, der AR-Index von BiHui Jin, der „Contemporary“ und „Trend“ H-Index von Antonis Sidiropoulos, sowie der dynamische H-Typen Index von Ronald Rousseau zählen. Die vierte und letzte Gruppe fasst alle sonstigen Hirsch-Index Varianten zusammen, welche zum Teil eher von theoretischer Natur und zudem schwer zu bestimmen sind. In diese Gruppe fallen etwa der hw-Index von Leo Egghe, der normalisierte H-Index von Antonis Sidiropoulos und der „Tapered“ H-Index von Thomas R. Anderson. Im Anschluss an die einzelnen Hirsch-Index Varianten, werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie man den originalen Hirsch-Index standardisiert, um so einen Vergleich unterschiedlicher Wissenschaftsdisziplinen zu erlauben. Den Abschluss der Masterthesis bildet eine Vergleichsanalyse der einzelnen Hirsch-Index Varianten, sowie eine ausführliche Diskussion darüber. Um neben den theoretischen Grundlagen auch die praktischen Aspekte herauszuarbeiten, wird in einem kontinuierlichen, fiktiven Beispiel von vier Wissenschaftlern der Hirsch-Index und seine Varianten analysiert.The assessment of scientific research performance based on scientific publications plays an increasingly important role in the scientific community when it comes to employing scientific staff, awarding scientific prizes, or granting funds for further research projects. To accomplish this task, numerous bibliometric indicators have been introduced over the last sixty years, the majority of which date from the twenty first century. No other bibliometric indicator has received more attention from the scientific community than the Hirsch index introduced by Jorge E. Hirsch. This indicator has excellent properties, such as the simultaneous consideration of the quantity factor (number of publications) and the quality factor (number of citations of these publications); it is particularly easy to calculate; and it has triggered a flood of subsequent publications that have expanded and improved it. This master thesis provides a current overview of the Hirsch index and its variants. After a brief introduction to the history of bibliometrics and the essential differences between the journal impact factor and the Hirsch index, a brief summary is given of the major citation databases - with all their properties and restrictions - as these form the basis for every bibliometric analysis. In addition to the definition of the Hirsch index and Hirsch core, the procedures for determining the Hirsch index using citation databases are then described in detail, and the advantages and drawbacks of the Hirsch index are listed. Within the Hirsch index variants, which for the most part try to overcome the drawbacks of the original Hirsch index, a basic division can be made into four groups. The first group includes the citations in the Hirsch core, which the original Hirsch index ignored. Representatives of this group are the g-index of Leo Egghe, the A- and R-indices of Bihui Jin, the m-index of Lutz Bornmann, and the H(2)-index of Marek Kosmulski. The second group, known as composite Hirsch index variants, tries to combine the benefits of the first group with the original Hirsch index in a new measure in order to create a balance between these two indicators. Examples include the hg-index of Sergio Alonso or the q2-index of Francisco Javier Cabrerizo. The third group not only considers the stage a given researcher is at in their scientific career, but also the age of the publication. These factors are covered by the category of time-dependent Hirsch index variants, represented by the m-quotient of Jorge E. Hirsch, the AR-index of Bihui Jin, the contemporary and trend h-indices of Antonis Sidiropoulos, and the dynamic H-type index of Ronald Rousseau. The fourth and final group covers all other Hirsch index variants, which are in some cases of a theoretical nature and also difficult to determine. This group includes the hw-index of Leo Egghe, the normalized h-index of Antonis Sidiropoulos, and the tapered h-index of Thomas R. Anderson. Following the description of the individual Hirsch index variants, possible methods of standardizeing the original Hirsch index are outlined which allows a comparison of different scientific disciplines. The final section of the master thesis presents a comparative analysis and detailed discussion of the individual Hirsch index variants. Building on the theoretical foundations, the same fictitious example of four scientists is used to analyse the practical aspects of the Hirsch index and its variants.eingereicht von Thomas NiederklapferZsfassung in engl. SpracheInnsbruck, Univ., Master-Arb., 2014OeBB(VLID)21643