O parto prematuro é qualquer nascimento que ocorre antes das 37 semanas completas
de gestação e possui elevados riscos para a saúde do feto. A prematuridade apresenta-se
como a principal causa de morte em recém-nascidos no mundo e a segunda principal
causa de morte infantil, pelo que a previsão de partos pré-termo é um problema de
extrema importância que ainda carece de uma solução satisfatória.
Nesta perspetiva e em estudos recentes, o eletrohisterograma (EHG) surgiu como uma
alternativa mais precisa ao instrumento atualmente usado na descrição das contrações
uterinas, o tocograma. O EHG consiste no registo do sinal elétrico gerado pela atividade
contráctil do útero e apresenta potencial para a previsão do parto termo e pré-termo,
podendo auxiliar na tomada de decisão médica relativamente à utilização de terapia
tocolítica (antagonista da oxitocina) para retardar o parto. Esta medicação possui efeitos
secundários pelo que deve ser evitada quando possível. Deste modo, o EHG não invasivo
é uma ferramenta apropriada para a monitorização da gravidez e do parto.
As ondas Alvarez (Alv) são uma das componentes que constitui o sinal do EHG e,
segundo vários autores, possuem potencial para a previsão do parto termo e pré-termo,
pelo que o seu estudo é um assunto de grande interesse. Contudo, o sinal elétrico proveniente
do eletromiograma da respiração materna (MR-EMG) apresenta-se como uma
interferência prevalente no EHG, na medida em que a sua banda de frequência se sobrepõe
à das ondas Alv, afetando os resultados obtidos. Portanto, um método de atenuação
do MR-EMG sem comprometer as ondas Alv é necessário. As propriedades dos filtros
adaptativos tornam-nos adequados para esta tarefa. No entanto, selecionar o filtro adaptativo
ótimo e os respetivos parâmetros é uma tarefa importante para o sucesso da operação
de filtragem.
Neste trabalho foram estudados 16 algoritmos de filtragem adaptativa. Para a seleção
automática dos filtros com melhor desempenho e dos respetivos parâmetros otimizados
foi implementado um algoritmo, que visa minimizar a raiz do erro quadrático médio
(RMSE) entre o sinal uterino puro e o sinal filtrado. Deste modo, para uma fase inicial,
a utilização de sinais sintéticos é fundamental, pois de outra forma não seria possível
aceder ao sinal uterino puro. Os filtros Wiener, Recursive Least Squares (RLS), Householder Recursive Least Squares (HRLS) e QR-Decomposition Recursive Least Squares (QRD-RLS)
foram os que obtiveram melhor desempenho para os parâmetros otimizados, cujo comprimento
do filtro (L) adota o valor de 2 (para todos eles) e o fator de esquecimento (λ) é
1 (para os três últimos).
Numa segunda fase do trabalho, os filtros e parâmetros otimizados foram aplicados
a dados de EHG da vida real (Icelandic Reykjavik University EHG database). Para avaliar
quantitativamente os resultados obtidos analisaram-se seis propriedades dos periodogramas
das ondas Alv: a largura de banda ocupada (bw), os limites inferior e superior da bw
(f lo e f hi), a potência contida na bw (power), a amplitude máxima (peak) e a frequência
para a qual essa amplitude ocorre (f req_peak).
Os resultados obtidos mostraram que foi possível atenuar o MR-EMG preservando as
ondas Alv. Verificaram-se variações como o aumento de bw e f hi, bem como, a diminuição
de f lo, power, peak e f req_peak, sobretudo para o filtroWiener. Estas alterações indicaram
que a componente do MR-EMG foi atenuada das ondas Alv.Preterm birth is defined as any birth occurring before the 37 weeks of pregnancy, which
poses several risks for the newborn. It is the leading cause of death among newborns
and the second major cause of infant death. Preterm risk assessment is, therefore, very
important but it still lacks of an accurate monitoring tool.
Recent studies have shown that eletrohysterogram (EHG) is a more precise alternative
to the tocogram, where the latter is frequently used to describe uterine contractions. EHG
consists in the registration of the electric signals resulting from uterine contractions and it
can potentially be used to predict both preterm and term birth. Hence, this exam can improve
medical decision-making for tocolithic therapy (i.e., the use of labor suppressants).
Since this kind of medication presents secondary effects, it should be avoided whenever
possible. Thus, the non-invasive EHG is a suitable tool for monitoring pregnancy and
birth.
Alvarez (Alv) waves are one of the components of the EHG signal and, according
to many authors, can potentially predict term and preterm birth. Therefore, the study
of these EHG signal components is very relevant. Yet, the electromyographic signals
resulting from the maternal respiration (MR-EMG) tend to interfere with the EHG. This
affects the EHG signal since the MR-EMG signal bandwidth overlaps with that of the
Alv waves. Therefore, a method capable of attenuating the MR-EMG signal without
compromising the Alv waves would be suitable for this application. Adaptive filtering
seems to be a good choice for such a task. However, selecting the optimal adaptive filter
and its parameters is an important first step for the filtering operation’s success.
Sixteen different adaptive filtering algorithms were investigated in the present work.
The best performing algorithms and their respective parameters were automatically selected
based on a root mean squared error (RMSE) optimisation procedure between the
pure and the filtered uterine signals. Thus, for an initial phase, the use of synthetic signals
is essential, as otherwise, it was not possible to access the pure uterine signal. TheWiener,
the Recursive Least Squares (RLS), the Householder Recursive Least Squares (HRLS) and
the QR-Decomposition Recursive Least Squares (QRD-RLS) filters were found as the best
performing adaptive filters. All of them presented an optimised filter length L=2 and, the last three, a forgetting factor λ=1.
Afterwards, the optimised filter parameters obtainedwere applied to real EHG signals,
namely signals from the Icelandic Reykjavik University EHG database. The performance
of the aformentioned filters was assessed based on specific properties of the periodograms
obtained from the Alv waves: the occupied bandwidth (bw), the limiting frequencies of
bw (lower-bound frequency, f lo, and upper-bound frequency, f hi), the power contained
in the bw (power), the maximum amplitude (peak) and the frequency for which this
amplitude occurs (f req_peak).
The results showed that it is possible to attenuate the MR-EMG signal while preserving
the Alv waves. Moreover, increases in bw and f hi were observed as well as decreases in
f lo, power, peak and f req_peak, especially for theWiener filter. These variations account
for MR-EMG attenuation in the Alv waves
