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A novel spectral entropy-based index for assessing the depth of anaesthesia
Brain Informatics Pub Date : 2021-05-12 , DOI: 10.1186/s40708-021-00130-8 Jee Sook Ra , Tianning Li , Yan Li
Brain Informatics Pub Date : 2021-05-12 , DOI: 10.1186/s40708-021-00130-8 Jee Sook Ra , Tianning Li , Yan Li
Anaesthesia is a state of temporary controlled loss of awareness induced for medical operations. An accurate assessment of the depth of anaesthesia (DoA) helps anesthesiologists to avoid awareness during surgery and keep the recovery period short. However, the existing DoA algorithms have limitations, such as not robust enough for different patients and having time delay in assessment. In this study, to develop a reliable DoA measurement method, pre-denoised electroencephalograph (EEG) signals are divided into ten frequency bands (α, β1, β2, β3, β4, β, βγ, γ, δ and θ), and the features are extracted from different frequency bands using spectral entropy (SE) methods. SE from the beta-gamma frequency band (21.5–38.5 Hz) and SE from the beta frequency band show the highest correlation (R-squared value: 0.8458 and 0.7312, respectively) with the most popular DoA index, bispectral index (BIS). In this research, a new DoA index is developed based on these two SE features for monitoring the DoA. The highest Pearson correlation coefficient by comparing the BIS index for testing data is 0.918, and the average is 0.80. In addition, the proposed index shows an earlier reaction than the BIS index when the patient goes from deep anaesthesia to moderate anaesthesia, which means it is more suitable for the real-time DoA assessment. In the case of poor signal quality (SQ), while the BIS index exhibits inflexibility with cases of poor SQ, the new proposed index shows reliable assessment results that reflect the clinical observations.
中文翻译:
一种基于光谱熵的新型麻醉深度评估指标
麻醉是为医疗操作而引起的暂时可控的意识丧失状态。对麻醉深度 (DoA) 的准确评估有助于麻醉师在手术期间避免知晓并缩短恢复期。然而,现有的 DoA 算法存在局限性,例如对不同患者的鲁棒性不够强,评估存在时间延迟。在这项研究中,为了开发一种可靠的 DoA 测量方法,将预降噪的脑电图 (EEG) 信号分为十个频段(α、β1、β2、β3、β4、β、βγ、γ、δ 和 θ),并将使用谱熵(SE)方法从不同的频带中提取特征。来自 beta-gamma 频段 (21.5–38.5 Hz) 的 SE 和来自 beta 频段的 SE 显示出最高的相关性(R 平方值:0.8458 和 0.7312,分别)与最流行的 DoA 指数,双谱指数(BIS)。在这项研究中,基于这两个 SE 特征开发了一个新的 DoA 指标,用于监测 DoA。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。这意味着它更适合实时的 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。这意味着它更适合实时的 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。
更新日期:2021-05-12
中文翻译:
一种基于光谱熵的新型麻醉深度评估指标
麻醉是为医疗操作而引起的暂时可控的意识丧失状态。对麻醉深度 (DoA) 的准确评估有助于麻醉师在手术期间避免知晓并缩短恢复期。然而,现有的 DoA 算法存在局限性,例如对不同患者的鲁棒性不够强,评估存在时间延迟。在这项研究中,为了开发一种可靠的 DoA 测量方法,将预降噪的脑电图 (EEG) 信号分为十个频段(α、β1、β2、β3、β4、β、βγ、γ、δ 和 θ),并将使用谱熵(SE)方法从不同的频带中提取特征。来自 beta-gamma 频段 (21.5–38.5 Hz) 的 SE 和来自 beta 频段的 SE 显示出最高的相关性(R 平方值:0.8458 和 0.7312,分别)与最流行的 DoA 指数,双谱指数(BIS)。在这项研究中,基于这两个 SE 特征开发了一个新的 DoA 指标,用于监测 DoA。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。测试数据对比BIS指数最高的Pearson相关系数为0.918,平均值为0.80。此外,当患者从深度麻醉到中度麻醉时,所提出的指标比 BIS 指标表现出更早的反应,这意味着它更适合实时 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。这意味着它更适合实时的 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。这意味着它更适合实时的 DoA 评估。在信号质量 (SQ) 较差的情况下,虽然 BIS 指数对 SQ 较差的情况表现出不灵活,但新提出的指数显示了反映临床观察结果的可靠评估结果。