Spectral analysis of embolic signals

Tese de dout., Engenharia Electrónica e Computação, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2005

Os 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).