en statistisk analyse Av cervical auskultasjonssignaler fra voksne med usikker luftveisbeskyttelse
vår datainnsamlingsprotokoll, signalbehandlingstrinn og trekkekstraksjonsteknikker er alle identiske med vårt tidligere arbeid med ikke-aspirerende dysfagiske fag (Dudik, JM, Kurosu, A, Coyle, JL, Sejdić, E: effekten av dysfagi på svelging lyder og vibrasjoner hos voksne, under vurdering). For fullstendighet er hele prosessen inkludert nedenfor med mindre endringer i beskrivelsen av våre eksperimentelle grupper. Protokollen for studien ble godkjent Av Institutional Review Board Ved University Of Pittsburgh.
datainnsamling
vårt opptaksutstyr besto av et tri-aksial akselerometer og en kontaktmikrofon festet til deltakerens fremre hals med dobbeltsidig tape. Akselerometeret (ADXL 327, Analog Devices, Norwood, Massachusetts) ble montert i et tilpasset plasthus og festet over cricoidbrusk som tidligere beskrevet for å gi den høyeste signalkvaliteten . De viktigste akselerometer aksene ble justert omtrent parallelt med cervical ryggraden og vinkelrett på koronalplanet og vil bli referert til som henholdsvis superior-inferior og anterior-posterior akser. Den tredje aksen ble ikke brukt til denne studien, da et sammenlignbart signal ikke ble brukt i vår studie av friske forsøkspersoner . Sensoren ble drevet av en strømforsyning (modell 1504, Bk Precision, Yorba Linda, California) MED en 3v-utgang, og de resulterende signalene ble bandpass filtrert fra 0,1 Til 3000 Hz med ti ganger forsterkning (modell P55, Grass Technologies, Warwick, Rhode Island). Spenningssignalene for hver akse av akselerometeret ble begge matet inn I En National Instruments 6210 DAQ og registrert ved 20 kHz Av LabView-programmet Signal Express (National Instruments, Austin, Texas). Dette oppsettet har vist seg å være effektivt for å oppdage svelgeaktivitet i tidligere studier . Mikrofonen (MODELL C 411L, AKG, Wien, Østerrike) ble plassert under akselerometeret og litt mot høyre side av luftrøret for å unngå kontakt mellom de to sensorene og forhindre hindring av radiografisk visning av øvre luftveier, men registrerer fortsatt hendelser fra omtrent samme sted. Dette stedet har tidligere blitt beskrevet for å være egnet for å samle svelge lydsignaler . Mikrofonen ble drevet av en strømforsyning (modell B29L, AKG, Wien, Østerrike) og satt til ‘line’ impedans med et volum på ‘9’ mens det resulterende spenningssignalet ble sendt til den tidligere nevnte DAQ. Dette signalet ble forlatt ufiltrert, da en øvre grense for båndbredden til å svelge lyder ennå ikke er funnet. Signalet ble samplet Av Signal Express ved 20 kHz. Disse sensorene ble festet før og fikk lov til å samle inn data under en videofluoroskopisk svelgevurdering, så samtidig videofluoroskopibilder ble også oppnådd. Bildene fra røntgenmaskinen (Ultimax system, Toshiba, TUSTIN, CA) ble lagt inn på et videoopptakskort (AccuStream Express HD, Foresight Imaging, Chelmsford, MA) og registrert med samme Labview-program.
totalt 76 pasienter med mistanke om dysfagi som var planlagt å gjennomgå en videofluoroskopisk svelging evaluering Ved University Of Pittsburgh Medical Center (Pittsburgh, Pennsylvania) tjente som prøven. Deltakerne ble rekruttert fra den generelle innleggelse og poliklinisk populasjon av personer henvist Til Speech Language Pathology service for instrumental vurdering av orofaryngeal svelge funksjon med videofluoroscopy (VFS). Som et resultat av den høye forekomsten av flere komorbiditeter hos pasienter med dysfagi og samspillet mellom disse tilstandene forårsaker dysfagi, var det få pasienter for hvem en enkelt innrømmelse eller sykehusoppkjøpt diagnose kunne fastslås som den eneste årsaken til dysfagi. Blant de vanligste diagnosene i vår kohort var slag (17), organtransplantasjon (13 lunge, 3 hjerte, lever, nyre eller flere organer), dysfagi som ikke er spesifisert på annen måte (19), respirasjonssvikt (7), non-stroke nevrologisk sykdom (6), kreft – lunge, esophageal, head-neck (3) og pneumoni (8). Totalt 17 pasienter (10 menn, 7 kvinner, gjennomsnittlig alder 67) hadde en nåværende diagnose av hjerneslag, mens de resterende 59 (40 menn, 19 kvinner, gjennomsnittlig alder 61) hadde medisinske forhold som ikke var relatert til hjerneslag. De pasientene som tidligere hadde hatt større hode-eller halskirurgi, var utstyrt med hjelpemidler som hindret fremre hals, slik som trakeostomi, eller som ikke var tilstrekkelig kompetente til å gi informert samtykke, ble ikke inkludert i studien, men ingen andre tilstander ble ekskludert. Pasienter med dysfagi gjennomgikk ikke en standardisert datainnsamlingsprosedyre, da videofluoroskopiundersøkelsen rutinemessig endres av undersøkeren for å passe den enkelte pasient. Denne metoden for datainnsamling representerer nærmere det faktiske kliniske miljøet. Alle analyserte svaler var begrenset til de som ble gjort mens deltakerens hode var i en nøytral hodeposisjon. Svaler gjort med manøvrer som effortful swallow, supraglottic swallow, Eller Mendelsohn manøver ble også utelukket. Væskene som ble svelget under undersøkelsen inkluderte kjølt (5 °c) Varibar Tynn Væske, med <5 cps-konsistens, Og Varibar Nectar, med ≈300 cps-konsistens, (Bracco, Milan, ITA) presentert som enten selvadministrert fra en kopp i komfortable volumer selvvalgt av pasienten, eller administrert av sensor i volumer på omtrent 3 mL fra en 5 mL skje. Totalt 468 svaler (128 fra pasienter med slag, 340 uten) hadde ikke mer enn mindre penetrasjon av bolus i strupehodet mens 53 svaler (19 fra de med slag, 34 uten) hadde større penetrasjon eller rester. Disse gruppene kan klassifiseres som Å ha En Penetreringsaspirasjon-score på 3 eller mindre i den første gruppen eller en score på 4 eller større i den andre, hvis betydning er forklart i følgende avsnitt .
Signalbehandling og analyse
Data registrert med akselerometeret gjennomgikk flere behandlingstrinn for å forbedre signalkvaliteten. Et signal som ble tatt opp fra enheten når det ble presentert uten inngang på en tidligere dato, ble brukt til å generere en auto-regressiv modell av enhetens støy. Koeffisientene til denne modellen ble deretter brukt til å generere et endelig impulsresponsfilter som ble brukt til å fjerne enhetens støy fra det innspilte signalet. Etterpå ble bevegelsesartefakter og annen lavfrekvent støy fjernet fra signalet ved bruk av minst firkantede splines. Spesielt brukte vi fjerde ordens splines med et antall knuter lik \(\frac {\text {\textit {Nf}}_{l}}{f_{s}}\), Hvor N er antall datapunkter i prøven, fs er den opprinnelige 10 kHz samplingsfrekvensen av våre data, og f l er lik enten 3,77 Eller 1,67 Hz for henholdsvis overlegen dårligere eller anterior-posterior retning. Verdiene for f l ble beregnet og optimalisert i tidligere studier. Til slutt forsøkte vi å minimere virkningen av bredbåndsstøy på signalet ved å benytte wavelet denoising teknikker. Spesielt valgte vi å bruke tiende ordens Meyer wavelets med myk terskel. Verdien av vår terskel ble valgt til lik \(\sigma \sqrt {2\log N}\), Hvor N er antall prøver i datasettet og σ, estimert standardavvik for støyen, er definert som medianen for de nedprøvede wavelet-koeffisientene dividert med 0.6745. Vi brukte samme FIR filtrering og wavelet denoising teknikker til mikrofonsignalet etter re-beregning av de aktuelle koeffisientene. Ingen splines eller andre lavfrekvente fjerningsteknikker ble brukt på svelglydene fordi vi ikke hadde undersøkt om slike frekvenser inneholdt viktig lydinformasjon.
To dommere, både tale språk patologer med dysfagi forskningserfaring og hvis inter – og intra-rater pålitelighet i tiltakene som brukes i denne studien er etablert i tidligere publisert forskning, visuelt inspisert fluoroscopic data for å måle to parametere: varigheten av svelgingssegmentene og omfanget av luftveispenetrasjon eller aspirasjon under svelgingssegmentene ved hjelp av penetreringsaspirasjonsskalaen . En av disse dommerne er en medutvikler av penetration aspiration scale som utviklet beslutningsregler for valg av spesifikke rammer som markerer segmentvarighet og offset og i vurdering av omfanget av luftveisbeskyttelse under svelging ved hjelp av åtte-punkts penetration-aspiration scale. De trente deretter den andre dommeren i metoder for valg av disse videorammer. Etter trening evaluerte begge dommerne et sett med tjuefem ukjente videoopptak, hvorav ingen var inkludert i deltakerdataene for denne studien. Bedømmelsen pålitelighet ble evaluert ved hjelp av intraclass korrelasjonskoeffisient. Intra-rater og inter-rater intraclass korrelasjonskoeffisientene var begge 0,998. Etter etablering av akseptabel intra-og inter-rater pålitelighet for segment varighet og penetrasjon-aspirasjon score, den andre dommeren deretter evaluert segmentet utbruddet, segment offset, og penetrasjon-aspirasjon skala score for hver svelge beskrevet i denne studien.
Blindet til akselerometriske data, disse dommerne segmentert og merket hver enkelt svelge. Begynnelsen (utbruddet) av et svelgsegment ble definert som tiden hvor forkanten av den svelgede bolusen krysset med skyggen på røntgenbildet ved den bakre grensen til ramus av mandibelen, mens enden (offset) var tiden da hyoidbenet fullførte bevegelse assosiert med svelgerelatert faryngeaktivitet og returnerte til hvilestilling eller pre-svelgestilling. Tidspunktene gitt av denne prosedyren ble brukt til å segmentere vibrasjons-og akustiske signaler, og derved oppnå individuelle svelgedata. Hver svelge ble også vurdert på en standard 8-punkts ordinær klinisk penetrasjons-aspirasjonsskala (PA-skala), og eventuelle svaler med en rating på 3 eller lavere ble inkludert i vår analyse som en ikke-aspirerende svelge. Score på 3 eller lavere på denne skalaen indikerer at enten ingen materiale kom inn i øvre luftveier (score på 1), eller grunne penetrasjon av strupehodet uten (score på 2) eller med (score på 3) noen rester av svelget materiale som er igjen i strupehodet etter svelgen. Dette cutoff-punktet for sikker-usikre score som valgt fordi dypere laryngeal penetrasjon, og spesielt aspirasjon i luftrøret, representert ved skala score på 4 og høyere, har vist seg å forekomme med ubetydelig frekvens hos friske personer, og i forbindelse med vår studie ble ansett å være ‘usikre’ svaler. DISSE pa score ble deretter sammenlignet med signaler ervervet gjennom cervical auskultasjon enheter .
Når auskultasjonssignalene ble filtrert og segmentert, beregnet vi flere forskjellige funksjoner for å karakterisere hver svelge. I tidsdomenet undersøkte vi signalets skjevhet og kurtose, som kan beregnes med de typiske statistiske formlene . Vi har også beregnet flere informasjonsteoretiske trekk ved å følge fremgangsmåten beskrevet i tidligere publikasjoner. Signalene ble normalisert til null gjennomsnitt og enhetsvarians, deretter delt inn i ti like fordelte nivåer, alt fra null til ni, som inneholdt alle registrerte signalverdier. Vi beregnet deretter entropi rate-funksjonen til signalene. Dette er funnet ved å trekke minimumsverdien av den normaliserte entropihastigheten til signalet fra 1 for å produsere en verdi som varierer fra null, for et helt tilfeldig signal, til en, for et helt vanlig signal . Den normaliserte entropihastigheten beregnes som
hvor perc er prosentandelen av unike oppforinger I den gitte rekkefolgen L . SE ER Shannon entropi av sekvensen og beregnes som
der ρ (j) er sannsynlighetsmassefunksjonen til den gitte sekvensen. Kvantisering av det opprinnelige signalet til 100 diskrete nivåer i stedet for ti tillot oss å beregne lempel-Ziv kompleksiteten som
hvor k er antall unike sekvenser i det dekomponerte signalet og n er mønsterlengden .
vi undersøkte også flere funksjoner i frekvensdomenet. Senterfrekvensen, noen ganger referert til som spektral sentroid, ble ganske enkelt beregnet ved å ta Fourier-transformasjonen av signalet og finne det veide gjennomsnittet av alle de positive frekvenskomponentene:
hvor x (n) er størrelsen på en frekvenskomponent og f (n) er frekvensen til den komponenten. På samme måte ble toppfrekvensen funnet Å Være Fourierfrekvenskomponenten med størst spektral energi. Vi definerte båndbredden til signalet som standardavviket til Fourier-transformasjonen .
Til Slutt karakteriserte vi vårt signal i tidsfrekvensdomenet. Tidligere bidrag fant at svelgingssignaler til en viss grad er ikke-stasjonære, som wavelet-dekomponering er bedre egnet enn en enkel Fourier-analyse . Vi valgte å dekomponere signalet vårt ved hjelp Av tiende ordens meyer-bølger fordi de er kontinuerlige, har en kjent skaleringsfunksjon, og mer ligner svelgingssignaler i tidsdomenet sammenlignet Med Gaussiske eller andre vanlige bølgelettformer . Energien i et gitt dekomponeringsnivå ble definert som
hvor x representerer en vektor av tilnærmingskoeffisientene eller en av vektorene som representerer detaljkoeffisientene. / / ∗ / / betegner Den Euklidske normen . Den totale energien til signalet er ganske enkelt summen av energien ved hvert dekomponeringsnivå. Derfra kunne vi beregne wavelet entropi som:
Hvor Er er det relative bidraget til et gitt dekomponeringsnivå til den totale energien i signalet og er gitt som
Statistisk analyse
etter å ha beregnet de relevante funksjonene, utførte vi ulike statistiske sammenligninger på datasettet vårt. Først forsøkte vi å teste for normaliteten av våre data Med Shapiro-Wilk-testen, samt likestilling av avvik via Levenes test for å vurdere levedyktigheten ved å bruke parametriske tester. Men etter å ha skilt dataene basert på våre valgte variabler (pa-poengsum, deltakerens kjønn, tilstedeværelse av slag, bolusviskositet) fant vi at omtrent 60% av funksjonsfordelingene våre møtte disse antagelsene. På dette tidspunktet valgte vi å inkorporere ikke-parametriske tester for å analysere dataene våre.
Vi brukte Wilcoxon signed rank test for å identifisere forskjeller med hensyn til hver funksjon av alle tre signaler for safe (PA score på 1-3) og usikre (PA score på 4-8) svaler og stratifisert av konsistensen av inntatt bolus. En p-verdi på ≤0,05 ble brukt til å bestemme signifikans. Denne prosessen ble gjentatt for å teste for forskjeller mellom dysfagiske pasienter med og uten slag under ‘usikre’ svaler. For å speile resultatene fra våre tidligere studier utførte vi et annet sett med rangsumtester for å undersøke kjønnsbaserte forskjeller i signaler registrert fra den dysfagiske befolkningen. Til slutt ble effekten av bolusviskositet på våre data undersøkt ved Bruk Av Wilcoxon signed-rank-tester. Alderen på forsøkspersonene ble ikke benyttet som en variabel siden tidligere arbeid har vist liten signifikant effekt av alder på cervical auskultasjonssignaler selv for store aldersforskjeller .
Post hoc-estimater av vår statistiske kraft ble utført i GPower-programvaren. Vi brukte Lehmanns estimeringsmetode med en målkraft på minst 0,80. I matematisk form:
der c er den kritiske verdien av teststatistikken og er lik 1,64, Er E() og v a r () henholdsvis forventet verdi og variansoperatører, og Φ er den normale kumulative fordelingsfunksjonen. W Er Mann-Whitney-statistikken og er antall tilfeller der et datapunkt fra en gruppe har en lavere rang enn datapunktene i den alternative gruppen. Med små variasjoner mellom dem på grunn av de variable populasjonsstørrelsene, fant vi at våre sammenligninger hadde tilstrekkelig kraft til å skille mellom moderat størrelse (d=0,40±0,05) effekter.
