análise estatística da ausculta cervical sinais de adultos com inseguro protecção das vias respiratórias

Nossa coleta de dados, o protocolo de sinal de etapas de processamento e extração de características técnicas são todos idênticos ao nosso trabalho anterior com o não-aspiração dysphagic disciplinas (Dudik, JM, Kurosu, Um, Coyle, JL, Sejdić, E: Os efeitos da disfagia em sons de deglutição e vibrações em adultos, em revisão). Para completar, todo o processo é incluído abaixo com pequenas alterações na descrição de nossos grupos experimentais. O Protocolo para o estudo foi aprovado pelo Conselho de revisão Institucional da Universidade de Pittsburgh.

Data collection

Our recording equipment consisted of a tri-axial accelerometer and a contact microphone attached to the participant’s anterior neck with double-sided tape. O acelerômetro (ADXL 327, de Dispositivos Analógicos, Norwood, Massachusetts) foi montado em uma personalizada, caixa de plástico, e afixado sobre a cartilagem cricóide, como descrito anteriormente, a fim de fornecer a mais alta qualidade do sinal . Os eixos principais do acelerômetro foram alinhados aproximadamente paralelos à coluna cervical e perpendiculares ao plano coronal e serão referidos como os eixos superior-inferior e anterior-posterior, respectivamente. O terceiro eixo não foi usado para este estudo como um sinal comparável não foi usado em nosso estudo de indivíduos saudáveis . O sensor foi alimentado por uma fonte de alimentação (modelo 1504, BK Precision, Yorba Linda, Califórnia) com uma saída de 3V, e os sinais resultantes foram bandpass filtrados de 0,1 a 3000 Hz com dez vezes de amplificação (modelo P55, Grass Technologies, Warwick, Rhode Island). Os sinais de tensão para cada eixo do acelerômetro foram ambos alimentados em instrumentos nacionais 6210 DAQ e registrados em 20 kHz pelo Programa LabView Signal Express (National Instruments, Austin, Texas). Esta configuração mostrou ser eficaz na detecção de atividade deglutição em estudos anteriores . O microfone (modelo C 411L, AKG, Viena, Áustria) foi colocado abaixo do acelerômetro e um pouco para a direita lateral da traquéia, de modo a evitar o contato entre os dois sensores e evitar a obstrução da visão radiográfica das vias aéreas superiores, mas ainda registo de eventos de aproximadamente o mesmo local. Este local já foi descrito como apropriado para a coleta de sinais sonoros deglutição . O microfone era alimentado por uma fonte de alimentação (modelo B29L, AKG, Viena, Áustria) e configurado para impedância de “linha” com um volume de “9”, enquanto o sinal de tensão resultante foi enviado para o DAQ anteriormente mencionado. Este sinal não foi filtrado, como um limite superior para a largura de banda dos sons deglutição ainda não foi encontrado. O sinal foi amostrado por sinal expresso a 20 kHz. Estes sensores foram ligados antes e autorizados a coletar dados durante uma avaliação videofluoroscópica deglutição, de modo que imagens simultâneas de videofluoroscopia também foram obtidas. A saída de imagens pela máquina de raios-x (Ultimax system, Toshiba, Tustin, CA) foi uma entrada para uma placa de captura de vídeo (AccuStream Express HD, Foresight Imaging, Chelmsford, MA) e gravado com o mesmo programa Labview.

um total de 76 pacientes com suspeita de disfagia que estavam programados para passar por uma avaliação videofluoroscópica deglutição na Universidade de Pittsburgh Medical Center (Pittsburgh, Pensilvânia) serviu como amostra. Os participantes foram recrutados a partir da população geral em internamento e Ambulatório de pessoas referidas ao Serviço de patologia da linguagem da fala para avaliação instrumental da função de deglutição orofaríngea com videofluoroscopia (VFS). Como resultado da alta prevalência de co-morbilidades múltiplas em pacientes com disfagia e as interações destas condições estão causando disfagia, houve poucos pacientes para os quais um único diagnóstico de admissão ou hospital-adquirido poderia ser identificado como a única causa de sua disfagia. Entre os diagnósticos mais comuns em nossa coorte foram acidente vascular cerebral (17), o transplante de órgãos (13 de pulmão, 3 cardíaca, hepática, renal ou vários órgãos), disfagia não especificado de outra forma (19), insuficiência respiratória (7), não-acidente vascular cerebral doença neurológica (6), câncer de pulmão, esôfago, cabeça-pescoço (3) e pneumonia (8). Um total de 17 doentes (10 homens, 7 mulheres, média de idade 67) tiveram um diagnóstico actual de acidente vascular cerebral, enquanto os restantes 59 (40 homens, 19 mulheres, média de idade 61) tiveram condições médicas não relacionadas com o acidente vascular cerebral. Não foram incluídos no estudo os doentes que tinham antecedentes de grande cirurgia da cabeça ou pescoço, que eram dispositivos de apoio equipados que obstruíam o pescoço anterior, como um tubo de traqueostomia, ou que não eram suficientemente competentes para dar o consentimento informado, mas não foram excluídas outras condições. Pacientes com disfagia não foram submetidos a um procedimento padronizado de coleta de dados, já que o exame de videofluoroscopia é rotineiramente modificado pelo examinador para atender ao paciente individual. Este método de aquisição de dados representa mais de perto o ambiente clínico real. Todas as andorinhas analisadas foram limitadas às feitas enquanto a cabeça do participante estava em uma posição neutra. As andorinhas feitas com manobras como a andorinha fácil, andorinha supraglótica ou manobra de Mendelsohn também foram excluídas. Os líquidos ingerido durante o exame incluiu a refrigerado (5 °C) Varibar Líquido Fino, com <5 cps consistência, e Varibar Néctar, com ≈300 cps consistência, (Bracco, Milão, ITA) apresentou-se como auto-administrados a partir de um copo em confortável volumes de auto-selecionado pelo paciente, ou administrados pelo examinador volumes de aproximadamente 3 mL de uma colher de 5 mL. Um total de 468 andorinhas (128 de pacientes com acidente vascular cerebral, 340 sem) não tinha mais de menor penetração do bolus na laringe, enquanto 53 andorinhas (19 de pessoas com acidente vascular cerebral, 34 sem) teve maior penetração ou resíduo. Estes grupos podem ser classificados como tendo uma pontuação de aspiração de penetração igual ou inferior a 3 no primeiro grupo ou uma pontuação igual ou superior a 4 no segundo, cuja importância é explicada na secção seguinte .

processamento e análise de sinais

os dados registados com o acelerómetro passaram por várias fases de processamento para melhorar a sua qualidade de sinal. Um sinal gravado do dispositivo quando apresentado sem entrada em uma data anterior foi usado para gerar um modelo auto-regressivo do ruído do dispositivo. Os coeficientes deste modelo foram então usados para gerar um filtro de resposta de impulso finito que foi usado para remover o ruído do dispositivo do sinal gravado. Posteriormente, artefatos de movimento e outros ruídos de baixa frequência foram removidos do sinal através do uso de linhas de menor quadrado. Especificamente, usamos de quarta ordem splines com um número de nós, igual a \(\frac {\text {\textit {Nf}}_{l}}{f_{s}}\), onde N é o número de pontos de dados na amostra, fs é a original, a 10 kHz de frequência de amostragem de nossos dados, e f a l é igual a 3.77 ou 1,67 Hz superior-inferior ou direção ântero-posterior, respectivamente. Os valores de f l foram calculados e otimizados em estudos anteriores. Por último, tentámos minimizar o impacto do ruído de banda larga no sinal, utilizando técnicas de desnoising por ondulação. Especificamente, escolhemos usar ondas Meyer de 10ª ordem com debulha macia. O valor do nosso limiar foi escolhido para igual \(\sigma \sqrt {2\log n}\), Em que N é o número de amostras no conjunto de dados e σ, o desvio-padrão estimado do ruído, é definido como a mediana dos coeficientes de ondulação em baixa amostragem dividida por 0,6745. Aplicamos as mesmas técnicas de Filtragem de FIR e de desnoização de ondas ao sinal do microfone depois de recalcular os coeficientes apropriados. Não foram aplicadas aos sons da deglutição quaisquer curvas ou outras técnicas de remoção de baixa frequência, porque não tínhamos investigado se tais frequências continham informação sonora importante.Dois juízes, ambos patologistas da linguagem da fala com experiência de pesquisa de disfagia e cuja confiabilidade inter e intra – rater nas medidas utilizadas neste estudo foram estabelecidas em pesquisas publicadas previamente, inspeccionaram visualmente os dados fluoroscópicos para medir dois parâmetros: a duração dos segmentos deglutição e a extensão da penetração ou aspiração das vias aéreas durante os segmentos deglutição utilizando a escala de aspiração de penetração . Um destes juízes é um co-desenvolvedor da escala de aspiração de penetração que desenvolveu regras de tomada de decisão para a seleção de quadros específicos marcação Duração do segmento início e offset e na classificação da extensão da proteção das vias aéreas durante a andorinha usando a escala de penetração de oito pontos-aspiração. Eles então treinaram o segundo juiz em métodos de seleção destes quadros de vídeo. Após o treinamento, ambos os juízes avaliaram um conjunto de vinte e cinco andorinhas gravadas não familiares, nenhuma das quais foi incluída nos dados dos participantes para o presente estudo. A fiabilidade do julgamento foi avaliada utilizando o coeficiente de correlação intraclass. Os coeficientes de correlação intra-rater e inter-rater intraclass foram ambos 0,998. Após o estabelecimento de confiabilidade aceitável intra e inter – rater para durações de segmento e escores de penetração-aspiração, o segundo juiz avaliou então os escores de início de segmento, deslocamento de segmento e escala de penetração-aspiração para cada andorinha descrita no presente estudo.Cego aos dados da acelerometria, estes juízes segmentaram e rotularam cada andorinha individual. O começo (início) de uma andorinha segmento foi definida como o tempo em que a borda da ingestão de bolus de se cruzaram com a sombra lançada sobre a imagem de raio x por a borda posterior do ramo da mandíbula, enquanto a final (offset) foi o tempo em que o osso hióide concluído o movimento associado a engolir relacionadas com a faringe atividade e voltou para seu descanso ou pré-engolir posição. Os pontos temporais fornecidos por este procedimento foram utilizados para segmentar os sinais vibratórios e acústicos, obtendo assim dados individuais de andorinha. Cada andorinha também foi classificada em uma escala padrão de penetração clínica ordinal de 8 pontos (escala PA) e qualquer andorinha com uma classificação de 3 ou menos foi incluída em nossa análise como uma andorinha não aspirada. As pontuações de 3 ou menos nesta escala indicam que nenhum material entrou nas vias aéreas superiores (pontuação de 1), ou penetração superficial da laringe sem (pontuação de 2) ou com (pontuação de 3) algum resíduo de material engolido que permaneça na laringe após a andorinha. Este ponto de corte para pontuações seguras e inseguras, como escolhido porque Penetração laríngea mais profunda, e especialmente aspiração na traqueia, representada por escores de escala de 4 ou mais, foram encontrados para ocorrer com frequência negligenciável em pessoas saudáveis, e para os propósitos de nosso estudo, foram considerados como andorinhas “inseguras”. Estas pontuações PA foram então comparadas com sinais adquiridos através dos dispositivos de auscultação cervical .Uma vez que os sinais de auscultação foram filtrados e segmentados calculamos várias características diferentes, a fim de caracterizar cada andorinha. No domínio do tempo, investigamos a skewness e kurtosis do sinal, que pode ser calculado com as fórmulas estatísticas típicas . Também calculamos várias características teóricas de informação seguindo o procedimento delineado em publicações anteriores. Os sinais foram normalizados para a média zero e variância de unidade, então divididos em dez níveis igualmente espaçados, variando de zero a nove, que continha todos os valores de sinal registrados. Calculamos então a característica da taxa de entropia dos sinais. Isto é encontrado subtraindo o valor mínimo da taxa de entropia normalizada do sinal de 1 para produzir um valor que varia de zero, para um sinal completamente aleatório, para um, para um sinal completamente regular . A entropia normalizada taxa é calculada como

onde perc é a porcentagem de entradas exclusivas a sequência L . SE é a entropia de Shannon da sequência e é calculado como

onde ρ(j) é a probabilidade de massa em função da seqüência dada. A quantificação do sinal original para 100 níveis discretos em vez de dez permitiu-nos calcular o Lempel-Ziv complexidade como

onde k é o número de sequências em que a decomposição do sinal e n é o padrão de comprimento .Também investigamos várias características no domínio da frequência. A frequência central, por vezes referido como o centróide espectral, simplesmente foi calculado tomando a transformada de Fourier do sinal e encontrar a média ponderada de todos os positivos componentes de frequência:

onde x(n) é a magnitude de um componente de frequência e f(n) é a freqüência do componente. Similarmente, a frequência de pico foi encontrada para ser o componente de frequência de Fourier com a maior energia espectral. Nós definimos a largura de banda do sinal como o desvio padrão de sua transformada de Fourier .Por último, caracterizámos o nosso sinal no domínio da frequência Temporal. Contribuições anteriores descobriram que sinais de deglutição são , em algum grau, não-estacionários, para o qual a decomposição de wavelet é mais adequada do que uma simples análise de Fourier . Nós escolhemos decompor nosso sinal usando wavelets Meyer de décima ordem porque eles são contínuos, têm uma função de escala conhecida, e mais parecido com sinais de de deglutição no domínio do Tempo em comparação com Gaussian ou outras formas comuns de wavelet . A energia em um determinado nível de decomposição foi definido como

onde x representa um vetor de coeficientes de aproximação ou um dos vetores que representam os coeficientes de detalhe. | | ∗ | / denota a norma Euclidiana . A energia total do sinal é simplesmente a soma da energia em cada nível de decomposição. A partir daí, podemos calcular a Entropia wavelet como:

onde Er é a contribuição relativa de um determinado nível de decomposição para o total de energia em um sinal e é dado como

A análise estatística

Depois de calcular as características pertinentes realizamos várias comparações estatísticas no nosso conjunto de dados. Em primeiro lugar, tentámos testar a normalidade dos nossos dados com o teste de Shapiro-Wilk, bem como a igualdade de variâncias através do teste de Levene, a fim de avaliar a viabilidade do uso de Testes Paramétricos. No entanto, depois de separar os dados baseados em nossas variáveis escolhidas (pontuação PA, sexo do participante, presença de acidente vascular cerebral, viscosidade bolus), descobrimos que aproximadamente 60% de nossas distribuições de recursos atenderam a essas suposições. Neste momento, escolhemos incorporar testes não paramétricos para analisar nossos dados.

usámos o teste Wilcoxon signed rank para identificar diferenças em relação a cada característica dos três sinais para andorinhas seguras (pontuações PA de 1-3) e inseguras (pontuações PA de 4-8) e estratificadas pela consistência do bólus ingerido. Foi utilizado um valor p ≤0, 05 para determinar o significado. Este processo foi repetido para testar diferenças entre pacientes disfágicos com e sem acidente vascular cerebral durante as andorinhas “inseguras”. Para espelhar os resultados de nossos estudos anteriores, realizamos outro conjunto de testes de classificação para examinar as diferenças baseadas no sexo nos sinais registrados pela população disfágica. Finalmente, os efeitos da viscosidade do bólus em nossos dados foram examinados através do uso de testes de classificação de Wilcoxon. A idade dos indivíduos não foi utilizada como uma variável desde o trabalho anterior mostrou pouco efeito significativo da idade nos sinais de auscultação cervical, mesmo para grandes diferenças de idade .Estimativas Post hoc de nosso poder estatístico foram realizadas no programa de software GPower . Usámos o método de estimativa do Lehmann com uma potência-alvo de, pelo menos, 0,80. Em forma matemática:

onde c é o valor crítico da estatística do ensaio e é igual a 1,64, E() e V a r() são o valor esperado e a variância de operadores, respectivamente, e Φ é a função de distribuição cumulativa normal. W é a estatística de Mann-Whitney e é o número de casos em que um ponto de dados de um grupo tem uma classificação mais baixa do que os pontos de dados do grupo alternativo. Com pequenas variações entre eles devido ao tamanho variável da população, descobrimos que nossas comparações tinham poder suficiente para diferenciar efeitos moderadamente dimensionados (d=0.40±0.05).