Analiza kompleksowości sygnału pulsu rogówki u osób zdrowych, chorych na jaskrę i z podejrzeniem jaskry

• Autorzy: Ząbkiewicz P. M. , Placek M. M. , Danielewska M. E.

Warianty tytułu

EN

Analysis of corneal pulse complexity in healthy subjects, glaucoma patients and glaucoma suspects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Puls rogówki, jako jeden z przejawów dynamiki oka, ma duży potencjał w diagnostyce jaskry. Sygnał pulsu rogówki, podobnie jak wiele innych sygnałów biologicznych, charakteryzuje się pewnym stopniem kompleksowości odzwierciedlającym zmiany w organizmie związane z wiekiem, a także występowaniem różnych zjawisk chorobowych. Metodą, która umożliwia pomiar złożoności sygnału, jest badanie entropii. W niniejszej pracy po raz pierwszy podjęto próbę sprawdzenia, czy analiza kompleksowości sygnału pulsu rogówki z zastosowaniem algorytmu Refined Composite Multiscale Fuzzy Entropy, pozwoli dokonać klasyfikacji badanych osób i określenie przynależności do grupy osób zdrowych, chorych na jaskrę albo z podejrzeniem jaskry. Analiza statystyczna klasyfikatorów uzyskanych na podstawie wyników entropii wykazała istotną różnicę w przypadku dwu par grup: z podejrzeniem jaskry vs z jaskrą oraz w przypadku zdrowych vs chorych na jaskrę. Uzyskane wyniki pokazują, że entropia wieloskalowa z sygnału pulsu rogówki może być w przyszłości nowym parametrem wspomagającym okulistów w diagnostyce jaskry.

EN

The corneal pulse, as one of the manifestations of eye dynamics, shows great potential in the glaucoma diagnosis. The corneal pulse signal, like many other biological signals, is characterized by a certain degree of complexity reflecting changes in the body and it is related to age, as well as the occurrence of various diseases. The method that allows the measurement of the signal complexity is entropy. In this study, for the first time, an attempt was made to assess, whether the complexity analysis of corneal pulse signal using Refined Composite Multiscale Fuzzy Entropy algorithm allows to classify the subjects as healthy, glaucomatous or glaucoma suspects. Statistical analysis of classifiers obtained from the results of entropy showed a significant difference in the case of two pairs of groups: with glaucoma suspects vs glaucoma patients, and healthy subjects vs glaucoma patients. The results show that multiscale entropy of the corneal pulse signal may become a new parameter supporting ophthalmologists in the diagnosis of glaucoma.

Słowa kluczowe

PL

kompleksowość sygnału; entropia wieloskalowa; puls rogówki; jaskra

EN

signal complexity; multiscale entropy; corneal pulse; glaucoma

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 24, nr 2
• Strony: 65--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Ząbkiewicz P. M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Katedra Inżynierii Biomedycznej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27

autor

Placek M. M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Katedra Inżynierii Biomedycznej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27

autor

Danielewska M. E.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Katedra Inżynierii Biomedycznej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27

Bibliografia

• [1] S. Martinez-Conde, S. Macknik, D.H. Hubel: The role of fixational eye movements in visual perception, Nature reviews. Neuroscience, vol. 5, 2004, s. 229-240.
• [2] H. Kasprzak, D.R. Iskander, T. Bajraszewski, A. Kowalczyk, W. Nowak-Szczepanowska, High accuracy measurement of spectral characteristics of movements of the eye elements, Optica Pura y Aplicada, vol. 70, 2007, s. 7-11.
• [3] R.B. Northrop, S.S. Nilakhe: A no-touch ocular pulse measurement system for the diagnosis of carotid occlusions, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, BME-24(2), 1977, s. 139-148.
• [4] D.R. Iskander, H.T. Kasprzak: Dynamics in longitudinal eye movements and corneal shape, Ophthalmic and Physiological Optics, vol. 26(6), 2006, s. 572-579.
• [5] D.W. Hill: Measurement of retinal blood flow, Transactions of the Ophthalmological Societies of the United Kingdom, vol. 96, 1976, s. 199-201.
• [6] M.E. Langham, R.A. Farrell, V. O'Brien, D.M. Silver, P. Schilder: Blood flow in the human eye, Acta Ophthalmologica, vol. 67(S191), 1989, s. 9-13.
• [7] E.M. Hoffmann, F.-H. Grus, N. Pfeiffer: Intraocular pressure and ocular pulse amplitude using dynamic contour tonometry and contact lens tonometry, BMC Ophthalmology, vol. 4(1), 2004, s. 4.
• [8] D.M. Silver, R.A. Farrell, M.E. Langham, V. O'Brien, P. Schilder. Estimation of pulsatile ocular blood flow from intra-ocular pressure, Acta Ophthalmologica, vol. 67(S191), 1989, s. 25-29.
• [9] M.J. Collins, B. Davis, J. Wood: Microfluctuations of steady-state accomodation and the cardiopulmonary system, Vision Research, vol. 35, 1995, s. 2491-2502.
• [10] M. Zhu, M.J. Collins, D.R. Iskander: Microfluctuations of wavefront aberrations of the eye, Ophthalmic and Physio-logical Optics, vol. 24(6), 2004, s. 562-571.
• [11] D.R. Trew, C.B. James, S.H.L. Thomas, R. Sutton, S.E. Smith. Factors influencing the ocular pulse - the heart rate, Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology vol. 229(6), 1991, s. 553-556.
• [12] M.A. Kowalska, H.T. Kasprzak, D.R. Iskander, M. Danielewska, D. Mas: Ultrasonic in vivo measurement of ocular surface expansion, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 58(3), 2011, s. 674-680.
• [13] D.R. Iskander, H.T. Kasprzak: Dynamics in longitudinal eye movements and corneal shape, Ophthalmic and Physio-logical Optics, vol. 26(6), 2006, s. 572-579.
• [14] T.J. Licznerski, J. Jaroński, D. Kosz. Ultrasonic system for accurate distance measurement in the air, Ultrasonics. vol. 51(8), 2011, s. 960-965.
• [15] M.E. Danielewska, P. Krzyżanowska-Berkowska, D.R. Iskander. Glaucomatous and age-related changes in corneal pulsation shape. The ocular dicrotism, PLoS One, vol. 9(7), 2017, s. e102814.
• [16] H.A. Quigley, A. Harry: Glaucoma, The Lancet, vol. 377, 2004, s. 1367-1377.
• [17] R.N. Weinreb, P.T. Khaw: Primary open-angle glaucoma, The Lancet, vol. 363, 2011, s. 1711-1720.
• [18] M. Costa, A.L. Goldberger, C.-K. Peng: Multiscale entropy analysis of complex physiologic time series, Physical Review Letters, vol. 89, 2002, s. 068102.
• [19] M. Costa, C.-K. Peng, A.L. Goldberger, J.M. Hausdorff: Multiscale entropy analysis of human gait dynamics, Physica A: A statistical mechanics and its applications, vol. 330(1), 2003, s. 53-60.
• [20] C. Sortica da Costa, M.M. Placek, M. Czosnyka, B. Cabella, M. Kasprowicz, T. Austin, P. Smielewski: Complexity of brain signals is associated with outcome in preterm infants, Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, vol. 37(10), 2017, s. 3368-3379.
• [21] M.M. Placek, P. Wachel, M. Czosnyka, M. Soehle, P. Smielewski, M. Kasprowicz: Complexity of cerebral blood flow velocity and arterial blood pressure in subarachanoid hemorrhage using time-frequency analysis, 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engingeering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015, s. 7700-7703.
• [22] M. Taravainen, D. Cornforth, P. Kuoppa, J. Lipponen, H. Jelinek: Complexity of heart rate variability in type 2 diabates - effect of hyperglicemia, 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013, s. 5558-5561.
• [23] H.T. Kasprzak, D.R. Iskander: Ultrasonic measurement of fine head movements in a standard ophthalmic headrest, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 59(1), 2010, s. 164-170.
• [24] H. Azami, A. Fernandez, J. Escudero: Refined multiscale fuzzy entropy based on standard deviation for biomedical signal analysis, Medical and Biological Engineering and Computing, vol. 55(11), 2017, s. 2037-2052.
• [25] S.-D. Wu, C.-W. Wu, S.-G. Lin, K.-Y. Lee, C.-K. Peng: Analysis of complex time series using refined composite multiscale entropy, Physics Letters A, vol. 378(2), 2014, s. 1369-1374.