Розробка методу диференціального аналізу даних оксігенації артеріальної крові у здорових дорослих

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 6 No. 4 (114) (2021): Mathematics and Cybernetics-applied aspects; 37-43
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 6 № 4 (114) (2021): Математика и кибернетика-прикладные аспекты; 37-43
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 6 № 4 (114) (2021): Математика та кібернетика-прикладні аспекти; 37-43
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Monitoring of arterial blood saturation with oxygen (oxygenation) has gained special significance as a result of the COVID-19 pandemic. A new method for computer processing of saturation records (so-called SaO2 signals), based on the study of differentials (increments) from signals, was proposed. Finding a differential for a time series involves calculating the difference between the pairs of its adjacent elements. The differential is non-zero only if the elements in a pair are different. The study of differentials together with primary signals for a set of records (20 subjects) shows that the spectrum of observed levels of blood saturation is discrete and limited (from 2 to 10 levels). In addition, changes in saturation levels (switches) occur only between the nearest levels. New indicators of the variability of blood saturation were proposed. These are the frequencies of saturation level switches (event intensities) and the intervals between them. It was established that these indicators are described by statistical distributions of Poisson and Erlang, respectively. Comparison of new variability indicators with the most reliable statistical – inter-quartile range – indicates that the new indicators also provide for the division of the data set into three subgroups according to the magnitude of variability. This division is statistically significant at a confidence level of 0.99 in both approaches, however, the division into sub-groups is slightly different in these methods. It was shown that the proposed indicators of the variability of SaO2 signals are scale-invariant, that is, they do not depend on the length of observation interval. This is a consequence of the fractality of the positions of differentials in the observation interval. The established switch frequencies for subgroups in order of increasing variability are (0.06, 0.11, and 0.20) Hz. These frequencies are manifested on Fourier spectra of differentials of SaO2
Мониторинг сатурации артериальной крови кислородом (оксигенация) приобрел особенный вес из-за пандемии COVID-19. Предлагается новый метод компьютерной обработки записей сатурации кислородом артериальной крови (так называемых SaO2 сигналов), основанный на изучении дифференциалов (инкрементов) сигналов. Нахождение дифференциала для временного ряда предполагает вычисление разности между парами его соседних элементов. Дифференциал является ненулевым только в случае если элементы в паре разные. Изучение дифференциалов вместе с первичными сигналами для набора записей (20 субъектов) показывает, что спектр наблюдаемых уровней сатурации крови является дискретным и ограниченным (от 2 до 10 уровней). Кроме того, изменения уровней сатурации (переключение) происходят только между ближайшими уровнями. Предложены новые показатели вариабельности сатурации крови. Это частоты переключений уровней сатурации (интенсивности событий) и интервалы между ними. Установлено, что они описываются статистическими распределениями Пуассона и Эрланга соответственно. Сравнение новых показателей вариабельности с наиболее надежным статистическим – межквартильным диапазоном – показывает, что новые показатели так же предусматривают разделение набора данных на три подгруппы по величине вариабельности. Этот раздел является статистически значимым на доверительном уровне 0.99 в обоих подходах, однако распределение по подгруппам несколько различно в этих методах. Показано, что предложенные показатели вариабельности SaO2 сигналов является масштабно инвариантными, то есть не зависят от длины интервала наблюдения. Это является следствием фрактальности позиций дифференциалов (инкрементов) на интервале наблюдения. Установленные частоты переключений для подгрупп в порядке увеличения вариабельности: (0.06, 0.11, и 0.20)Гц. Эти частоты проявляются на спектрах Фурье дифференциалов SaO2 сигналов.
Моніторинг сатурації артеріальної крові киснем (оксигенації) набули особливої ваги внаслідок пандемії COVID-19. Пропонується новий метод комп’ютерної обробки записів сатурації (так званих SaO2 сигналів), заснований на вивченні диференціалів (інкрементів) від сигналів. Знаходження диференціалу для часового ряду передбачає обчислення різності між парами його сусідніх елементів. Диференціал є ненульовим лише у випадку якщо елементи в парі є різними. Вивчення диференціалів разом з первинними сигналами для набору записів (20 суб’єктів) показує, що спектр спостережуваних рівнів сатурації крові є дискретним та обмеженим (від 2 до 10 рівнів). Окрім того, зміни рівнів сатурації (перемикання) відбуваються лише між найближчими рівнями. Запропоновані нові показники варіабельності сатурації крові. Це частоти перемикань рівнів сатурації (інтенсивності подій) та інтервали поміж ними. Встановлено що ці показники описуються статистичними розподілами Пуассона та Ерланга відповідно. Порівняння нових показників варіабельності з найбільш надійним статистичним – міжквартільним діапазоном – показує, що нові показники так само передбачають поділ набору даних на три підгрупи за величиною варіабельності. Цей поділ є статистично значущим на довірчому рівні 0.99 в обох підходах, проте розподіл по підгрупах дещо різний у цих методах. Показано, що запропоновані показники варіабельності SaO2 сигналів є масштабне інваріантними, тобто не залежать від довжини інтервалу спостереження. Це є наслідком фрактальності позицій диференціалів на інтервалі спостереження. Встановлені частоти перемикань для підгруп у порядку збільшення варіабельності: (0.06, 0.11, та 0.20)Гц. Ці частоти проявляються на спектрах Фур’є диференціалів SaO2 сигналів.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: