TANNENBERG, M. Analýza ST-T segmentů v signálech EKG se zaměřením na alternace vlny T [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Disertační práce Ing. Milana Tannenberga je zaměřena na problematiku detekce a analýzy alternací vlny T (TWA) v signálech EKG, která je v současnosti velmi aktuální. Autor si stanovil dva základní cíle: a) testování a porovnání moderních metod detekce a analýzy TWA, b) modifikace stávajících a návrh nových metod a jejich zhodnocení. Konstatuji, že stanovené cíle autor beze zbytku splnil. Důkladně se seznámil se současným stavem problematiky detekce a analýzy TWA. Dále realizoval, otestoval a vzájemně porovnal stávající metody, některé z nich rozumně modifikoval a navrhl též nové postupy. Práce obsahuje původní přínosné myšlenky. Dosažené výsledky autor publikoval na domácím i mezinárodním fóru. Velmi kladně hodnotím aktivitu, kterou Ing. Tannenberg během realizace své disertační práce projevil. Vyjednal si tříměsíční stáž na univerzitě v Zaragoze (Španělsko) na renomovaném pracovišti, které se danou problematikou zabývá. Dále navázal důležitý kontakt s Interní kariologickou klinikou (IKK) brněnské fakultní nemocnice, kde konzultoval medicínskou část řešené problematiky a odkud také získal unikátní reálná data pro testování navržených metod. Ing. Tannenberg prokázal schopnost samostatné tvůrčí práce. Velmi dobře se zorientoval v mezioborové problematice a prokázal schopnost efektivní komunikace s lékaři. Jsem přesvědčen, že předložená práce splňuje všechny požadavky, které jsou na disertační práci kladeny a doporučuji ji k obhajobě.
Posudek pouze v písemné podobě, založen ve spise doktoranda na vědeckém oddělení FEKT VUTv. Brně.
Doc. Ing. Milan Tyšler, CSc., Ústav merania SAV, Dúbravská cesta 9, 841 04 Bratislava Oponentský posudok doktorskej dizertačnej práce "ANALÝZA ST-T SEGMENTŮ V SIGNÁLECH EKG SE ZAMĚŘENÍM NA ALTERNACE VLNY T" Dizertant: Ing. Milan Tannenberg Školiteľ: doc. Ing. Jirí Kozumplík, CSc. Školiace pracovisko: Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně Pracovisko dizertanta: Ústav biomedicínského inženýrství Odbor: Biomedicínská elektronika a biokybernetika a) Príslušnosť zvolenej témy k odboru dizertácie a jej aktuálnosť Dizertačná práca je venovaná metódam detekcie patologických zmien v ST-T segmente EKG, predovšetkým pri špecifickom type arytmie známom ako alternácia T-vlny (TWA – T wave alternans). Táto téma veľmi dobre zapadá do študijného odboru Biomedicínska elektronika a biokybernetika a je tiež veľmi aktuálna najmä pre súvislosť TWA s náhlou srdcovou smrťou (NSS), ktorá je celosvetovým problémom a len v USA dosahuje viac ako 400 tisíc prípadov ročne. TWA predstavuje jej významný rizikový faktor s negatívnou predpovednou hodnotou udávanou až okolo 90%, čo by bolo možné s výhodou využívať napr. na ekonomickú indikáciu implantácie kardioverterov-defibrilátorov (ICD). Čo najpresnejšia detekcia TWA je preto jednou z aktuálnych úloh biomedicínskej techniky. Popri aktuálnosti témy za pozitívum predloženej práce považujem aj fakt, že vznikla v spolupráci s renomovaným medicínskym pracoviskom v tejto oblasti – Internou kardiologickou klinikou FN v Brne. b) Ciele dizertácie a ich splnenie Ciele svojej dizertačnej práce formuloval dizertant explicitne na strane 37. Ciele sú orientované na - štúdium a zhodnotenie metód detekcie a analýzy TWA a ich súvislosti s NSS, - návrh a realizáciu algoritmov na predspracovanie EKG signálov a detekciu TWA, - porovnanie existujúcich detektorov TWA, ich úpravy a návrh nových metód detekcie a hodnotenia miery jej spoľahlivosti. Ciele práce okrem teoretického rozboru a simulačného testovania jednotlivých metód sú smerované aj k praktickej realizácii algoritmov, ich overeniu a použitiu modifikovaných alebo novo navrhnutých metód na pracovisku IKK FN Brno. Na základe preštudovania práce môžem konštatovať, že práca je obsahovo veľmi bohatá, dizertant pomerne podrobne zhodnotil známe metódy detekcie a klasifikácie TWA, navrhol a zhodnotil niektoré ich úpravy, resp. predložil návrhy nových možných postupov detekcie TWA a posúdenia jej spoľahlivosti. K tomu pripravil aj potrebné programové nástroje, vrátane softvéru na simuláciu TWA s možnosťou definovania jej vlastností a nakoniec overil a porovnal 7 vybraných metód na reálnych dátach nameraných v IKK FN v Brne. Na základe toho konštatujem, že výsledky uvedené v práci ukazujú, že ciele práce boli bezo zbytku splnené. c) Zvolené metódy spracovania Práca má rozsah 111 strán a je rozdelená do 9 kapitol, za ktorými nasleduje zoznam použitej literatúry, zoznam použitých skratiek a symbolov a nakoniec prílohy. Prvá kapitola práce je venovaná srdcu ako generátoru EKG a tvarovým zmenám pri rôznych patológiách. V druhej kapitole je detailnejšie popísaná TWA a jej súvis alebo odlíšenie od iných typov zmien srdcového rytmu (variabilita rytmu, variabilita QT, turbulencia rytmu), za ktorým nasleduje prehľad známych metód detekcie TWA. Dizertant postupne prezentuje spektrálnu (SM) a modifikovanú spektrálnu metódu (MSM), metódu komplexnej demodulácie (MKD), korelačnú metódu (KM), metódy založené na Karhunen-Loeveho transformácii (KLT) a na Poincarého mapách (PM), metódy na báze periodickej transformácie (MPT) a štatistických testoch (MST), metódu kĺzavého priemeru (MKP) a nakoniec metódu detekcie pomocou neurónových sietí (DNS). Z pohľadu možného spôsobu klasifikácie TWA potom pojednáva detailnejšie o spektrálnej, korelačnej a Poincarého metóde. Ciele práce sú explicitne uvedené v tretej kapitole, jadro vlastnej práce tvoria kapitoly 4 až 8. V štvrtej kapitole je uvedený protokol merania a charakteristiky pre použité hodnotené reálne EKG signály (vlastné z IKK FN Brno a prevzaté z Európskej databázy biologických signálov) a detailne je popísaný použitý postup simulácií TWA. Ďalej sú uvedené postupy spracovania EKG (filtrácia, detekcia QRS, rozmeranie ST-T segmentu) a analýzy prítomnosti TWA (staticky alebo dynamicky, spôsoby hodnotenia amplitúdy TWA) s komentármi autora. Zaujímavé vlastné výsledky dizertant prezentuje v piatej kapitole, kde s využitím simulovaných EKG s 10 rôznymi typmi trendu krátkodobej TWA testoval detektory TWA z 5 známych metód (SM, PM, MKD, KM a KLT). Celkove sa ukázalo, že SM dobre deteguje energiu TWA, nie však jej trendy, PM je vhodná skôr len na detekciu prítomnosti TWA a z ostatných metód najlepšiu koreláciu simulovaných a detegovaných trendov TWA vykázala metóda KLT. Autor pre presnejšie výsledky odporúča ich kombinované použitie. V šiestej kapitole dizertant analyzoval možnosť použiť KLT ako detektora TWA. Zo simulácií vyplynulo, že TWA je v signáloch bez rušenia len v prvej komponente KLT. V reálnych signáloch však, najmä pri malých amplitúdach, v prvej komponente je menej ako 50% energie TWA. Detegovaný trend TWA dobre koreloval aj s výsledkom získaným pomocou MSM. Ukázalo sa však nevyhnutným vstupný signál filtrovať, najlepšie hornopriepustným filtrom s relatívnou medznou frekvenciou 0.4. MSM ukázala lepšie výsledky za prítomnosti väčšieho šumu v signáloch. V siedmej kapitole dizertant prezentuje nové prístupy k detekcii TWA: 1. Kepstrálna metóda (CM) – kde reálne kepstrum bolo získané spätnou diskrétnou FT logaritmu diskrétneho spektra signálu. Metóda pracuje na podobnom princípe ako SM, má však vyššiu odolnosť voči šumu a svalovému trasu a dosahuje vyššie hodnoty pomeru TWA (energie TWA voči energii šumu). 2. Zmena určovania vzdialenosti centier zhlukov v Poincarého zobrazení - autor navrhol namiesto rozdielov stredných hodnôt na jednej osi použiť ich Euklidovskú vzdialenosť a ukázal, že tento parameter lepšie koreluje s amplitúdou TWA a je menej ovplyvnený šumom v EKG. 3. Metóda normalizovaného indexu alfa (NIA) – autor ukázal, že aj táto metóda z oblasti nelineárnej dynamiky založená na analýze zmien v ST-T segmente v 3-rozmernom fázovom priestore môže byť pri vhodnej optimalizácii použitá na detekciu TWA. 4. Ôsma kapitola sa zaoberá určením pravdepodobnosti výroku o prítomnosti TWA. Dizertant na základe rozboru neistôt v meraní TWA navrhol model celkovej neistoty merania TWA a spolu s odhadom amplitúdy TWA (vychádzajúc z predstavy o studentovom rozdelení jej pravdepodobnosti) použil ju pre odhad pravdepodobnosti, že TWA je nenulová (a teda prítomná). Takisto na základe výsledkov detekcie TWA metódami SM, CM, KM, MKD, KLT, PM a MKP odhadol ich senzitivitu a špecificitu. Celkove je práca spracovaná veľmi dôkladne a aj graficky na vysokej úrovni. Autor dôsledne a presne cituje použité práce, tvrdenia a výsledky sú dokumentované pomocou 59 kvalitne pripravených obrázkov a 15 prehľadných tabuliek. Oceňujem, že autor dôsledne pracuje s jednotkami spracúvaných veličín a systematicky používa označenia veličín a škál v obrázkoch a grafoch. K práci a použitým postupom nemám významnejšie výhrady. Našiel som len niekoľko preklepov a nepresných odkazov na kapitolu, výraz „optimálnejší“ (str. 83) nie je správny. Mám však niekoľko otázok a komentárov: 1. V kap. 4.1. (a tiež 8.3) autor hovorí v signáloch EKG o „pozitívnej“ resp. „negatívnej prediktivite NSS“. V texte tab. 14 sa však uvádza, že údaj je zistený z anamnézy. Prosím o vysvetlenie, ako boli tieto parametre získané, prípadne prečo sa použil názov, ktorý sa v štatistike asi používa v inom zmysle. 2. V čom vidí autor v kap. 5.3 príčinu výrazne horšej detekcie TWA trendov 3 a 5. Nebolo by pre hodnotenie detekcie trendov vhodné, aby simulovaná krátkodobá TWA pri rôznych trendoch mala približne rovnakú energiu ? 3. Pri odhade neistoty určenia TWA v kap. 8.2. sú do jej výpočtu zahrnuté všetky vstupné neistoty ale zrejme aj chyba kvantovania. Je aj v tejto situácii, a prípadne za akých podmienok, možné predpokladať studentovo rozdelenie chyby určenia TWA? Prečo bol pre odhad pravdepodobnosti nenulovej amplitúdy TWA použitý dvojstranný test na intervale [0, 2xTWA], keď aj hodnoty väčšie ako 2xTWA vyhovujú hypotéze nenulovej TWA ? Pravdepodobnosť nenulovej TWA by bola výrazne vyššia. 4. Ako bola určovaná senzitivita (SE) a špecificita (SP) metód. Z popisu nie je celkom jasné, čoho sa SE, SP týka (detekcie TWA alebo NSS ?, pretože tieto kategórie nie sú obecne totožné). Zdá sa, že popis TN a FN výrokov na str. 93 nie je správny (ani hodnoty v tabuľke 15 mu zrejme nezodpovedajú). Takéto hodnotenie je možné pri binárnom rozhodovaní (napr. našla sa/nenašla sa TWA) a jeho porovnaní so skutočnosťou (pacient skutočne mal/nemal TWA). Tu sú výroky definované inak. Prosím o objasnenie. Čo znamená v definíciách „zdravý človek“. d) Výsledky dizertácie Práca obsahuje nové teoretické (metodické) výsledky ako aj výsledky ich overovania na simulovaných a reálnych EKG dátach s TWA. Najdôležitejše výsledky dizertácie sú zhrnuté v kapitole 9 – Záver. Je možné ich rozdeliť do 3 skupín: 1. Analýza citlivosti metód detekcie TWA na krátkodobé trendy a nájdenie najvhodnejších metód pre takéto účely a stanovenie podmienok predspracovania EKG signálov pre ich úspešné použitie, 2. Návrh modifikovaných a nových metód analýzy TWA, kde autor upravil metódu na báze Poincarého máp tak, aby vzdialenosť zhlukov lepšie korelovala s veľkosťou TWA a bola menej citlivá na šum a ďalej navrhol kepstrálnu metódu a metódu normalizovaného indexu, ktorá by mohla otvoriť cestu k analýze TWA metódami nelineárnej dynamiky. 3. Metóda na určenie pravdepodobnosti pravdivosti výroku o prítomnosti TWA a stanovenie senzitivity a špecificity 7 vybraných metód na existujúcej skupine pacientov. Predložená dizertačná práca je na zodpovedajúcej odbornej úrovni a uvedené výsledky sú dizertabilné a potenciálne aj prínosné pre aplikáciu. V zozname publikačnej činnosti dizertanta je uvedených 10 prác z rokov 2005 až 2007, z nich 8 má priamy vzťah k predloženej práci. Z uvedených prác 5 bolo prezentovaných na medzinárodných vedeckých konferenciách, čo svedčí o schopnosti uchádzača publikovať na úrovni vyžadovanej pre vedecké publikácie. e) Prínos práce pre ďalší rozvoj vedy a techniky Výsledky prezentované v predloženej dizertačnej práci sú podľa môjho názoru jednak prínosom k teoretickému rozboru možností existujúcich metód detekcie a klasifikácie TWA kde práca ponúka modifikáciu existujúcich ale aj nové metódy, ktoré pracujú na iných princípoch (kepstrálna analýza, metóda normalizovaného indexu, ktorá umožňuje sledovať TWA ako nelineárny systém s využitím teórie chaosu). Takisto je zaujímavý nový prístup, ktorý dáva užívateľovi nielen možnosť rozhodnúť o prítomnosti či neprítomnosti TWA v EKG signáli, ale zároveň odhaduje spoľahlivosť, s akou je TWA detegovaná. Viaceré prezentované výsledky majú nielen teoretický význam, ale po ich overení na rozsiahlejšom súbore pacientov by sa mohli stať súčasťou klinicky používaných postupov a mohli by byť implementované do príslušných diagnostických prístrojov. f) Splnenie podmienok dizertability Vychádzajúc z preštudovanej predloženej dizertačnej práce Ing. Milan Tannenberga som prišiel záveru, že dizertant preukázal, že v rámci doktorského štúdia nadobudol potrebné teoretické aj praktické odborné vedomosti v oblasti metód registrácie, spracovania a analýzy elektrickej činnosti srdca a je diagnostického hodnotenia. Ukázal, že ovláda metódy vedeckej práce, dokáže tvorivo riešiť vedecké úlohy a je schopný výsledky svojej práce na potrebnej úrovni publikovať. Práca poľa môjho názoru spĺňa podmienky dizertability a odporúčam ju k obhajobe. Zároveň navrhujem, aby po úspešnej obhajobe práce bola Ing. Milanovi Tannenbergovi udelená akademická hodnosť „Philosophiae Doctor“ – PhD. V Bratislave 12.11.2009. Doc. Ing. Milan Tyšler, CSc.
eVSKP id 8460