Semiautomatisches Verfahren für die Untersuchung des synchronen Verhaltens von EEG- und Herzraten-Mustern bei Frühgeborenen / Semi-automatic procedure for the investigation of synchronized EEG- and heart rate patterns in preterm neonates
Abstract Recordings of the electroencephalogram (EEG) and of the heart rate variability (HRV) of preterm neonates can give important information on the actual state of the nervous system. Both signals, EEG and HRV, are affected by parameters such as gestational age, stage of maturation and behavioral state. This work describes a method for automatic detection of slow wave EEG-bursts and a tool to average changes in the EEG and the corresponding heart rate. The detection is based on the hjorth activity (HA), calculated from the EEG. HA spikes (HAS) are identified by the determination of the beginning and end of existing spikes. HAS maxima and the time between two consecutive HAS are the basis for the triggering of the bursts. EEG power and time synchronized HR changes are averaged with a time window length of 20 s. Resultant, HR increase and duration are determined. These parameters, obtained by the automatic detection, proved to be comparable to the results of an expert. Zusammenfassung Die kontinuierliche und simultane Aufzeichnung des Elektroenzephalogramms (EEG) und der Herzratenvariabilität (HRV) kann bei Risikofrühgeborenen wichtige Informationen über den Zustand des Nervensystems geben. Diese beiden Parameter werden unter anderem vom Gestationsalter, Reifegrad und Verhaltenszustand beeinflusst. In den vom Experten bestimmten Schlafphasen zeigen Frühgeborene ein diskontinuierliches „slow wave“-EEG-Muster. Das Ziel dieser Arbeit war, „bursts“ von „slow waves“ im EEG automatisch zu detektieren und eine Mittelung der EEG-Leistungsänderungen mit der dazugehörigen HR-Änderung bei den gefundenen „bursts” durchzuführen. Die Berechnungen für die Detektion basieren auf der synchron zum EEG berechneten Hjorth-Aktivität (HA). Durch die Bestimmung von Beginn und Ende der vorhandenen „spikes” werden die HA-„spikes“ (HAS) ermittelt. Die HAS-Maxima und die Zeiten zwischen zwei aufeinander folgenden HAS stellen die Grundlage für die Triggerung der „bursts“ dar. Die Mittelung der EEG-Leistung und der zeitlich synchronen HR-Änderung erfolgt mit einer Standardfensterbreite von 20 s mit einer automatischen Berechnung des HR-Anstieges sowie dessen Dauer. Es konnte gezeigt werden, dass die Wertebereiche dieser zwei Parameter, bei den Auswertungen durch den Experten mit den Ergebnissen der automatischen Detektion vergleichbar sind.