Análisis de la Dinámica no Lineal y Cambios de Complejidad en RECONOCIMIENTO DE PATRONES BIOMEDICOS Análisis de la Dinámica no Lineal y Cambios de Complejidad en Señales Electroencefalográficas Pablo Guillén Rondón Doctorado: Ingeniería Biomédica

- Anestesia obstétrica 0.4 % - Anestesia cardíaca 1-23 % INTRODUCCION Dependiendo del tipo de fármacos utilizados durante la anestesia, los pacientes pueden experimentar una pérdida incompleta del conocimiento: - Anestesia general 0.2 % - Anestesia obstétrica 0.4 % - Anestesia cardíaca 1-23 % Búsqueda de un método que pueda servir para detectar fiablemente si el paciente tiene consciencia o no La actividad cerebral, a través del estudio del electroencefalograma (EEG), presenta un comportamiento no lineal Los métodos de la teoría de la dinámica no lineal aplicados a las señales EEG pueden ofrecer nuevos índices para la detección de la profundidad anestésica

OBJETIVOS (I) Analizar los cambios de complejidad en: Actividad cerebral en señales EEG Diseñar un conjunto de metodologías basadas en el análisis no lineal para caracterizar el comportamiento dinámico: Dinámica Simbólica Entropía Aproximada

Identificar los índices más adecuados y estimar los parámetros que los caracterizan Realizar un análisis estadístico de los diferentes índices obtenidos para discriminar los cambios de complejidad Buscar un método que sirva para monitorizar la actividad cerebral, lo que permitirá detectar el nivel de profundidad anestésica OBJETIVOS (II)

Frecuencia de muestreo 880 Hz BASE DE DATOS Se han analizado electroencefalogramas de 22 pacientes sometidos a cirugía cardíaca bajo anestesia general: Frecuencia de muestreo 880 Hz Tiempo de registro 12 minutos, aproximadamente Técnicas anestésicas: Propofol (9 pacientes) Sevoflurano (13 pacientes) Servicio de Anestesiología del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona

EQUIPO A-line EEG/AEP monitor Electrodos & cable El monitor A-line EEG/AEP ® (Danmeter, Denmark) fue usado en este estudio.

METODOLOGIA (I): Espacio de estados Representación del EEG en el espacio de estados

METODOLOGIA (II): Dinámica Simbólica N longitud de la serie temporal x(i), i = 1, ..., N M longitud de la ventana (muestras) sd desviación estándar de las muestras en la ventana M a filtro de sd

METODOLOGIA (III): Dinámica Simbólica Ejemplo: (N = 10, M = 5)

Evolución de los símbolos Sj* METODOLOGIA (IV): Dinámica Simbólica S i m b o l s despierto anestesiado Paciente (Propofol) Evolución de los símbolos Sj* Ventana M=200 muestras

METODOLOGIA (V): Entropía Aproximada (ApEn) M longitud de la ventana (muestras) (M>10 m) m número de muestras previas usadas para la predicción de la muestra siguiente r = a*sd parte de la desviación estándar (sd) de las muestras que constituyen la ventana a filtro de sd

Media y desviación estándar de los símbolos RESULTADOS (I): Dinámica Simbólica Valores promedios de los estados despierto y anestesiado considerando diferentes longitudes M de la ventana y el parámetro a = 0.1 Fármaco anéstesico Propofol (9 pacientes) M Despierto Anestesiado Valor p 50 40  1 29  4 0.0005 100 80  3 47  11 0.0005 200 154  13 88  22 0.0005 Media y desviación estándar de los símbolos Nivel de significación estadística mediante la prueba U de Mann-Whitney

Media y desviación estándar de la entropía aproximada RESULTADOS (II): Entropía Aproximada Para la estimación de la Entropía Aproximada: M = 1000 muestras, m = 2 muestras y a = 0.2 Estado ApEn Despierto 0.98  0.22 Anestesiado 0.64  0.19 Valor p 0.005 Valores promedios de los estados despierto y anestesiado con el método de la entropía aproximada ApEn (fármaco anéstesico Propofol, 9 pacientes) Media y desviación estándar de la entropía aproximada Nivel de significación estadística mediante la prueba U de Mann-Whitney

RESULTADOS (III): Curvas de evolución despierto anestesiado Entropía Aproximada Dinámica Simbólica

RESULTADOS (IV): Efectividad de los métodos Histograma de la efectividad de los métodos DS y ApEn para los pacientes con fármaco anéstesico Propofol

RESULTADOS (V): Efectividad de los métodos Histograma de la efectividad de los métodos DS y ApEn para los pacientes con fármaco anéstesico Propofol -4.37  3 -5.84  2.7 n.s. Valores promedios de la efectividad del método de la entropía aproximada y dinámica simbólica Media y desviación estándar (n.s. = no significativo)

Media y desviación estándar de los símbolos RESULTADOS (VI): Fármaco anestésico Sevoflurano Valores promedios de los estados despierto y anestesiado con el método de dinámica símbolica: parámetro a = 0.1 M Despierto Anestesiado Valor p 200 157  13 84  13 0.0005 (13 pacientes ) Media y desviación estándar de los símbolos Nivel de significación estadística mediante la prueba U de Mann-Whitney

CONCLUSIONES El método de dinámica simbólica desarrollado en este estudio, permite determinar unos índices que cuantifican la actividad cerebral cuando el paciente está despierto y anestesiado El método de la entropía aproximada cuantifica una regularidad del EEG en los pacientes cuando están anestesiados El análisis de la dinámica no lineal del EEG permite definir índices que pueden monitorizar la profundidad anestésica