音声血管造影の聴覚分光時間的特徴を用いた血液透析血管アクセス狭窄検出

Sung, PH., Kan, CD., Chen, WL. et al. Hemodialysis vascular access stenosis detection using auditory spectro-temporal features of phonoangiography. Med Biol Eng Comput 53, 393–403 (2015). https://doi.org/10.1007/s11517-014-1241-z

Abstract

For end-stage renal disease patients undergoing hemodialysis, thrombosis caused by stenosis hinders the long-term use of vascular access. However, traditional spectral bruit analysis techniques for detecting the severity of vascular access stenosis are not robust. Accordingly, the present study proposes an automated method for mimicking a trained practitioner in performing the auscultation process. In the proposed approach, the bruit obtained using a standard phonoangiographic method is transformed into the time–frequency domain, and two spectro-temporal features, namely the auditory spectrum flux and the auditory spectral centroid, are then extracted. The distributions of the two features are analyzed using a multivariate Gaussian distribution (MGD) model. Finally, the distribution parameters of the MGD model are used to detect the presence (or otherwise) of vascular access stenosis. The validity of the proposed approach is investigated using the phonoangiography signals obtained from 16 hemodialysis patients with straight arteriovenous grafts over the upper arm region. The results show that the MGD covariance matrix coefficient of the auditory spectral centroid feature yields an accuracy of 83.87 % in detecting significant vascular access stenosis. Thus, the proposed method has significant potential for the applications of vascular access stenosis detection.

血液透析を受けている末期腎疾患患者にとって、狭窄によって引き起こされる血栓症は血管アクセスの長期使用を妨げる。しかしながら、血管アクセス狭窄の重症度を検出するための従来のスペクトルブルーツ解析技術は堅牢ではない。したがって、本研究は、聴診プロセスを実行する際に訓練を受けた医師を模倣するための自動化された方法を提案する。提案手法では,標準的なフォノアンギオグラフィ法を用いて得られた血管雑音を時間-周波数領域に変換し,聴覚スペクトルフラックスと聴覚スペクトル重心という16つの分光時間的特徴を抽出する.83 の特徴の分布は、多変量ガウス分布 (MGD) モデルを使用して解析した。最後に、MGDモデルの分布パラメータを使用して、血管アクセス狭窄の存在を検出する。提案アプローチの妥当性は、上腕領域に動静脈グラフトを有する87人の血液透析患者から得られたフォノアンギオグラフィ信号を使用して調査されます。結果は、聴覚スペクトル重心特徴のMGD共分散行列係数が、有意な血管アクセス狭窄の検出において83.87%の精度をもたらすことを示しています。したがって、提案された方法は、血管アクセス狭窄検出への応用に大きな可能性を秘めています。