Caracterización de los cambios en la actividad uterina ante el parto inminente mediante análisis univariado y bivariado del magnetomiograma

Abstract

[ES] El conocimiento actual que se posee sobre los principales mecanismos que se desencadenan durante el parto y los distintos cambios anatómicos y fisiológicos que ocurren durante el periodo de embarazo presenta un amplio camino por explorar. La caracterización y análisis de las señales electrofisiológicas del útero pueden ayudar a asentar los conocimientos existentes, poniendo al alcance de los facultativos información adicional que permita, por ejemplo, diferenciar aquellos sujetos que van a dar a luz de forma inminente de aquellos que no. Existen principalmente dos técnicas de monitorización de la actividad uterina, alternativas a los registros tradicionales de señales de presión: la electrohisterografía (EHG) y la magnetomiografía (MMG). La mayor parte de los estudios se han realizado sobre registros de EHG, sin embargo, los registros de señales magnéticas presentan ciertas ventajas frente a las eléctricas. Por esto, el objetivo de este trabajo fin de grado ha sido caracterización de registros MMG mediante parámetros temporales, espectrales, de no-linealidad y de sincronización con la finalidad de determinar qué indicadores permiten discriminar si el parto se va a dar en menos de 48 horas. Además, se pretende determinar si estos parámetros presentan valores mayores o menores para el grupo de parto (<48h) frente al de no-parto (>=48h) y en qué zonas del abdomen esas diferencias son más acusadas. También se ha estudiado qué tipo de análisis, univariado o bivariado, de las señales presenta mayor capacidad discriminatoria y si el uso de señales bipolares presenta una ventaja frente a las señales monopolares. Para ello, se utilizó una base de datos pública, disponible en Physionet, de señales de magnetomiografía uterina compuesta por 25 registros de 25 mujeres que se encontraban entre las semanas 37 y 42 de gestación. En primer lugar, se realizó la detección semiautomática de canales anómalos. Seguidamente se procedió al cómputo de parámetros temporales, espectrales, no-lineales (en su versión univariante y bivariante) y de sincronización sobre tres tipos de señales distintas (monopolares, bipolares horizontales y bipolares verticales). Una vez computados los parámetros se dividió a los sujetos de estudio en dos grupos (parto (<48h) y no-parto (>48h)) y para cada configuración y parámetro se realizó un estudio estadístico (Wilconxon rank sum). Este test se aplicó para determinar si existían diferencias significativas entre las medianas de cada parámetro entre dichos grupos y si se presentaban en la tendencia que cabía esperar, desde un punto de vista fisiológico. Los resultados obtenidos indican que los parámetros con mayor capacidad para discriminar entre parto y no parto son, en orden de relevancia, el parámetro espectral frecuencia dominante, el parámetro de no-linealidad dimensión fractal de Higuchi y el parámetro de sincronización correspondiente a la parte imaginaria de la coherencia. Además, en general, las diferencias significativas que han presentado estos parámetros han seguido la tendencia esperada, indicando que la actividad mioeléctrica uterina es más localizada, concentrada en el espectro de bajas frecuencias del MMG, compleja y descoordinada en las gestantes más alejadas del parto y que se desplaza hacia frecuencias más altas conforme se acerca el parto, volviéndose además más predecible, regular y síncrona. Para estos tres parámetros se ha observado también que la capacidad discriminatoria es mayor para las señales monopolares y bipolares verticales frente a las bipolares horizontales. Respecto al cómputo univariante y bivariante de los parámetros, se ha observado porcentajes de diferencias significativas mayores para las versiones univariantes de los parámetros espectrales y de no-linealidad, excepto para el Lempel-ziv Binario, que para sus correspondientes versiones bivariantes. No obstante, los porcentajes de diferencias significativas obtenidas para los parámetros de sincronización, considerados análisis bivariado, también son relativamente altos. Por último, en lo relativo a la mejor zona de registro para diferenciar entre parto <48h y parto >48h, se ha observado que principalmente las diferencias significativas arrojadas por los parámetros se concentran en dos zonas, una en la parte superiorcentral izquierda del abdomen y otra en la parte superior derecha. Los resultados derivados del presente trabajo fin de grado sientan las bases para el desarrollo de un sistema predictor basado en MMG que será objeto de futuros estudios de la línea de investigación.

[EN] The current knowledge on the main mechanisms that set off during labor and the different anatomical and physiological changes that happen during the gestation period have a long way to go. The characterization and the uterine electrophysiological signals analysis can help to consolidate the already existing knowledge, by putting within the reach of the physicians additional information that would allow, for example, to discriminate those subjects that are going into imminent labor from those who are not. Mainly there are two monitoring techniques for assessing uterine activity: the electrohysterography (EHG) and the magnetomyography (MMG). Most of the studies in this field have been carried out on EHG signals, nevertheless, the magnetic signals registers present certain advantages over the electric ones. Therefore, the aim of the present work is to characterize MMG records through temporal, spectral, non-lineal and synchronization parameters with the object to determinate which indicators allow to identify the expectant mothers who will deliver in less than 48h. Furthermore, is it intended to analyse if these features present higher or lower values between the labor group (<48h) and the non-labor group (>48h) and in which abdomen areas these differences are more pronounced. It will also be studied which signal analysis, univariate or bivariate, present a higher discriminatory capacity and if the use of bipolar signals gives an advantage over the monopolar signals. For this purpose, a public database of MMG signals, available on Physionet, was used. The database includes of 25 MMG records of 25 pregnant women that were at 37-40 weeks of gestation. First, the semiautomatic detection of anomalous sensors was made. Next, several temporal, spectral, non-lineal (in their univariate and bivariate versions) and synchronization parameters were extracted from three different average signals (monopolar, horizontal bipolar and vertical bipolar). Once these parameters were computed the subjects were divided into two different groups by their time-to-delivery (TTD) (labor (TTD>48h) and non-labor (TTD>48h)) and for every configuration and parameter a statistical study (Wilconxon rank sum) was made. This test was performed to determinate if significant differences existed between the medians of every parameter between those groups and if these differences were in the trend expected, from a physiological point of view. The obtained results indicate that the parameters with higher capacity of distinguishing between labor < 48h and labor >48h are, in relevant order, the spectral parameter dominant frequency, the non-lineal parameter Higuchi’s fractal dimension and imaginary part of coherence-based synchronization parameter. Furthermore, the significant differences shown by these features were in the expected trend. This indicates that the myoelectric uterine activity is more localized, concentrated in the low frequency spectrum of the MMG, complex and uncoordinated in the subjects furthest from labor and it moves to higher frequency as delivery approaches, becoming more predictable, regular and synchronized. For these three parameters it has also been observed that the discriminatory capacity is higher when the parameters are extracted from monopolar and vertical bipolar signals versus the horizontal bipolar. Regarding the univariate and bivariate analysis of the parameters, the percentages of significant differences have shown higher values for the univariate versions of the spectral and non-lineal parameters, except Binary Lempel-ziv, than for their bivariate versions. However, the significant differences percentages obtained for the synchronization parameter, considered bivariate analysis, are also relatively high. Finally, as regards to which abdomen area better discriminates between labor<48h and labor>48h, it has been shown that the significant differences thrown by the parameters are concentrated in two zones: one in the left superior-central part of the abdomen and the other in the right superior part. The results obtained from this present work lay the foundation for the development of a predictor system based on MMG that would be the aim of future work in the research line.