Polisomnografi sinyallerinin işlenmesi ile uyku apnesinin otomatik teşhisi
Automatic detection of sleep apnea by processing of polysomnography signals
Yazar: GÖZDE KARAMUSTAFAOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYDIN AKAN ; YRD. DOÇ. DR. ESRA SAATÇI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı uykuda solunum durması olarak adlandırılan uyku apnesi için polisomnografi sinyalleri incelenerek apne kestirim yöntemleri ortaya koymaktır. Böylece hastaların uyku laboratuvarlarına yatırılarak polisomnografi kayıtlarının alınmasına gerek olup olmadığı konusunda hekimlere yardımcı olabilecek bir karar destek sistemi oluşturmaktır. Çalışmada, uyku laboratuvarı kayıtlarından elde edilen, hastaların tüm gece boyunca uykularında kayıt altına alınmış polisomnografi sinyalleri kullanılmıştır. Elektrokardiyografi (EKG), Elektroensefalografi (EEG) ve Elektromiyografi (EMG) sinyallerine çeşitli sinyal işleme teknikleri uygulanarak apne teşhisi için kestirimlerde bulunulması hedeflenmiştir. Tıkayıcı apneli, hipopneli ve apnesiz dönemlerindeki sin-yaller, Matlab grafiksel kullanıcı ara yüzünde oluşturulan bir sistemle eş zamanlı olarak işlenmiştir. Sinyalleri incelenen hastaların tanıları daha önce hekimler tarafından      konulmuş ve hangi saniyede ne çeşit apne meydana geldiği, apnenin süresi gibi bilgiler hekimler tarafından belirlenmiştir. Çalışmada uygulanan yöntemlerle elde edilen verile-rin, hekimler tarafından tanısı konulan verilerle karşılaştırılarak doğruluk dereceleri belirlenmeye çalışılmıştır. Yöntem olarak sinyallerin güç spektral yoğunluğunun      belirlenmesi amacıyla Yule Walker, Welch ve Periyodogram yöntemleri kullanılmıştır. EKG sinyallerinin işlenmesine ek olarak genelde uyku evrelerinin belirlenmesinde kullanılan EEG ve EMG sinyallerinin güç spektral yoğunluklarının hesaplanmasının apne kestirimi için nasıl sonuç vereceği araştırılmıştır. Sonuç olarak EKG sinyallerinin güç spektral yoğunluğunun bulunması ile tıkayıcı apne ve hipopne durumlarında apne kestirimi %88,3 oranında başarıya ulaşmıştır. İleride yapılabilecek uyku apnesi belirleme çalışmalarında, bu tezde oluşturulan sinyal işleme ara yüzü kullanılarak EKG sinyalleri otomatik olarak işlenebilecek, polisomnografi kayıtlarına gerek kalmadan hastalık tanısı konusunda hekime destek sağlanabilecektir.

Abstract:
The aim of the present study is to manifest apnea prediction methods by investigating polysomnography signals for respiratory arrest during sleep, named as sleep apnea. Thus to produce a decision support system that could be supportive for the doctors in deciding whether it is necessary to hospitalize the patients to sleep laboratory and to obtain polysomnography records or not. Polysomnography signals which were recorded during all night sleep were obtained from the records of sleep laboratory, were used in the current study. We aimed to predict apnea diagnosis by applying several signal processing techniques to electrocardiography (ECG), electroencephalography (EEG) and electromyelography (EMG) signals. The signals during obstructive apnea, hypoapnea periods and during period without apnea were simultaneously processed by a system which was developed in Matlab graphical user interface. The patients in which signals were investigated, had been previously diagnosed by the doctors and the data such as which apnea occurs in which second and the duration of apnea were determined by the doctors. The data obtained by the applied methods in the study were compared with the data diagnosed by the doctors and their degree of accuracy was determined. Yule Walker, Welch and Periodogram methods were used as the methods to determine the power spectral density of the signals. In addition to processing of ECG signals, it was investigated how calculation of power spectral density of EEG and EMG signals which are generally used in determination of sleep periods, could result in prediction of apnea.  In conclusion; determination of power spectral density of ECG signals has succeeded in prediction of apnea in obstructive and hypoapnea conditions at a rate of 88.3%. In the future sleep apnea determination studies, by using signal processing interface produced in this hypothesis, ECG signals would be automatically processed and without any need for polysomnography records, assistance regarding diagnosis of disease would be provided to the doctors.