تشخیص رفلاکس معده با استفاده از امپدانس PH

بیان مساله

بیماری رفلاکس معده  یک اختلال گوارشی شایع با علائم دردسرساز است. پایش امپدانسpH  داخل مری چند کاناله (MII-pH)[1] یک تکنیک جدید در تشخیص رفلاکس است که امکان شناسایی دقیق زمان وقوع رفلاکس ها را همزمان با تعیین متغیرهایی هم­چون نوع محتویات برگردانده شده و گسترش پروگزیمال[2] آنها فراهم می کند. در این تکنیک سیگنال امپدانس در شش محل معین و از پیش تعریف شده (کانال های 1 تا 6) به همراه اسیدیته­ی معده­ی بیمار، در طول 24 ساعته و با هدف به دست آوردن یک سری شاخص های مربوط به بیماری رفلاکس جمع آوری می شوند. داده های این چالش که توسط دانشگاه علوم پزشکی اصفهان جمع آوری شده است، شامل 6 کانال سیگنال امپدانس دریافتی و یک خروجی حقیقت مبنا[3] (به صورت پرچم از صفرها و یک ها دقیقاً هم اندازه با سیگنال ورودی) است که نشان دهنده رخداد یا عدم رخداد رفلاکس در طول زمان می­باشد. خروجی این چالش نیز می بایست وقوع یا عدم وقوع (0و1) رفلاکس در تمام کانال­ها باشد. یک رخداد رفلاکس زمانی اتفاق می­افتد که محتویات از معده به سمت مری برگشت داده شوند و این برگشت مواد بسته به شدت رفلاکس می تواند تا نزدیکی حلق (یعنی کانال 1) پیش­روی داشته باشد یا در ضعیف ترین حالت تا کانال 5 برسد. با در نظر گرفتن نسبت مجموع زمان های وقوع رفلاکس به کل دوره­ی ضبط (زمان تقریبی 24 ساعت) برای هر فرد و با هدف متعادل سازی داده­ها اپیزودهای دو دقیقه­ای انتخاب شدند به نحوی که هر اپیزود شامل حداقل یک رخداد رفلاکس باشد. شایان ذکر است شناسایی رخداد رفلاکس با در نظر گرفتن اطلاعات تمام کانال های امپدانس میسّر بوده و نیازی به بررسی داده های سیگنال pH نمی­باشد (از این داده­ها می­توان در اقدام های بعدی هنگام معین کردن یکی از متغیرهای رفلاکس که مربوط به ماهیت شیمیایی آن است بهره جست).

[1] Multichannel Intraluminal Impedance pH Monitoring

[2] Proximal Extent

[3] Ground Truth

اطلاعات تخصصی راجع به مراحل جمع آوری داده:

برای بیماران با آندوسکوپی نرمال که به درمان­های دارویی پاسخ ندادند، مانیتورینگ 24 ساعته MII-pH انجام گرفته و سپس داده های هر بیمار در بیمارستان نور و حضرت علی اصغر (ع) اصفهان، بایگانی شده است. هر مطالعه با تشخیص پزشک معالج به مدت تقریبی 24 ساعت با دستگاه ضبط سیار (Ohmega Impedance ambulatory pH meter; MMS, Enschede, Netherlands) انجام شده است. کاتتر شش کانال امپدانس و pH تحت بی­حسی موضعی از بینی هر فرد عبور داده شد و به ترتیبی که حس­گر pH در فاصله­ی 5 سانتی متر از دریچه­ی معده قرار گیرد، تثبیت شد. به این ترتیب کانال­های امپدانس ششم تا اول نیز به ترتیب در فواصل 3، 5، 7، 9، 15 و 17 سانتی متری از دریچه­ی معده قرار داده شدند. هر کانال امپدانس همان فضای بین دو الکترود امپدانس متوالی می­باشد که با استفاده از منبع ثابت جریان و با اندازه­گیری ولتاژ دو سر الکترودهای متوالی توسط دستگاه مانیتورینگ سیّار محاسبه می­شود. با حرکت از گلو به سمت دریچه­ی معده، سه کانال اول امپدانس کانال­های پروگزیمال و سه کانال بعدی دیستال[1] هستند. داده‌های کانال‌های امپدانس و حسگر pH روی دستگاه ضبط سیار که به کاتتر متصل بود، ذخیره شده اند. برای ضبط و تبدیل فرمت داده های خام از نرم افزار MMS (MMS B.V.) که توسط شرکت سازنده دستگاه Ohmega ارائه شده، استفاده گردید. فرکانس نمونه برداری امپدانس 50 هرتز می­باشد.

[1] Distal

ساختار داده ها:

این مجموعه داده شامل 174 اپیزود (فاصله های 2 دقیقه) از داده های امپدانس داخل مجرای 6 کاناله متعلق به 26 نفر است. مجموعه داده شامل دو متغیر “IMPEDANCE”،  و “FLAG_GER” است،

IMPEDANCE: شامل داده های امپدانس 6 کانال مختلف برای 174 قسمت 2 دقیقه ای، با فرکانس نمونه برداری 50 هرتز است. هر اپیزود دقیقاً 6001 رکورد ثبت شده به ازای هر کانال امپدانس دارد. به ترتیب از سمت چپ به راست کانال های 6 تا 1 در فایل مشخص شده اند.

FLAG_GER : حقیقت مبنا را برای رخدادهای رفلاکس در هر 6 کانال برای 174 قسمت به مدت 2 دقیقه با فرکانس نمونه برداری 50 هرتز تعیین می کند.

نحوه ارزیابی:

هدف چالش شناسایی رخداد رفلاکس در تمام کانال­ها برای 27 اپیزود تست می باشد. شرکت کنندگان می بایست یک فایل فشرده با عنوان نام تیم شامل موارد زیر را به عنوان خروجی چالش ارسال کنند:

1-یک فایل متنی با عنوان «FLAG_eval » شامل ماتریسی از مقادیر 0 و 1 برای شناسایی رفلاکس در شش کانال برای تمام 27 اپیزود در مجموعه تست، با 162027 سطر و شش ستون که ستون اول تا ششم متناظر با کانال های ششم تا اول باشند.

2-فایل توضیحی تکنیک پیشنهادی

3- فیلم 5 دقیقه ای از توضیح کد و تکنیک

معیارهای ارزیابی:

• تعداد رخدادهای TP، FP و FN در پاسخ های ارسالی (یک TP به شناسایی درست رخداد رفلاکس اتلاق می­شود که در آن زمان­بندی رفلاکس گزارش شده با مقدار حقیقت مبنا در کانال 6 میزان IOU[1] بزرگ­تر از 7/0 داشته باشد).

معیارهای PPV[2] و حساسیت از روی مقادیر به دست آمده از این قسمت محاسبه خواهند شد.

[1] Intersection Over Union

[2] Positive Predictive Value

• معیار میانگین خطای زمانی در کانال 6:

• درصد درست گزارش عدد مربوط به گسترش پروگزیمال PE (عدد مربوط به کانالی که یک رفلاکس تا بدانجا پیشروی داشته است)