EEG parameters and their combination as indicators of depth of anaesthesia / EEG-Parameter und deren Kombination für das Narkosemonitoring
-
Denis Jordan
Abstract
EEG parameters for assessment of depth of anaesthesia are typically based on different signal processing methods, such as spectral and complexity analysis. In the present study, the parameters investigated (WSMF, qWSMF, approximate entropy and Lempel-Ziv complexity) do not correlate monotonically to depth of anaesthesia. To obtain this correlation, parameters are combined based on fuzzy inference, whereby each parameter only operates in a specific range. Fuzzy inference seems to be a suitable approach, as the indicator designed separates wakefulness from unconsciousness as well as the best single parameter does and correlates to the depth of anaesthesia.
Zusammenfassung
Zur Bestimmung der “Narkosetiefe” werden üblicherweise EEG-Parameter verwendet, die auf Signalverarbeitungsmethoden wie z.B. Spektral- und Komplexitätsanalyse basieren. In der vorgestellten Studie korrelieren die untersuchten Einzelparameter (WSMF, qWSMF, approximate Entropie sowie Lempel-Ziv-Komplexität) nicht monoton mit der “Narkosetiefe”. Um eine solche Korrelation zu erreichen, werden die Parameter mit Hilfe einer Fuzzy-Inferenz zu einem Indikator kombiniert, so dass jeder Parameter in einem eingeschränkten Bereich verwendet wird. Dieses Verfahren erweist sich im Kontext des Narkosemonitoring als geeignet: Der resultierende Indikator erkennt die Zustände “wach” und “bewusstlos” ebenso gut wie der beste Einzelparameter und korreliert mit der “Narkosetiefe”.
References
1 Bruhn J. Vergleich verschiedener EEG-Parameter: spektrale Eckfrequenz 95, approximate Entropie und Bispektral-Indikator. Forum Moderner Inhalationsanästhesie (FMI)2003; 44: 17–21.Search in Google Scholar
2 Bruhn J, Röpcke H, Hoeft A. Approximate entropy as an electroencephalographic measure of anesthetic drug effect during desflurane anesthesia. Anesthesiology2000; 92: 715–726.10.1097/00000542-200003000-00016Search in Google Scholar
3 Bruhn J, Röpcke H, Rehberg B, Bouillon T, Hoeft A. Electroencephalogram approximate entropy correctly classifies the occurrence of burst suppression pattern as increasing anesthetic drug effect. Anesthesiology2000; 93: 981–985.10.1097/00000542-200010000-00018Search in Google Scholar
4 Fell J, Röschke J, Mann K, Schäffner C. Discrimination of sleep stages: a comparison between spectral and nonlinear EEG measures. Electroencephalogr Clin Neurophysiol1996; 98: 401–410.10.1016/0013-4694(96)95636-9Search in Google Scholar
5 Gurman GM. Assessment of depth of general anesthesia. Observations on processed EEG and spectral edge frequency. Int J Clin Monit Comput1994; 11: 185–189.10.1007/BF01132367Search in Google Scholar
6 Hsieh F, Turnbull BW. Nonparametric and semi-parametric estimation of the receiver operating characteristic curve. Ann Stats1996; 24: 25–40.10.1214/aos/1033066197Search in Google Scholar
7 Kaspar F, Shuster HG. Easily calculable measure for the complexity of spatiotemporal patterns. Phys Rev A1987; 36: 842–848.10.1103/PhysRevA.36.842Search in Google Scholar
8 Kaufmann A, Gupta MM. Introduction to fuzzy arithmetic: theory and applications. New York: Van Nostrand Reinhold 1985.Search in Google Scholar
9 Lempel A, Ziv J. On the complexity of finite sequences. IEEE Trans Inf Theory1976; 22: 75–81.10.1109/TIT.1976.1055501Search in Google Scholar
10 Metz CE. Basic principles of ROC analysis. Semin Nucl Med1978; 8: 283–298.10.1016/S0001-2998(78)80014-2Search in Google Scholar
11 Niedermayer E, da Silva FL. Electroencephalography, basic principles, clinical applications, and related fields. 3rd ed. London: Williams & Wilkins 1993: 829–836.Search in Google Scholar
12 Pincus S, Singer HB. Randomness and degree of irregularity. Proc Natl Acad Sci USA1996; 93: 2083–2088.10.1073/pnas.93.5.2083Search in Google Scholar PubMed PubMed Central
13 Rampil IJ. A Primer for EEG signal processing in anesthesia. Anesthesiology1998; 89: 980–1002.10.1097/00000542-199810000-00023Search in Google Scholar PubMed
14 Schneider G, Hollweck R, Ningler M, Stockmanns G, Kochs E. Detection of consciousness by electroencephalogram and auditory evoked potentials. Anesthesiology2005; 103: 934–943.10.1097/00000542-200511000-00006Search in Google Scholar PubMed
15 Thakor NV, Tong S. Advances in quantitative electroencephalogram analysis methods. Annu Rev Biomed Eng2004; 6: 453–495.10.1146/annurev.bioeng.5.040202.121601Search in Google Scholar PubMed
16 Zhang XS, Roy RJ, Weber JE. EEG complexity as a measure of depth of anesthesia for patients. IEEE Trans Biomed Eng2001; 48: 1424–1433.10.1109/10.966601Search in Google Scholar PubMed
©2006 by Walter de Gruyter Berlin New York
Articles in the same Issue
- Biosignal Processing: the pacemaker for innovations in Biomedical Engineering – state, developments, trends
- Analysis of complex physiological systems by information flow: a time scale-specific complexity assessment / Analyse komplexer physiologischer Systeme mit Hilfe des Informationsflusses über spezielle Zeitskalen
- Robust filters for intensive care monitoring: beyond the running median / Robuste Filter für intensivmedizinisches Monitoring: mehr als ein gleitender Median
- Brain-computer interfaces for control of neuroprostheses: from synchronous to asynchronous mode of operation / Brain-Computer Interfaces zur Steuerung von Neuroprothesen: von der synchronen zur asynchronen Funktionsweise
- Development of interaction measures based on adaptive non-linear time series analysis of biomedical signals / Entwicklung von Interaktionsmaßen auf der Grundlage adaptiver, nichtlinearer Zeitreihenanalyse von biomedizinischen Signalen
- Comparison of three methods for beat-to-beat-interval extraction from continuous blood pressure and electrocardiogram with respect to heart rate variability analysis / Vergleich von drei Methoden der Schlag-zu-Schlag-Intervall-Extraktion aus kontinuierlichen Blutdruckverläufen und Elektrokardiogrammen zur Herzratenvariabilitätsanalyse
- Compression entropy contributes to risk stratification in patients with cardiomyopathy / Kompressionsentropie zur verbesserten Risikostratifizierung bei Patienten mit DCM
- Identification of patients with coronary artery disease using magnetocardiographic signal analysis / Identifizierung von Patienten mit koronarer Herzkrankheit anhand magnetokardiographischer Signalanalyse
- EEG parameters and their combination as indicators of depth of anaesthesia / EEG-Parameter und deren Kombination für das Narkosemonitoring
- Oberflächenkonditionierung für eine verbesserte Überlebenswahrscheinlichkeit von Knieprothesen: Komplett- vs. Oberflächenzementiertechnik der Tibiakomponente / Surface pretreatment for prolonged survival of cemented tibial prosthesis components: full- vs. surface-cementation technique
- Die Bedeutung der Setzkraft für die Sicherheit einer Konuskopplung von Hüftstiel und keramischem Prothesenkopf / Relevance of the insertion force for the taper lock reliability of a hip stem and a ceramic femoral head
Articles in the same Issue
- Biosignal Processing: the pacemaker for innovations in Biomedical Engineering – state, developments, trends
- Analysis of complex physiological systems by information flow: a time scale-specific complexity assessment / Analyse komplexer physiologischer Systeme mit Hilfe des Informationsflusses über spezielle Zeitskalen
- Robust filters for intensive care monitoring: beyond the running median / Robuste Filter für intensivmedizinisches Monitoring: mehr als ein gleitender Median
- Brain-computer interfaces for control of neuroprostheses: from synchronous to asynchronous mode of operation / Brain-Computer Interfaces zur Steuerung von Neuroprothesen: von der synchronen zur asynchronen Funktionsweise
- Development of interaction measures based on adaptive non-linear time series analysis of biomedical signals / Entwicklung von Interaktionsmaßen auf der Grundlage adaptiver, nichtlinearer Zeitreihenanalyse von biomedizinischen Signalen
- Comparison of three methods for beat-to-beat-interval extraction from continuous blood pressure and electrocardiogram with respect to heart rate variability analysis / Vergleich von drei Methoden der Schlag-zu-Schlag-Intervall-Extraktion aus kontinuierlichen Blutdruckverläufen und Elektrokardiogrammen zur Herzratenvariabilitätsanalyse
- Compression entropy contributes to risk stratification in patients with cardiomyopathy / Kompressionsentropie zur verbesserten Risikostratifizierung bei Patienten mit DCM
- Identification of patients with coronary artery disease using magnetocardiographic signal analysis / Identifizierung von Patienten mit koronarer Herzkrankheit anhand magnetokardiographischer Signalanalyse
- EEG parameters and their combination as indicators of depth of anaesthesia / EEG-Parameter und deren Kombination für das Narkosemonitoring
- Oberflächenkonditionierung für eine verbesserte Überlebenswahrscheinlichkeit von Knieprothesen: Komplett- vs. Oberflächenzementiertechnik der Tibiakomponente / Surface pretreatment for prolonged survival of cemented tibial prosthesis components: full- vs. surface-cementation technique
- Die Bedeutung der Setzkraft für die Sicherheit einer Konuskopplung von Hüftstiel und keramischem Prothesenkopf / Relevance of the insertion force for the taper lock reliability of a hip stem and a ceramic femoral head
