Estrazione non invasiva del segnale elettrocardiografico fetale da registrazioni con elettrodi posti sull’addome della gestante (Non-invasive extraction of the fetal electrocardiogram from abdominal recordings by positioning electrodes on the pregnant woman’s abdomen)

The heart is the first organ that develops in the fetus, particularly in the very early stages of pregnancy. Compared to the adult heart, the physiology and anatomy of the fetal heart exhibit some significant differences. These differences originate from the fact that the fetal cardiovascular circulation is different from the adult circulation. Fetal well-being evaluation may be accomplished by monitoring cardiac activity through fetal electrocardiography (fECG). Invasive fECG (acquired through scalp electrodes) is the gold standard but its invasiveness limits its clinical applicability. Instead, clinical use of non-invasive fECG (acquired through abdominal electrodes) has so far been limited by its poor signal quality. Non-invasive fECG is extracted from the abdominal recording and is corrupted by different kind of noise, among which maternal ECG is the main interference. The Segmented-Beat Modulation Method (SBMM) was recently proposed by myself as a new template-based filtering procedure able to provide a clean ECG estimation from a noisy recording by preserving physiological ECG variability of the original signal. The former feature is achieved thanks to a segmentation procedure applied to each cardiac beat in order to identify the QRS and TUP segments, followed by a modulation/demodulation process (involving stretching and compression) of the TUP segments to adaptively adjust each estimated cardiac beat to the original beat morphology and duration. SBMM was first applied to adult ECG applications, in order to demonstrate its robustness to noise, and then to fECG applications. Particularly significant are the results relative to the non-invasive applications, where SBMM provided fECG signals characterized by a signal-to-noise ratio comparable to that characterizing invasive fECG. Thus, SBMM may contribute to the spread of this noninvasive fECG technique in the clinical practice.

Il cuore è il primo organo che si sviluppa nel feto, particolarmente nelle primissime settimane di gestazione. Rispetto al cuore adulto, quello fetale ha una fisiologia ed un’anatomia significativamente differenti, a causa della differente circolazione cardiovascolare. Il benessere fetale si valuta monitorando l’attività cardiaca mediante elettrocardiografia fetale (ECGf). L’ECGf invasivo (acquisito posizionando elettrodi allo scalpo fetale) è considerato il gold standard, ma l’invasività che lo caratterizza ne limita la sua applicabilità. Al contrario, l’uso clinico dell’ECGf non invasivo (acquisito posizionando elettrodi sull’addome della gestante) è limitato dalla scarsa qualità del segnale risultante. L’ECGf non invasivo si estrae da registrazioni addominali, che sono corrotte da differenti tipi di rumore, fra i quali l’interferenza primaria è rappresentata dall’ECG materno. Il Segmented-Beat Modulation Method (SBMM) è stato da me recentemente proposto come una nuova procedura di filtraggio basata sul calcolo del template del battito cardiaco. SBMM fornisce una stima ripulita dell’ECG estratto da registrazioni rumorose, preservando la fisiologica variabilità ECG del segnale originale. Questa caratteristica è ottenuta grazie alla segmentazione di ogni battito cardiaco per indentificare i segmenti QRS e TUP, seguito dal processo di modulazione/demodulazione (che include strecciamento e compressione) del segmento TUP, per aggiustarlo in modo adattativo alla morfologia e alla durata di ogni battito originario. Dapprima applicato all’ECG adulto al fine di dimostrare la sua robustezza al rumore, l’SBMM è stato poi applicato al caso fetale. Particolarmente significativi sono i risultati relativi alle applicazioni su ECGf non invasivo, dove l’SBMM fornisce segnali caratterizzati da un rapporto segnale-rumore comparabile a quello caratterizzante l’ECGf invasivo. Tuttavia, l’SBMM può contribuire alla diffusione dell’ECGf non invasiva nella pratica clinica.