Algoritmo para la detección de latidos en señales de oxihemoglobina de oximetría cerebral

Abstract

[EU]Proiektu honen helburua da taupadak detektatzeko algoritmoa garatzea, horretarako Near InfraRed Spectroscopy (NIRS) sistema baten bidez lortutako oxihemoglobina kontzentrazio seinalea (O2Hb seinalean) erabiliz. NIRS sistema pertsonaren kopetan kokatzen den sentsore batez garunaren oxigenazio periferikoa neurtzea ahalbidetzen duen teknika ez-inbaditzaile bat da. Larrialdi egoeretan, pazientearen oxigenazioa neurtzeko teknikarik hedatuena gaur egun pultsu oximetria da, oxigenazio maila atzamarrean neurtzen duena PPG (Photoplethysmogram) seinalearen bitartez. Teknika hau ordea, ez da guztiz eraginkorra pazienteak egoera hemodinamiko konprometitua duenean, izan ere, sistema kardiobaskularrak biziraupenerako ezinbestekoak diren organoei ematen die lehentasuna, hau da, burmuin eta bihotzari, eta pultsu oximetriak ezin du funtsezkoak diren bi organo horietan oxigenazio maila neurtzen. Azken urteotan, PPG sistemaren gabeziak gainditzeko eta beraz garunaren oxigenazioa monitorizatzeko, NIRS teknika hedatu da eta medikuntza esparru askotan aplikatzen ari da, kirurgia kardiobasularraren monitorizazioan esaterako. NIRS teknikaren bidez burmuineko oxigenazioaz gain pazientearen beste hainbat parametro fisiologikoren neurketa posible izango balitz, arnasketa eta bihotz maiztasunak adibidez, aurrerapauso handia izango litzateke bihotz-biriketako berpiztearen arloan. Honek bihotz-maiztasunaren jarraipena ahalbidetuko luke, eta terapia edota pazientearen egoerari buruzko garrantzizko informazioa eman dezake, adibidez bihotz biriketako masajearen konpresioen eraginkortasuna edo pultsuaren berreskuratzea. Hori lortzeko, hainbat azpi-helburu bete beharko dira. Alde batetik, O2Hb seinalearen pikoen detekzioa gauzatzen duen algoritmoa garatuko da. Bestetik, hortik abiatuz eta beste hainbat teknika erabiliz bihotz-maiztasunaren estimazioa egingo duen algoritmoaren diseinua egingo da. Azkenik, algoritmo honekin lortutako emaitzak aztertuz, NIRS teknikaren eraginkortasuna egiaztatu ahal izango da.

[EN]The objective of this project is to develop a beat detection algorithm using the oxyhemoglobin concentration signal (O2Hb signal) obtained from a Near InfraRed Spectroscopy system (NIRS) placed on the forehead. NIRS is a non-invasive technique that allows the determination of the peripheral oxygenation of the brain. In emergency situations, when monitoring the patient’s oxygenation is necessary, the most widespread technique is pulse oximetry, which measures the oxygen level in the finger using the photoplethysmogram, the PPG signal. However, when the patient is in a compromised hemodynamic situation, this technique is not completely efficient because the cardiovascular system gives priority to vital organs, such as brain and heart, and pulse oximetry cannot measure the oxygen level in those two vital organs. Over the last few years, with the goal of overcoming the limitations of the PPG system, NIRS has been applied to monitor brain oxygenation in many medical domains, like the monitoring of cardiovascular surgery. If NIRS, besides brain oxygenation, would be able to measure other physiological parameters, such as respiratory and heart rates, it would be a great progress in the field of cardiopulmonary resuscitation. This would also allow monitoring heart rate by NIRS which could provide relevant information about therapy and/or patient status, such as the efficiency of the compressions or the presence of pulse. In order to achieve this objective, other secondary objectives must be fulfilled. On one hand, an algorithm based on peak detection (heartbeats) of the O2Hb signal will be developed. On the other hand, from that point on and using other techniques, another algorithm will be developed in order to estimate the heart rate of the patient. Finally, the results obtained will be evaluated, so that it will be possible to verify the effectiveness of the NIRS technique.

[ES]El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un algoritmo de detección de latidos empleando la señal de concentración de oxihemoglobina (señal O2Hb) obtenida de un sistema Near InfraRed Spectroscopy (NIRS) en la frente. NIRS es una técnica no invasiva que permite determinar la oxigenación periférica del cerebro. En situaciones de emergencia, en las que es necesaria la monitorización de la oxigenación del paciente, la técnica más utilizada hoy en día es la oximetría de pulso, que mide el nivel de oxígeno en el dedo mediante la señal de fotopletismografía (señal PPG). Esta técnica sin embargo, no es del todo eficiente cuando el paciente se encuentra en una situación hemodinámica comprometida, ya que el sistema cardiovascular da prioridad a los órganos imprescindibles para la supervivencia, como el cerebro y el corazón, y la oximetría de pulso no mide el nivel de oxigenación en esos dos órganos vitales. En los últimos años, para suplir las carencias del sistema PPG y por lo tanto, para monitorizar la oxigenación cerebral, el sistema NIRS se está implantando en muchas áreas de la medicina, como por ejemplo en la monitorización de la cirugía cardiovascular. Si mediante la técnica NIRS, además de la oxigenación del cerebro, fuese posible medir otros parámetros fisiológicos, como las frecuencias respiratoria y cardiaca, se daría un gran avance en el ámbito de la resucitación cardiorrespiratoria. Esto además permitiría la monitorización de la frecuencia cardiaca mediante NIRS, que podría proporcionar información relevante sobre la terapia y/o estado del paciente, como la eficiencia de las compresiones o la presencia de pulso. Para llevar a cabo ese objetivo, se tendrán que cumplir algunos objetivos secundarios. Por un lado, se desarrollará el algoritmo que realiza la detección de picos de la señal señal O2Hb. Por otro lado, a partir de ahí y utilizando también otras técnicas, se diseñará el algoritmo para estimar la frecuencia cardíaca. Por último, se realizará una evaluación de los resultados obtenidos y será posible verificar la efectividad de la técnica NIRS.