Análisis de métodos para la obtención de la actividad respiratoria derivada del ECG

Abstract

[ES]La frecuencia respiratoria y sus alteraciones son predictores relevantes del deterioro del paciente. Sin embargo la frecuencia respiratoria es en ocasiones inadecuadamente registrada por el personal del hospital, en parte debido a la ausencia de una técnica automatizada confiable para medirla. La señal de electrocardiograma (ECG) ha sido propuesta por varios autores en los últimos años como una fuente de información respiratoria confiable. El objetivo de este proyecto es examinar y comparar distintos algoritmos para la estimación de la frecuencia respiratoria a partir de un único canal ECG de superficie. Esto posibilitaría la monitorización de la frecuencia respiratoria en situaciones de escenarios ambulatorios donde únicamente se dispone del ECG, evitando así la necesidad de utilizar equipos adicionales. Para llevar a cabo este objetivo, los algoritmos que se van a utilizar son dos. El primero utiliza la arritmia sinusal respiratoria (Respiratory Sinus Arrhythmia, RSA), es decir la modulación por la respiración de los intervalos entre latidos. El segundo emplea la modulación de la amplitud del ECG, en particular del pico de la onda R, y se denomina EDR (ECG-Derived Respiration). Para aplicar estos algoritmos, primero se implementará un detector de latidos automático, el cual deberá ser muy preciso en la detección del pico de la onda R. A continuación, se obtendrá la frecuencia respiratoria a partir de la señal ECG mediante los dos algoritmos. Por último, se evaluarán los resultados obtenidos y será posible verificar la efectividad de los algoritmos.

[EN]Respiratory rate and its alterations are important predictors of a patient’s health deterioration. However, respiratory rate is sometimes inadequately recorded by hospital staff, partially due to the absence of a reliable automated technique to measure it. The electrocardiogram (ECG) has been proposed by several authors in recent years as a source of reliable respiratory information. The objective of this project is to examine and compare different algorithms to estimate respiratory rate from a single-lead ECG. This would allow the monitoring of respiratory rate in ambulatory care situations where only ECG is available, thus avoiding the need to use additional equipment. Two algorithms will be used to accomplish this goal. The first algorithm uses respiratory sinus arrhythmia (RSA), that is the modulation of the heart rate caused by respiration. The second algorithm is based on the amplitude modulation of the ECG caused by respiration, more specifically of the R-peak amplitude, and is called ECG Derived Respiration (EDR). To apply these algorithms, an automatic beat detector must first be implemented, which must be very accurate in the detection of the R-peak wave. Next, the respiratory rate is obtained from the ECG signal using both algorithms. Finally, the results obtained will be evaluated, so that it will be possible to verify the effectiveness of the algorithms.

[EU]Arnasketa-maiztasuna eta maiztasunean ematen diren alterazioak pazienteen egoeraren txartzearen aurrekari garrantzitsuak dira. Tamalez, arnasketa-maiztasuna batzuetan gaizki grabatzen da ospitaleetan, neurri batean neurketa automatikorako teknika fidagarririk ez dagoelako. Zenbait autorek elektrokardiograma (EKG) seinalea proposatu dute azken urteotan arnas informazio iturri fidagarri gisa. Proiektu honen helburua azaleko EKG kanal batetatik arnasketa-maiztasuna kalkulatzeko algoritmo ezberdinak aztertu eta alderatzea da. Honek arnas-maiztasunaren monitorizazioa ahalbidetuko luke monitorizazio anbulategiko agertokietan, agertoki hauetan sarritan EKG seinalea soilik eskuragarri baitago, ekipamendu gehigarria erabiltzeko beharra saihestuz. EKG bidezko arnasketa-monitorizaziorako bi algoritmo garatu eta aztertu dira. Lehenengoa arnasketak bihotz maiztasunean eragiten dituen aldaketetan (RSA, Respiratory Sinus Arrhythmia) oinarrituta dago, eta bihotz-taupaden arteko denbora tarteak erabiltzen du. Bigarrena arnasketak EKGaren anplitudean eragiten duen modulazioan oinarritzen da, espezifikoki Ruhinaren gailurrean, eta EDR (ECG-Derived Respiration) deritzo. Algoritmo hauek garatzeko, lehenengo taupada-detektore automatikoa garatuko da, R-uhinen detekziorako oso zehatza dena. Jarraian, arnasketa-maiztasuna lortzeko EKG-seinalean oinarritutako bi algoritmoak garatuko dira. Azkenik, lortutako emaitzak ebaluatuko dira algoritmoen eraginkortasuna egiaztatzeko.