Título de la tesis


Análisis de la señal electrocardiográfica durante prueba de esfuerzo y su aplicación en el diagnóstico de cardiopatías

Doctorando


Raquel Bailón

Director


Pablo Laguna

Descripción


El objetivo fundamental de esta tesis doctoral consiste en la estimacion robusta de aquella informacion oculta en la señal electrocardiográfica (ECG) registrada durante prueba de esfuerzo que permita la mejor discriminacion de sujetos con enfermedades de las arterias coronarias (CAD), responsables de un elevado porcentaje de las muertes en los países industrializados.

El analisis de la señal ECG de prueba de esfuerzo se emplea habitualmente en la rutina clínica como metodo no invasivo de pronostico y diagnostico de CAD. Diversos índices, basados en la depolarizacion, la repolarizacion y la variabilidad del ritmo cardiaco (HRV), han sido propuestos en la literatura para aumentar la precision diagnostica de la prueba de esfuerzo. El principal problema radica en que estos índices deben estimarse sobre la señal ECG registrada en las desfavorables condiciones de la prueba de esfuerzo, que tiene la particularidad de ser no estacionaria y estar altamente contaminada por ruido muscular y artefactos de movimiento, principalmente. En esta tesis se ha desarrollado un metodo para la estimacion automatica robusta de dichos índices, basado en el promediado ponderado y en el rechazo de latidos promedio potencialmente ruidosos segun un umbral adaptativo. Se ha diseñado un estudio de simulacion de señales ECG de prueba de esfuerzo sobre el que evaluar el metodo. Despues se ha analizado la capacidad diagnostica de los diferentes índices, obtenidos mediante el metodo de estimacion robusta, en una base de datos de

señales ECG de prueba de esfuerzo registrada en el Hospital Universitario "Lozano Blesa" (Zaragoza) y que cuenta, entre otros, con registros pertencientes a sujetos con CAD (coronariografía positiva) y de bajo riesgo de sufrir CAD (segun el índice de Framingham). Los índices basados en la HRV muestran un valor potencial en la discriminacion de paciente
con CAD, motivando un analisis en profundidad de la HRV durante prueba de esfuerzo.

El analisis de la HRV ha sido propuesto como metodo no invasivo de medida de la actividad del sistema nervioso autonomo (ANS) así como del balance de sus ramas simpatica y parasimpatica. La componente de alta frecuencia (HF) de la HRV se asocia a la actividad de la rama parasimpatica, es debida fundamentalmente a la arritimia sinusal respiratoria y esta centrada en la frecuencia de la respiracion. Por tanto, el analisis conjunto de la HRV y la respiracion aumenta la S,abilidad en la estimacion de la actividad del ANS.

Debido a que el registro de la señal respiratoria no es usual durante prueba de esfuerzo, resulta de interes el desarrollo de metodos que permitan obtener informacion respiratoria indirectamente. En esta tesis se hace una revision de diferentes metodos propuestos en la literatura para derivar la señal respiratoria a partir de la señal ECG. El problema principal de estos metodos es que no son robustos frente a la alta contaminacion y no estacionariedad de la señal ECG de prueba de esfuerzo. En esta tesis se ha desarrollado un metodo de estimacion robusta de la frecuencia respiratoria a partir de la señal ECG de prueba de esfuerzo, mediante el analisis espectral de las series de angulos de rotacion del eje electrico del corazon, estimados mediante mínimos cuadrados. El metodo se ha evaluado tanto en un estudio de simulacion (diseñado a partir de registros reales de prueba de esfuerzo y que tiene en cuenta la no estacionariedad tanto de la señal como del ruido y las variaciones típicas de la frecuencia respiratoria durante prueba de esfuerzo) como en una base de datos de señales ECG y respiratoria registradas simultaneamente en el Hospital Universitario de Lund (Suecia).

A continuacion, se ha desarrollado un metodo de analisis de la HRV que permite incluir informacion "a priori" de la frecuencia respiratoria, la cual puede obtenerse a partir de una señal respiratoria registrada simultaneamente durante la prueba de esfuerzo o bien a partir de la propia señal ECG mediante el metodo citado anteriormente. El metodo se basa en la descomposicion parametrica de la distribucion pseudo Wigner-Ville suavizada de la señal analítica de la HRV. La hipotesis subyacente es que la HRV durante prueba de esfuerzo puede modelarse como suma de exponenciales complejas cuyas frecuencias pueden variar linealmente en el tiempo. El metodo requiere el conocimiento de la frecuencia respiratoria y su tasa de variacion a cada instante de tiempo. Para la evaluacion del metodo se ha diseñado un estudio de simulacion en el que se han incluido características especiales de la HRV durante prueba de esfuerzo que la desvían del modelo hipotetizado. Se ha observado que la inclusion de informacion "a priori" sobre la frecuencia respiratoria reduce tanto el sesgo como la varianza de la estimacion de la componente HF. A modo de ejemplo el metodo se ha aplicado sobre registros reales de prueba de esfuerzo.

El analisis de la HRV durante prueba de esfuerzo para el diagnostico de CAD es solo un ejemplo de aplicacion de la medida no invasiva de la actividad del ANS. El analisis conjunto de diferentes señales y sistemas regulados por el ANS puede mejorar la estimacion de la actividad del ANS, como es el caso de la señales ECG, respiratoria y de presion sanguínea. En la parte S,nal de esta tesis, se diseña un sistema de adquisicion de señales biomedicas y una base de datos de señales ECG, respiratoria y de presion sanguínea simultaneas durante dos situaciones con diferente balance del ANS, reposo supino y bipedestacion, que permitira la estimacion de la actividad del ANS a partir de las relaciones e interacciones de las diferentes señales.

Estado


Defendida - 2006

Calificación


Sobresaliente Cum Laude



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