ES2600409T3 - Procedimiento para la descomposición de una señal compuesta que consiste en formas de onda oscilatorias y una señal de modulación - Google Patents

Abstract

Procedimiento para suprimir las oscilaciones cardiogénicas en una señal de impedancia eléctrica transtorácica, que comprende las etapas de: - proporcionar (71) una señal compuesta S que es una señal de impedancia eléctrica transtorácica Z, que comprende una señal oscilatoria Sosc que es una parte cardiogénica de la señal de impedancia eléctrica transtorácica Zc y una señal de modulación Smod que es una parte respiratoria de la señal de impedancia eléctrica transtorácica Zr; - realizar un filtrado de paso alto (72) de la señal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimación de la señal oscilatoria Ŝosc y una estimación de la señal de modulación Smod, donde la estimación de la señal oscilatoria Ŝosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la señal de modulación Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la señal de modulación Smod; caracterizado por las etapas siguientes: - definir (73) un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado; - asignar (74) el primer tramo a dicha primera oscilación de acuerdo con un estado definido a partir de la estimación de la señal de modulación Ŝmod y el segundo tramo a dicha segunda oscilación de acuerdo con un estado definido a partir de la estimación de la señal de modulación Ŝmod; - formar (75) una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y - utilizar (76) dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha señal oscilatoria Sosc respecto de dicha señal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la descomposicion de una senal compuesta que consiste en formas de onda oscilatorias y una senal de modulacion

Sector tecnico de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento, un sistema, un aparato y un programa informatico para suprimir una senal oscilatoria de una senal compuesta que comprende una senal oscilatoria y una senal que esta modulando la senal oscilatoria.

Estado de la tecnica anterior

Las senales de series temporales fisiologicas medidas en el cuerpo humano u otro organismo constituyen a menudo dos senales sumadas, donde una es de tipo transitorio oscilatorio, una senal oscilatoria, y la otra es una senal de modulacion. La senal de modulacion es una senal periodica continua que tiene una frecuencia menor que la senal oscilatoria. La senal oscilatoria se produce en ciertos intervalos temporales debido a un evento de activacion. El activador puede ser interno, tal como la activacion del nodo sinusal del corazon que inicia una contraccion cardiaca, o externa, tal como un destello de luz que activa un potencial provocado en el cerebro. A menudo, las senales medidas provocadas por estos eventos oscilatorios cambian de forma debido a algun factor externo. Por ejemplo, la forma de las senales electrocardiograficas registradas para cada contraccion cardiaca cambian de forma con la respiracion. Las oscilaciones y la senal de modulacion se pueden asimismo sumar entre si, tal como es el caso en las senales de impedancia cardiacas toracicas y respiratorias.

En la neumografia por impedancia, la impedancia electrica transtoracica varia con el tiempo debido a la funcion cardiaca y a la respiracion. La senal de impedancia cardiogenica Zc, que es la parte cardiogenica de la senal de impedancia Z, se origina por el movimiento de volumenes sanguineos en el torax, y la senal de impedancia respiratoria Zr, que es la parte respiratoria de la senal de impedancia Z, es directamente proporcional al volumen pulmonar. Estas senales medibles se pueden explotar para analizar la funcion cardiaca, tal como en la cardiografia por impedancia (ICG), o la funcion pulmonar, tal como en la neumografia por impedancia (IP). Para un analisis fiable de las variables pulmonares de interes se deberia suprimir la senal de impedancia cardiogenica Zc, una senal de ruido aditivo, debido a que la presencia de oscilaciones cardiogenicas (OCG) dificulta la segmentacion precisa de la senal de impedancia en ciclos respiratorios y la deteccion de puntos de interes, tales como el tiempo del flujo espiratorio maximo. Mantener los componentes armonicos de la senal de respiracion es importante en las aplicaciones emergentes de IP, tales como la evaluacion ambulatoria de la funcion pulmonar a largo plazo, donde se pueden extraer de la senal de impedancia Z parametros de la respiracion tidal mas complejos que el ritmo respiratorio o el volumen tidal.

Los espectros de frecuencia de la senal de impedancia cardiogenica Zc y la senal de impedancia respiratoria Zr tienen sus correspondientes componentes principales de potencia a las frecuencias del ritmo cardiaco (RC) y del ritmo respiratorio (RR), respectivamente. El componente cardiaco principal esta habitualmente a una frecuencia por lo menos dos veces mayor que la de la respiracion. Sin embargo, las frecuencias armonicas de la senal de impedancia cardiogenica Zc contienen potencia que alcanza la frecuencia del RC, lo que hace que el espectro de potencia de las dos senales se solape.

Por lo tanto, si las OCG son eliminadas con un filtro de paso bajo lineal normal con una frecuencia de corte ligeramente por debajo del RC, se puede eliminar asimismo cierta informacion de la senal de impedancia respiratoria. Este problema puede ser notable en pacientes con una relacion elevada de RR frente a RC.

La Patente Europea EP434856B1, "Procedimiento de obtencion de una senal respiratoria y/o de una senal de un artefacto cardiaco a partir de una senal fisiologica”, da a conocer un procedimiento de obtencion de una senal respiratoria y/o de una senal de un artefacto cardiaco a partir de una senal fisiologica, que tiene por lo menos un componente de senal de respiracion y un componente de senal de artefacto cardiaco, en particular a partir de una senal de neumografia por impedancia. Sin embargo, este procedimiento no reconoce la interaccion entre la senal de oscilacion cardiaca y el volumen pulmonar. Por el contrario, se indica que la senal de artefacto cardiaco tiene una forma de onda que, en terminos de tiempo, se mantiene sustancialmente igual de un latido a otro.

Por lo tanto, existe la necesidad de una solucion que atenue las oscilaciones cardiogenicas en una senal de neumografia por impedancia teniendo en cuenta el efecto de modulacion que tiene el volumen pulmonar cambiante sobre la forma de onda de la oscilacion cardiogenica.

El siguiente documento da a conocer la tecnica anterior mas relevante: X T Du, L Wang y X J Guo: "Study on New Method of Heart Disturbance Filtering on Measurement of Impedance Pneumograph" (estudio sobre un nuevo procedimiento de filtrado de perturbaciones cardiacas sobre una medicion de un neumografo por impedancia), Journal of Physics: Conference Series, volumen 48 (2006), 1147-1151.

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Sumario de la invencion

A continuacion, se presenta la invencion de un procedimiento mejorado y de equipamiento tecnico que implementa el procedimiento, mediante los cuales se mitigan los problemas anteriores. Diversos aspectos de la invencion incluyen un procedimiento, un aparato, un sistema y un medio legible por ordenador que comprende un programa informatico almacenado en el mismo, que se caracterizan por lo indicado en las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se dan a conocer varias realizaciones de la invencion.

Segun un primer aspecto, se da a conocer un procedimiento para suprimir una senal oscilatoria Sosc mediante proporcionar una senal compuesta S que comprende dicha senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod; realizar un filtrado de paso alto de la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod; definir un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado; asignar el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod; formar una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y utilizar dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio. En el procedimiento, la senal compuesta S es una senal de impedancia electrica transtoracica Z, la senal de modulacion Smod es una parte respiratoria de la senal de impedancia electrica transtoracica Zr y Sosc es una parte cardiogenica de la senal de impedancia electrica transtoracica Zc.

En otras palabras, una senal oscilatoria Sosc se puede suprimir de una senal compuesta S que comprende la senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod sin eliminar partes de la senal de modulacion Smod. La senal compuesta S se somete a filtrado de paso alto para producir estimaciones de la senal oscilatoria Sosc y de la senal de modulacion Smod. La estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende por lo menos primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod. Se define un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado, y se asigna el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod. Se forma una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo. Y estas primera y segunda formas de onda promedio se restan de la senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio, para formar la senal de modulacion Smod. El procedimiento se puede aplicar, por ejemplo, para suprimir las oscilaciones cardiogenicas en una senal de neumografia por impedancia, donde las oscilaciones cardiogenicas y la senal respiratoria por impedancia forman una senal de impedancia transtoracica.

Segun un segundo aspecto, se da a conocer un sistema que comprende por lo menos una unidad de medicion y una unidad de procesamiento que comprende por lo menos una memoria, y un programa informatico almacenado en una memoria, que comprende un codigo de programa informatico configurado para llevar a cabo el procedimiento para suprimir una senal oscilatoria Sosc mediante proporcionar una senal compuesta S que comprende dicha senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod; someter a filtrado de paso alto la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod; definir un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado; asignar el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod; formar una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y utilizar dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.

De acuerdo con un tercer aspecto, se da a conocer un aparato que comprende una memoria y un programa informatico almacenado en una memoria, que comprende un codigo de programa informatico configurado para llevar a cabo el procedimiento para suprimir una senal oscilatoria Sosc mediante proporcionar una senal compuesta S que comprende dicha senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod; someter a filtrado de paso alto la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod; definir un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo

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asociado con dicho segundo estado; asignar el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod; formar una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y utilizar dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.

Segun un cuarto aspecto, se da a conocer un programa informatico almacenado en un medio de almacenamiento, que comprende un codigo de programa informatico configurado para, por lo menos con un procesador, hacer que un aparato proporcione una senal compuesta S que comprende dicha senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod; someter a filtrado de paso alto la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod; definir un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado; asignar el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod; formar una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y utilizar dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.

Descripcion de los dibujos

A continuacion se describiran en mayor detalle diversas realizaciones de la invencion haciendo referencia a los

dibujos adjuntos, en los cuales

la figura 1 muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas utilizadas en la cancelacion de una senal de

impedancia cardiogenica Zc a partir de la senal de impedancia Z sin alterar la parte respiratoria Zr de la senal de impedancia Z, formando un modelo parametrico estatico de la oscilacion cardiogenica, segun una realizacion de la presente invencion;

la figura 2 muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas utilizadas en la cancelacion de una senal de impedancia cardiogenica Zc a partir de la senal de impedancia Z sin alterar la parte respiratoria Zr de la senal de impedancia Z, actualizando al mismo tiempo el modelo parametrico de la oscilacion cardiogenica recursivamente con el tiempo, segun una realizacion de la presente invencion;

la figura 3 muestra senales a modo de ejemplo relativas a un procedimiento, segun una realizacion de la presente invencion;

la figura 4 muestra un ejemplo de una posible configuracion de los electrodos, segun una realizacion de la presente invencion;

la figura 5 muestra un ejemplo de un cambio en la forma de onda de la oscilacion cardiogenica con el cambio en el volumen pulmonar durante respiracion tidal;

la figura 6 muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un procedimiento, segun una realizacion de la presente invencion,

la figura 7 es un ejemplo de un sistema para suprimir las oscilaciones cardiogenicas en la senal de neumografia por impedancia, segun la presente invencion, y;

la figura 8 muestra un ejemplo de los espectros de potencia-frecuencia solapados.

Descripcion detallada de las realizaciones

El procedimiento de la presente invencion se puede utilizar para descomponer y suprimir oscilaciones en varias aplicaciones, tales como pletismografia inductiva respiratoria, pletismografia del pulso, senales de presion esofagica, senal del caudal de aire pulmonar o cualesquiera otras senales fisiologicas adquiridas de manera invasiva o no invasiva. La senal oscilatoria Sosc transitoria puede estar modulada por una senal de frecuencia menor Smod. De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, la senal oscilatoria no tiene que involucrar el corazon ni la senal de modulacion tiene que involucrar la respiracion. Ademas, no es necesario que las senales tengan un origen fisiologico. Una senal compuesta S comprende una senal oscilatoria Sosc transitoria y la senal de modulacion Smod:

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donde la Smod modula la Sosc por medio de una funcion de modulacion desconocida.

A continuacion, se describiran realizaciones de la invencion en el contexto de las figuras. Se debe observar que la invencion no se limita a estas realizaciones.

La figura 1 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento -10- para cancelar la Zc, que es la parte cardiogenica de una senal de impedancia electrica transtoracica Z, respecto de la senal de impedancia electrica transtoracica Z sin alterar la parte respiratoria Zr de la senal de impedancia Z, mediante formar un modelo parametrico estatico de la oscilacion cardiogenica, segun una realizacion de la presente invencion. El procedimiento -10- es especialmente adecuado para periodos cortos de medicion, por ejemplo, una medicion de 10 minutos o de 50 ciclos respiratorios de duracion, durante los cuales la postura y el estado fisiologico del paciente de medicion permanecen sustancialmente constantes y la forma de onda de la OCG no cambiara sustancialmente debido a cambios posturales y/o fisiologicos. Por lo tanto, es posible obtener una senal Zr fiable utilizando un modelo parametrico de las OCG que esta modulado por el volumen pulmonar u otro parametro respiratorio en el filtrado de la senal Z. En esta realizacion de la invencion, el modelo parametrico permanece estatico en el tiempo una vez se ha definido. Este no se adapta recursivamente con el tiempo, tal como en el procedimiento -20- dado a conocer en el contexto de la figura 2. Una senal de impedancia transtoracica Z es un ejemplo de dicha senal compuesta S, donde Zc corresponde a la Sosc y Zr corresponde a la Smod.

El procedimiento -10- avanza desde el inicio de las senales de medicion Z y del electrocardiograma (ECG) hacia el final de las senales Z y el ECG en el tiempo, procesando elementos de senal Z definidos en el tiempo por dos ondas R de senal de ECG consecutivas. La senal activadora puede ser asimismo cualquier otra senal diferente al ECG, tal como una senal pletismografica o de presion, que puede ser utilizada para determinar temporizaciones de contraccion cardiaca, o los segmentos se pueden definir incluso sin una senal activadora externa, encontrando las temporizaciones de contraccion a partir de la propia senal de impedancia.

En la etapa -11-, la senal de impedancia Z y el ECG se proporcionan a un aparato de procesamiento de senal. El aparato puede ser, por ejemplo, un equipo especial para medir y analizar datos de impedancia, un terminal movil, un ordenador portatil, un ordenador personal (PC) o cualquier otro dispositivo de procesamiento de datos que pueda comprender medios para recibir o registrar senales de impedancia y de electrocardiograma (ECG), medios de procesamiento de senal y una memoria. La memoria puede ser cualquier medio de almacenamiento, por ejemplo, una memoria interna del aparato. Las senales Z y de ECG se pueden obtener a partir de dispositivos independientes o a partir del mismo dispositivo utilizando electrodos independientes, o los mismos electrodos para ambas.

En la etapa -12-, se obtiene una estimacion de la Zc, es decir Zc, mediante el filtrado de paso alto de la serial de impedancia original Z con un filtro de paso alto que tiene una frecuencia de corte predeterminada 0,6 veces el ritmo cardfaco (RC). La frecuencia de corte se puede determinar asimismo para que sea, por ejemplo, de 0,5 a 0,9 veces RC. La Zc consiste fundamentalmente en componentes cardiogenicos, pero contiene asimismo algunas trazas de la serial respiratoria Zr dado que los espectros de frecuencia de las dos senales se solapan. Adicionalmente, se produce una estimacion de Zr, es decir r, como Zr = Z - Zc.

En la etapa -13-, se extrae una sola oscilacion cardiogenica (OCG) como un segmento de Zc entre dos ondas R de ECG consecutivas. El inicio y el final de la senal de la OCG se ponen a cero, en caso de que no lo esten ya. Para poner a cero el inicio de la senal de la OCG, el valor de la primera muestra se puede restar de todas las muestras de la OCG. Para el final, una linea entre la primera y la ultima muestra se puede restar de todas las muestras de la OCG, o el final de la muestra de la OCG se puede convolucionar con una serie de muestras decreciente comprendida entre 1 y 0. La cantidad de muestras se puede fijar volviendo a muestrear el segmento de Zc en una cantidad elegida de muestras.

En la etapa -14-, las OCG se ponen en una serie de tramos segun el volumen pulmonar relativo, la fase del ciclo respiratorio o un parametro periodico similar obtenido a partir de la serial Zr que esta modulando el perfil de la forma de onda de las OCG. El valor del parametro escogido, definido a partir de la senal Z, se puede definir al inicio, a la mitad, o al final, o en cualquier otra posicion durante la OCG especifica. El valor puede ser asimismo un promedio de multiples valores durante la OCG. Este valor obtenido se utiliza a continuacion para escoger un tramo adecuado para cada OCG. El numero de tramos y sus limites en el intervalo de valores se pueden definir libremente. Por ejemplo, durante un ciclo respiratorio especffico se encontraron cuatro tramos con Ifmites de 0-25%, 26-50%, 51-75% y 76-100% de los valores Zr (volumen pulmonar relativo).

En la etapa -15-, una vez han sido asignadas a tramos todas las OCG, se obtiene una unica forma de onda representativa de la OCG para cada tramo promediando las OCG medidas individuales en cada tramo. El promedio se puede conseguir mediante la media, la media ponderada, la mediana o cualquier otra funcion de promedio. El promedio suprime las trazas de la senal respiratoria que quedan despues del filtrado de paso alto debido a que las

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trazas de la senal respiratoria son estocasticas con respecto a los eventos de la OCG. A continuacion, se utilizan las formas de onda promediadas para construir un modelo parametrico para la forma de onda de la OCG. El modelo entrega una forma de onda representativa de la OCG para cualquier valor especifico del parametro que se utilice para dividir las OCG en tramos, por ejemplo el volumen pulmonar relativo. Este modelo se puede conseguir, por ejemplo, ajustando una funcion polinomica por tramos ("spline") para cada una de las formas de onda de la OCG promediadas, obteniendo una serie de puntos nodales en la forma de onda (se presentan en la figura 5). A continuacion, cada uno de estos puntos nodales se puede asignar a una funcion continua por partes o a cualquier otra funcion que tome como argumento el parametro del tramo, por ejemplo, el volumen pulmonar relativo, es decir, parametrizando la forma de onda. Por lo tanto, a partir del modelo, se puede obtener una serie de puntos nodales de una forma de onda representativa de la OCG, para cualquier volumen pulmonar, y los puntos nodales se pueden utilizar para reconstruir la forma de onda de OCG de la longitud de muestra deseada, utilizando, por ejemplo, interpolacion de funciones polinomicas por tramos. Las formas de onda de la OCG en los tramos se pueden parametrizar asimismo mediante otros procedimientos diferentes al ajuste de funciones polinomicas por tramos.

En la etapa -16-, el modelo parametrico obtenido de la forma de onda de la OCG se utiliza para generar una forma de onda de la OCG para cada OCG encontrada en la serial Z. El valor del parametro del modelo, por ejemplo, el volumen pulmonar relativo, se define a partir de la serial de Zr en el instante o intervalo especifico, y el modelo se utiliza para obtener una forma de onda correspondiente a dicho valor parametrico. Los segmentos de la OCG generados pueden ser de longitud igual o diferente a las OCG encontradas en la senal Z.

En la etapa -17-, las formas de onda de la OCG generadas mediante el modelo parametrico se restan, en las posiciones correspondientes, de la senal Z para suprimir la senal Zc y obtener una senal proxima a la senal Zr pura.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un procedimiento -20- para cancelar la Zc, que es una parte cardiogenica de una senal de impedancia electrica transtoracica Z, respecto de la senal de impedancia electrica transtoracica Z sin alterar la parte respiratoria Zr de la senal de impedancia electrica transtoracica Z, mediante la formacion de un modelo parametrico recursivamente adaptativo de la oscilacion cardiogenica, segun una realizacion de la presente invencion. Este procedimiento -20- es adecuado para ser utilizado especialmente para periodos de medicion largos, por ejemplo, en 24 registros ambulatorios, debido a que la forma de onda de la OCG puede cambiar a causa de cambios posturales y fisiologicos. El procedimiento -20- es adecuado asimismo para su utilizacion, por ejemplo, durante la medicion de una senal de impedancia electrica transtoracica Z para actualizar el modelo parametrico de la oscilacion cardiogenica, de oscilacion en oscilacion, como un procesamiento en tiempo real. El procedimiento -20- avanza con el tiempo desde el inicio de las senales de medicion hacia el final de las senales, procesando elementos de senal Z definidos en el tiempo por dos ondas R de senal de ECG consecutivas. La senal activadora puede ser asimismo cualquier otra senal diferente al ECG, tal como una senal pletismografica o de presion, que se puede utilizar para determinar temporizaciones de contraccion cardiaca, o los segmentos se pueden definir incluso sin una senal activadora externa, encontrando las temporizaciones de contraccion a partir de la propia senal de impedancia.

En la etapa -21-, la senal de impedancia Z y el ECG se proporcionan a un aparato de procesamiento de senal. El aparato puede ser, por ejemplo, un equipo especial para medir y analizar datos de impedancia, un terminal movil, un ordenador portatil, un ordenador personal (PC) o cualquier otro dispositivo de procesamiento de datos que pueda comprender medios para recibir o registrar senales de impedancia y de electrocardiograma (ECG), medios de procesamiento de senal y una memoria. La memoria puede ser cualquier medio de almacenamiento, por ejemplo, una memoria interna del aparato. Las senales Z y de ECG se pueden obtener a partir de dispositivos independientes o a partir del mismo dispositivo utilizando electrodos independientes, o los mismos electrodos para ambas.

En la etapa -22-, se puede obtener una estimacion de la Zc, es decir Zc, mediante un filtrado de paso alto de la serial de impedancia original Z con un filtro de paso alto que tiene una frecuencia de corte predeterminada cuando este procedimiento -20- se lleva a cabo por primera vez para la senal Z de la etapa -21-, o con un filtro de paso alto con una frecuencia de corte actualizada cuando este procedimiento -20- se lleva a cabo dos o mas veces para la serial Z de la etapa -21 -. Adicionalmente, se produce una estimacion de Zr, es decir Zr, como Zr = Z - Zc.

En la etapa -23-, se extrae una sola oscilacion cardiogenica (OCG) como un segmento de Zc entre la onda R del ECG recien producida y la anterior. El inicio y el final de la senal de la OCG se ponen a cero, en caso de que no lo esten ya. Para poner a cero el inicio de la senal de la OCG, el valor de la primera muestra se resta de todas las muestras de la OCG. Para el final, una linea entre la primera y la ultima muestra se puede restar de todas las muestras de la OCG, o el final de la muestra de la OCG se puede convolucionar con una serie de muestras decreciente comprendida entre 1 y 0. La cantidad de muestras se puede fijar volviendo a muestrear el segmento de Zc en una cantidad elegida de muestras.

En la etapa -24-, se define el volumen pulmonar al que se produjo la nueva OCG. El volumen pulmonar se puede definir como el volumen instantaneo relativo del ciclo respiratorio del paciente (0-100%) durante el que se produjo la OCG, o en relacion con algun volumen de referencia definido. El volumen se puede obtener a partir de la senal de impedancia toracica Z, por lo que no son necesarias mediciones externas del volumen. El instante en el que se

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define el volumen pulmonar puede ser al inicio, al final o en cualquier otro punto del segmento de la OCG. Es posible asimismo definir el volumen pulmonar como un promedio de valores de volumen pulmonares durante el segmento de la OCG. Ademas, se selecciona un tramo en el cual la nueva OCG se puede clasificar segun el volumen pulmonar definido. Los tramos pueden representar asimismo fases temporales de ciclos respiratorios en lugar de volumenes pulmonares o alguna otra senal que muestre modulacion consistente de la forma de onda de la OCG. La cantidad de tramos deberia ser mayor de 1, por ejemplo de 4.

En la etapa -25-, se actualiza un promedio de conjunto de un tramo concreto con la nueva senal de la OCG. La senal promedio de la OCG existente se modifica con la senal de la OCG muestra a muestra, utilizando un factor de ponderacion, es decir, un factor de aprendizaje para definir en que cuantia se ve afectado el promedio por la nueva senal de la OCG, es decir, con que rapidez se adapta el algoritmo a los cambios. Esto tiene como resultado una estimacion de la forma de onda de la OCG adaptativa recursiva, que lleva informacion de todas las ondas de OCG anteriores, pero presenta una disminucion progresiva de las OCG mas antiguas. El factor de ponderacion se adapta en funcion de cualquier combinacion de los factores siguientes: residuo entre la nueva forma de onda de la OCG y la forma de onda promedio de la OCG, relacion entre el ritmo cardiaco y el ritmo respiratorio, cambio de postura o posibles artefactos de movimiento detectados por un acelerometro integrado o alguna otra fuente, es decir, por un tensiometro, o cualquier otra medicion que permita sospechar un cambio fundamental en la forma de onda de la OCG o que permita sospechar que el cambio de la forma de onda de la GOC observada no es real, es decir es un artefacto.

En la etapa -26-, se actualiza el modelo parametrico de la OCG. Las formas de onda representativas de la OCG promediadas actualizadas se utilizan para construir y actualizar un modelo parametrico para la forma de onda de la OCG. El modelo entrega una forma de onda representativa de la OCG para cualquier valor caracteristico del parametro que se utilizo para dividir las OCG en tramos, por ejemplo el volumen pulmonar relativo obtenido a partir de Zr. Este modelo se puede conseguir, por ejemplo, adaptando una funcion polinomica por tramos a cada una de las formas de onda de la OCG, obteniendo una serie de puntos nodales en la forma de onda (presentada en la figura 5). A continuacion, cada uno de estos puntos nodales se puede asignar a una funcion continua por partes o a cualquier otra funcion que tome como argumento el parametro del tramo, por ejemplo, el volumen pulmonar relativo, es decir, parametrizando la forma de onda. Por lo tanto, a partir del modelo, se puede obtener para cualquier volumen pulmonar una serie de puntos nodales de una forma de onda representativa de la OCG, y los puntos nodales se pueden utilizar para reconstruir la forma de onda de la OCG de longitud de la muestra deseada utilizando, por ejemplo, una interpolacion de funcion polinomica por tramos. Las formas de onda de la OCG en los tramos se pueden parametrizar asimismo mediante otros procedimientos diferentes al ajuste mediante funcion polinomica por tramos. Ademas, se actualiza la frecuencia de corte del filtro de paso alto que produce la serial Zc a partir de la senal Z. La frecuencia de corte deberia ser lo suficientemente baja como para alojar todos los componentes espectrales de la senal de impedancia cardiaca Zc, pero no innecesariamente tan baja como para excluir la mayoria de la parte respiratoria de la senal de impedancia Zr. La frecuencia de corte se puede obtener a partir de un valor de la frecuencia del ritmo cardiaco (RC) adaptativo recursivamente, multiplicado por un factor menor de 1, por ejemplo 0,6 * RC. La etapa -26- se puede ejecutar en cualquier momento del procedimiento -20-. El filtro de paso alto puede tener una frecuencia de corte anterior actualizada, o la frecuencia de corte puede ser una frecuencia de corte predeterminada que se ajusta para el filtro antes de iniciar el procedimiento para la descomposicion de una senal aditiva que consiste en formas de onda oscilatorias y una senal de modulacion.

En la etapa -27-, se genera una estimacion de la forma de onda de la OCG en funcion del volumen pulmonar instantaneo. La representacion discreta de la forma de onda de la OCG se produce a partir del modelo parametrico utilizando el volumen pulmonar instantaneo en el momento de la entrada. La representacion discreta se expande a continuacion a un segmento de senal de la longitud necesaria en la OCG especifica mediante una interpolacion por funcion polinomica por tramos o algun otro procedimiento similar.

En la etapa -28-, la estimacion de la forma de onda de la OCG se resta de la senal de impedancia Z. Esto cancelara de manera eficiente la senal de impedancia cardiogenica Zc sin alterar la parte respiratoria Zr de la senal Z. A continuacion, en la etapa -28-, es posible volver de nuevo a la etapa -21- para llevar de nuevo a cabo el procedimiento -20- para todas las OCG.

Las etapas -21- a -26- estan dirigidas a actualizar el modelo parametrico de oscilaciones cardiogenicas y se pueden ejecutar en orden diferente. Se pueden asimismo ejecutar despues de las etapas -27- y -28- en relacion con la eliminacion de las oscilaciones cardiogenicas respecto de la senal Z.

La figura 3 da a conocer senales a modo de ejemplo -30-, -31-, -32- y -33- de 12 segundas partes de registros mas largos de neumografia por impedancia y de electrocardiograma (ECG), registrados en un paciente durante respiracion tidal relajada. Estas senales son resultados de registros de neumografia por impedancia y de ECG, o bien senales que se han obtenido filtrando las senales resultantes de registros de neumografia por impedancia y de ECG. La senal de ECG -30- y una senal de impedancia toracica Z -31- se pueden registrar simultaneamente utilizando los mismos electrodos. Posibles electrodos pueden ser, por ejemplo, electrodos comerciales de Ag/AgCl de gel-pasta disenados para la medicion clinica de ECG, electrodos textiles o cualesquiera otros electrodos adecuados para registrar senales de neumografia por impedancia y de ECG. En la figura 4 se muestra una posible

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configuracion de electrodos. Una zona -34- indica un intervalo de RR de onda de ECG. La senal -32- es una estimacion de la senal Zc obtenida a partir de Z con un filtro de paso alto. Las lineas verticales de la senal Zc indican inicios de oscilaciones cardiogenicas, OCG, individuales, y una zona -35- entre lineas verticales adyacentes indica una sola forma de onda de una oscilacion cardiogenica.

Las OCG estan clasificadas en tramos -1- a -4- segun el volumen pulmonar instantaneo, y el inicio de la oscilacion se utiliza como el tiempo de la determinacion instantanea del volumen pulmonar. Por ejemplo, la OCG -300- se clasifica en el tramo -1-, la OCG -301- se clasifica en el tramo -2-, la OCG -302- se clasifica en el tramo -4- y las OCG -303- y -304- se clasifican en el tramo -4-, tal como se puede ver en la figura 3. Sin embargo, es posible asimismo utilizar otras variables de discretizacion, tales como la fase del ciclo respiratorio en lugar del volumen pulmonar relativo. Ademas, el tiempo en el que se determina el valor de la variable de discretizacion podria ser asimismo otro tiempo de la OCG diferente al inicio, por ejemplo el centro de una OCG, o incluso un promedio del volumen pulmonar durante la duracion de la OCG.

Se puede generar una estimacion de la forma de onda de la OCG en funcion del volumen pulmonar instantaneo. Cuando la estimacion de la forma de onda de la OCG se resta de la senal de impedancia Z, se cancela la senal de impedancia cardiogenica Zc sin alterar la parte respiratoria de la senal de impedancia Zr. Esto tiene como resultado la senal Zr, una senal Z filtrada, que se muestra como senal -33-.

La neumografia por impedancia (IP), es decir la bioimpedancia, y la ECG se pueden medir utilizando por lo menos dos electrodos. Una posible configuracion -40- de electrodos, segun una realizacion, se presenta en la figura 4, en la que se muestra una configuracion de medicion con cuatro electrodos, tetrapolar. Esta clase de configuracion de medicion puede disminuir los errores de medicion provocados por la interconexion del electrodo con la piel. En esta configuracion se utilizan dos electrodos -41- para alimentar una pequena alteracion de la corriente, corriente de excitacion, a un tejido interior de un paciente -43-. La tension generada por la corriente se mide mediante otros dos electrodos -42- en el otro lado del paciente -43-. La impedancia, Z, se puede obtener como la relacion entre la tension medida, Umedida, y la corriente alimentada, lexcitacion:

JT

'-■medida

i’excitacidn

Ambas senales de control utilizadas, el ECG y el volumen pulmonar, estan disponibles facilmente en la medicion de la IP; la senal de ECG se puede medir a partir de los mismos cables que la IP y la informacion del volumen pulmonar esta disponible intrinsicamente en la senal de la IP. Por lo tanto, la senal de IP y el ECG se pueden medir y registrar utilizando por lo menos dos electrodos, mediante los mismos electrodos o electrodos independientes, o mediante cualquier configuracion de medicion si la senal registrada es adecuada para su deteccion. Ademas, dichos por lo menos dos electrodos se pueden colocar en cualquier posicion de un paciente en funcion de lo que se este midiendo.

En la figura 5 se muestra el cambio tipico en la forma de onda de la oscilacion cardiogenica con el cambio del volumen pulmonar durante respiracion tidal, desde volumen residual funcional (FRC, functional residual volume) hasta FRC + volumen tidal (TV, tidal volume). La forma de las oscilaciones individuales esta modulada por el volumen pulmonar. Una oscilacion que se produce al inicio de la expiracion tiene una morfologia de forma de onda diferente a la de una oscilacion que se produce al final de la expiracion. Por lo tanto, se debe observar que, ademas de amplitudes diferentes, las oscilaciones pueden tener asimismo formas diferentes. Las marcas x -51- indican los puntos nodales -20- de cada uno de los cuatro tramos de volumen -1- a -4-. Las formas de onda de la OCG se producen con interpolacion de funciones polinomicas cubicas por tramos utilizando los puntos nodales ajustados a diferentes volumenes pulmonares. Tal como se muestra en la figura 5, la forma de onda de la OCG presenta un aumento en amplitud con el aumento del volumen pulmonar, pero el cambio de la forma de onda no es solamente una simple modulacion en amplitud. De este modo, el esquema de modulacion puede seguir siendo coherente si el estado fisiologico y la postura del paciente permanecen constantes.

La figura 6 muestra una posible realizacion de la presente invencion. Los electrodos -60-, que actuan como una unidad de medicion, registran la senal de impedancia electrica transtoracica Z y la senal de eCg. Estas senales se alimentan a un aparato -61- para su procesamiento. El aparato -61- es una unidad de procesamiento que comprende un procesador y un programa informatico almacenado en un medio de almacenamiento que comprende codigo de programa informatico. El aparato -61- procesa las senales Z y ECG segun el procedimiento de la presente invencion. El procedimiento utilizado en el aparato -61- se puede activar, por ejemplo, desde el teclado -62-. La unidad de presentacion visual -63- puede mostrar la informacion grafica de las senales registradas y/o de las senales resultantes despues de la supresion de las oscilaciones cardiogenicas. El bloque de memoria -64- presenta una caracteristica de registro para almacenar las senales registradas y las senales resultantes a partir de las cuales se suprimen las oscilaciones cardiogenicas para el uso y/o estudio posteriores. El bloque de memoria -64- puede ser una memoria interna del aparato -61- o una memoria externa.

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La figura 7 muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un procedimiento -70- para suprimir una senal oscilatoria Sosc, segun una realizacion de la presente invencion. En la etapa -71-, se proporciona una senal compuesta S que comprende dicha senal oscilatoria Sosc y una senal de modulacion Smod.

En la etapa -72-, se realiza el filtrado de paso alto de una senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod.

En la etapa -73-, se define un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado.

En la etapa -74-, se asigna el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod. El estado puede ser, por ejemplo, una fase o un valor de una senal.

En la etapa -75-, se forma una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo.

En la etapa -76-, se utilizan dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc respecto de dicha senal compuesta S en los estados respectivos de dichas primera y segunda formas de onda promedio.

La figura 8 muestra propiedades de dos senales, una senal respiratoria Zr -80- y una senal cardiogenica Zc -81-. Las potencias maximas de las senales -80- y -81- estan en sus frecuencias fundamentales, que son el ritmo respiratorio -82- de la senal respiratoria Zr -80- y el ritmo cardiaco -83- de la senal cardiogenica -81- Zc. La mayor parte de la potencia esta en las frecuencias por encima de las frecuencias fundamentales -82-, -83-. Las dos senales -80- y -81- solapan parcialmente -84- en el espectro de frecuencias. Por lo tanto, una utilizacion de un filtro lineal, tal como un filtro de paso bajo, eliminaria la senal cardiogenica Zc -81- de manera eficiente, pero eliminaria asimismo los componentes de alta frecuencia de la senal respiratoria Zr -80-. Por lo tanto, un filtro lineal no es adecuado para eliminar la oscilacion cardiogenica de la senal respiratoria Zr -80-.

Las diversas realizaciones de la invencion se pueden implementar con la ayuda de un codigo de programa informatico que resida en una memoria y haga que los aparatos pertinentes lleven a cabo la invencion.

Es obvio que la presente invencion no se limita exclusivamente a las realizaciones presentadas anteriormente, sino que se puede modificar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para suprimir las oscilaciones cardiogenicas en una senal de impedancia electrica transtoracica, que comprende las etapas de:

   - proporcionar (71) una senal compuesta S que es una senal de impedancia electrica transtoracica Z, que comprende una senal oscilatoria Sosc que es una parte cardiogenica de la senal de impedancia electrica transtoracica Zc y una senal de modulacion Smod que es una parte respiratoria de la senal de impedancia electrica transtoracica Zr;

   - realizar un filtrado de paso alto (72) de la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod;

   caracterizado por las etapas siguientes:

   - definir (73) un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado;

   - asignar (74) el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod;

   - formar (75) una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y

   - utilizar (76) dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc respecto de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.
2. 2. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, que comprende ademas generar un modelo parametrico de la oscilacion cardiogenica en base a la primera y la segunda formas de onda promedio.
3. 3. Procedimiento, segun la reivindicacion 2, en el que el modelo parametrico se genera ajustando una funcion polinomica por tramos a la primera y la segunda formas de onda promedio para obtener una serie de puntos nodales en las formas de onda.
4. 4. Procedimiento, segun la reivindicacion 2 o 3, que comprende ademas formar una serie de formas de onda interpoladas en base a la primera y la segunda formas de onda promedio.
5. 5. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, que suprime las oscilaciones cardiogenicas en una senal de neumografia por impedancia, donde las oscilaciones cardiogenicas y la senal respiratoria por impedancia forman una senal de impedancia transtoracica.
6. 6. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el estado es una fase de una senal o un valor de senal, tal como un volumen pulmonar de la senal de modulacion Smod.
7. 7. Aparato para suprimir oscilaciones cardiogenicas en una senal de impedancia electrica transtoracica, que comprende:

   - medios para proporcionar una senal compuesta S que es una senal de impedancia electrica transtoracica Z, que comprende una senal oscilatoria Sosc que es una parte cardiogenica de la senal de impedancia electrica transtoracica Zc y una senal de modulacion Smod que es una parte respiratoria de la senal de impedancia electrica transtoracica Zr,

   caracterizado por

   - medios para realizar un filtrado de paso alto de la senal compuesta S con un filtro de paso alto para producir una estimacion de la senal oscilatoria Sosc y una estimacion de la senal de modulacion Smod, donde la estimacion de la senal oscilatoria Sosc comprende primeras oscilaciones durante un primer estado de la senal de modulacion Smod y segundas oscilaciones durante un segundo estado de la senal de modulacion Smod;

   - medios para definir un primer tramo asociado con dicho primer estado y un segundo tramo asociado con dicho segundo estado;

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   - medios para asignar el primer tramo a dicha primera oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod y el segundo tramo a dicha segunda oscilacion de acuerdo con un estado definido a partir de la estimacion de la senal de modulacion Smod;

   - medios para formar una primera forma de onda promedio para dichas primeras oscilaciones en dicho primer tramo y una segunda forma de onda promedio para dichas segundas oscilaciones en dicho segundo tramo; y

   - medios para utilizar dichas primera y segunda formas de onda promedio para suprimir dicha senal oscilatoria Sosc respecto de dicha senal compuesta S en los respectivos estados de dichas primera y segunda formas de onda promedio.
8. 8. Aparato, segun la reivindicacion 7, que comprende medios para generar un modelo parametrico de la oscilacion cardiogenica en base a la primera y la segunda formas de onda promedio.
9. 9. Aparato, segun la reivindicacion 8, que comprende medios para generar el modelo parametrico ajustando una funcion polinomica por tramos a la primera y la segunda formas de onda promedio para obtener una serie de puntos nodales en las formas de onda.
10. 10. Aparato, segun las reivindicaciones 9 o 10, que comprende medios para formar una serie de formas de onda interpoladas en base a la primera y la segunda formas de onda promedio.
11. 11. Aparato, segun la reivindicacion 7, que comprende medios para suprimir las oscilaciones cardiogenicas en una senal de neumografia por impedancia, donde las oscilaciones cardiogenicas y la senal respiratoria por impedancia forman una senal de impedancia transtoracica.
12. 12. Aparato, segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el estado es una fase de una senal o un valor de senal, tal como un volumen pulmonar de la senal de modulacion Smod.
13. 13. Aparato que comprende una memoria y un programa informatico almacenado en una memoria que comprende un codigo de programa informatico configurado para llevar a cabo el procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.