ES2232223B1 - Metodo para la determinacion de la frecuencia de forma de onda de una señal ecg. - Google Patents

Abstract

El método (1) está destinado a la detección de la frecuencia de forma de onda (FFO) de señales ECG generadas por ritmos cardiacos tal como la fibrilación ventricular cuya FFO es de alto valor, y está basado en el análisis (22) de la función de autocorrelación estimada de una ventana de señal de larga duración. El método comprende una segunda etapa (25,26,27) de estimación de la autocorrelación, ahora mediante dos ventanas (Tw1,Tw2) de señal parciales, que es ejecutada para resolver un suceso de incertidumbre (23a) cuando el primer pico detectado no es el de mayor amplitud, y asegurar la transmisión (24) de un valor cierto de FFO como parámetro de actuación a un aparato de desfibrilación automático (DEA).

Description

Método para la determinación de la frecuencia de forma de onda de una señal de ECG.

La presente invención se relaciona con la detección de la frecuencia de la forma de onda (FFO) de la señal de un electrocardiograma (ECG), determinando un valor cierto de FFO mediante un cálculo estadístico de autocorrelación de la señal ECG para su aplicación a ritmos incoherentes de fibrilación ventricular.

Estado anterior de la técnica

Las arritmias ventriculares como la fibrilación ventricular FV, y la taquicardia ventricular rápida TV, producen señales de ECG cuya frecuencia de forma de onda (FFO) es de valor alto, comparado con la forma de onda de otras arritmias.

La fibrilación ventricular se caracteriza por producir un ritmo incoherente de latidos cuyo ECG es una señal irregular sin la presencia de las ondas Q-R-S cíclicas de una señal normal, y con unas oscilaciones de amplitud y frecuencia aleatorias, en las cuales aunque no se presente una frecuencia cardiaca, se puede detectar una forma de onda a la que se le puede atribuir una frecuencia en latidos por minuto, cuyo valor es determinable para ser utilizado como un parámetro entre otros para la discriminación de una arritmia ventricular rápida.

El valor de la FFO de la señal ECG suele medirse mediante cálculos de la correlación de la señal ECG registrada, una vez filtrada y digitalizada, y delimitada por una ventana de tiempo, que al menos comprende un latido. Mientras que la FFO de un ECG lento como el correspondiente a una bradicardia sinusal es de 30 latidos/min, un ritmo desfibrilable puede tener una FFO de más de 500 latidos/min, por lo que han de ser analizadas ventanas de larga duración.

US-A-4403184 se divulga un método para la determinación de la frecuencia o el período de la oscilación básica de una señal aproximadamente periódica con componentes espectrales distribuidos estadísticamente, tal como una señal biológica. El valor de la FFO es determinado mediante un análisis de la similitud de la estructura de la señal de un ciclo a otro, usando el cálculo de la función de autocorrelación. El intervalo de tiempo medido desde el pico de correlación inicial hasta el siguiente pico sucesivo, es representativo del periodo o frecuencia de la señal investigada. En U-4463425 el método descrito para la determinación del período o la FFO, comprende una sola etapa de estimación de la función de autocorrelación, y siempre es juzgado el pico de mayor amplitud como pico verdadero. Previamente es determinado un nivel umbral del pico potencialmente verdadero, igual al 50% de un pico verdadero medido recientemente. Aunque en este método conocido, sean analizados solamente los picos positivos de correlación más grandes, esto es que exceden de un valor umbral alto, ocurren sucesos en la detección de señales de fibrilación ventricular, en los que la determinación de la FFO más representativa de la señal por el pico más alto detectado puede ser incierta.

Existen ritmos no ventriculares en los que la separación entre latidos no es uniforme o la forma de un latido es discordante con el resto de latidos, dando lugar a una curva de autocorrelación con un primer pico deformado y de poca amplitud, por lo que la posición relativa del pico más alto detectado, puede inducir a la determinación errónea del valor de la FFO representativo. También ocurre en algunas señales de ECG generadas por ritmos de fibrilación ventricular, que la curva de autocorrelación calculada desde una ventana de larga duración como 2,4 segundos, presenta al menos dos picos poco diferenciados uno del otro en amplitud. La determinación del pico representativo entre ambos picos por su posición relativa respecto al origen en tiempo, puede llevar a un valor de la FFO erróneo.

El valor de la FFO ha de ser determinado con certeza, puesto que será utilizado para la actuación de un aparato desfibrilador externo automático (DEA), en donde el shock eléctrico emitido por el actuador del aparato sería perjudicial para un paciente cuya arritmia no fuera del tipo desfibrilable. En la estimación de valores FFO de señales ECG se presenta una gama de valores tan amplia que obliga a delimitar ventanas de detección de larga duración, tal como 2,4 - 4 segundos. Consecuentemente las curvas de correlación obtenidas desde una ventana pueden resultar con un grado de incertidumbre que es necesario resolver antes de la transmisión de un valor de FFO definitivo al aparato DEA.

Exposición de la invención

El objeto de la invención es un método para la determinación de un valor de la frecuencia de la forma de onda (FFO) de una señal de electrocardiograma (ECG), mediante el cálculo de la función de autocorrelación de una ventana de señal de larga duración, y la determinación de un valor cierto de la FFO como parámetro representativo de la señal ECG, a partir de la posición relativa en tiempo desde el origen a uno de los picos de gran amplitud detectados, según se define en la reivindicación 1.

Mediante el método proporcionado se asegura que la medida de la FFO transmitida a un aparato desfibrilador externo automático (DEA), es representativa de la señal para la actuación del aparato DEA, en todos los sucesos ocurribles incluidos los de señales ECG generadas por arritmias ventriculares. El valor FFO transmitido es obtenido en correspondencia con la posición desde el origen en tiempo a un primer pico de autocorrelación de máxima amplitud en dicha primera estimación de autocorrelación, o cuando un suceso es discriminado como incierto, el valor FFO se determina en una segunda etapa de estimación de la autocorrelación por el primer pico detectado de amplitud mayor que el 50% del pico máximo posterior.

El método comprende un análisis comparativo de los sucesivos picos de la curva de autocorrelación de una señal de larga duración. Puesto que el resultado del análisis de los picos de correlación puede presentarse como incierto, cuando son detectados dos o más picos grandes próximos, el método comprende además un algoritmo de discriminación de la certeza de uno de los picos de gran amplitud detectados para la determinación de la frecuencia de la señal investigada. La discriminación del pico de correlación cierto entre dos picos sucesivos de gran amplitud se resuelve mediante una segunda etapa de análisis, ahora de curvas de autocorrelación estimadas desde ventanas parciales. Así se asegura que la medida de la FFO de algunos ritmos particulares de fibrilación ventricular y taquicardia ventricular es ciertamente la más representativa para su transmisión al aparato DEA.

Descripción de los dibujos

Las figuras 1A y 2A muestran dos ejemplos de ventanas de señal de electrocardiograma (ECG) correspondientes a arritmias ventriculares.

Las figuras 1B y 2B muestran gráficamente las funciones de autocorrelación calculadas desde las ventanas de señal de las figuras 1A y 2A respectivamente.

La figura 3 es el diagrama de etapas de un método seguido para la determinación del valor de la frecuencia de la forma de onda de las señales ECG de las figuras 1A y 2A.

Las figuras 4 y 5 son diagramas parciales de algoritmos incluidos en el diagrama de la figura 3.

Descripción detallada de la realización preferida

En referencia a las figuras 1-5, un método 1 para la determinación de un valor FFO de la frecuencia de forma de onda de dos ejemplos de diferentes señales 2,3 de ECG (fig. 1A y 2A), es representado en la figura 3. El valor FFO determinado como cierto es transmitido finalmente a un aparato desfibrilador externo automático DEA, el cual actúa generando shocks eléctricos en función del valor FFO transmitido. La señal ECG 2,3 es filtrada antialiasing y muestreada en un convertidor A/D, etapa 20, procesada preciamente mediante un filtro paso banda por ejemplo 0,7-35 Hz, en ventanas 5,6 de tiempo "t" de duración 2,4 s, siendo suprimidas las interferencias que acompañan a la señal ECG debidas a movimientos del paciente o al de los electrodos y a la red de 50 Hz. De una ventana 5,6 se realiza, etapa 21, una estimación sesgada de la función de autocorrelación de la señal 2,3 adquirida, representada por una de las curvas de autocorrelación 7,8 mostradas en las figuras 1B y 2B, siendo detectados y analizados los picos positivos de autocorrelación, etapa 22, que superan un valor umbral prefijado o "umbral positivo" y del resultado obtenido se resuelve la condición de certeza, etapa 24.

El pico 9 del origen "t0" de tiempo es el de máxima amplitud o altura, pues corresponde siempre al índice de correlación máxima. En la etapa 22 de análisis de la estimación de la autocorrelación, se detectan los picos 10,11,12, de la curva de autocorrelación 7, 8 estimada, y se registran con su amplitud y su posición desde el origen "t0" de la ventana 5,6. Son posibles cuatro sucesos diferentes (fig. 3), "CASO 1", "CASO 2", "CASO 3", e "INCERTIDUMBRE"(23a):

CASO 1: Ha sido detectado un pico único en el origen t0. Se determina que FFO=0 pues la ventana 5,6 de la muestra de señal ECG presenta un latido o ninguno.

CASO 2: Asociado a una curva 7 como la de fig. 1B. El pico de mayor altura excluido el pico 9 del origen es el pico 10 primero, consecutivo al pico 9 del origen. El tiempo de la posición "t1" relativa al origen del pico 10 más alto determina la FFO de la señal 2 sometida a medición.

CASO 3: (no representado en los dibujos). El pico más alto es el segundo o uno posterior, y no hay otro pico intermedio de amplitud mayor que el 50% de aquél.

INCERTIDUMBRE: asociada a una curva 8 como la de fig. 2B: El pico más alto es el pico 12 segundo o uno posterior, y se ha detectado algún pico intermedio 11 de amplitud mayor que el 50% de aquél.

En los sucesos CASO 2 y CASO 3 se determina la FFO de la señal 2,3 por la posición t1, relativa al origen del tiempo "t" del pico 10 más alto, siendo transmitido, etapa 23, al aparato DEA como valor cierto de la FFO. Si el resultado del análisis de la autocorrelación es de "INCERTIDUMBRE", no se tiene la certeza de que la posición del pico 12 más alto corresponda al valor cierto de la FFO. Para su discriminación, etapa 23, ahora se continúa con una segunda etapa (fig. 5) de estimación de la autocorrelación siendo realizados dos estimaciones parciales, etapas 25,26, de cada uno de dos segmentos Tw1,Tw2 o mitades de ventana de duración 1,2 s, y en consecuencia un análisis detallado, etapa 27, de los picos detectados en ambas estimaciones de autocorrelación (no representadas en los dibujos), para buscar en su caso, etapa 28, otro valor de FFO más cierto que el valor previamente determinado en el suceso de INCERTIDUMBRE.

Durante el segundo análisis 27 (fig. 5) se detectan los picos positivos de correlación cuya amplitud excede de un primer valor umbral prefijado diferente que el "umbral positivo" de la primera estimación (etapa 21 de fig. 3) de la autocorrelación, y son clasificados como picos de gran amplitud o picos grandes excluido el pico de origen 9, que exceden de un segundo umbral prefijado. Se registra la amplitud de cada uno de los picos grandes y su posición desde el origen "t0" del tiempo, en cada segmento Tw1,Tw2 de la ventana 6 de señal.

Los valores umbrales de los picos de gran amplitud detectados en cada una de las dos estimaciones, son prefijados experimentalmente a partir del registro y el procesado de gran cantidad de ritmos cardíacos, incluyendo un número elevado de fibrilaciones ventriculares. La posición del pico más alto proporcionará una medida FF01.

En la curva de autocorrelación de una primera mitad Tw1 de ventana de señal (no representada en los dibujos), si el pico más alto es el primero tras el origen t0, su posición proporciona una medida FF01. Si el pico más alto es el segundo o posterior, se compara con los picos vecinos, y si ninguno de estos últimos es mayor que el 50%, la posición del pico más alto proporciona una medida FF01, mientras que si hay un pico vecino mayor que el 50% del pico mas alto, es la posición del pico vecino la que proporcionará la medida FF01. Si no hay picos de gran amplitud en la estimación de la autocorrelación de la primera mitad Tw1 de la ventana, se analiza si el número de picos excluido el origen es igual o superior a cuatro. Si esta condición se cumple, se mide un valor FF02 correspondiente a la posición del pico más cercano al origen t0.

Este mismo proceso lógico es seguido en el análisis de la curva de autocorrelación de la segunda mitad Tw2 de la ventana 6, proporcionando respectivamente una medida FF03 o FF04, dependiendo de la detección de uno o dos picos de gran amplitud.

Después de calculados FF01, FF02, FF03 y FF04 pueden presentarse dos sucesos adicionales "CASO 4" y "CASO 5" para la determinación de un valor cierto de FFO:

CASO 4: Si ha sido medido al menos uno de los dos valores FF01, FF03, el valor cierto de FFO para ser transmitido al aparato DEA es el mayor de ellos dos. Si no hay picos detectados se determina como valor cierto de FFO el más alto de FF02 y FF04.

CASO 5: Si ninguna de las medidas FF01-FF04 ha sido posible, el valor cierto de FFO se determina desde la curva 8 de autocorrelación calculada de la ventana 6 previa de 2.4 s de la primera estimación (21 de la fig. 4). La posición del pico 11 detectado más próximo al origen t0, cuya amplitud era mayor que el 50% del pico 12 más alto posterior (fig. 2B) corresponde al valor cierto de la FFO.

Claims (3)

1. Método para la determinación de la frecuencia de forma de onda (FFO) de una señal (2,3) de electrocardiograma (ECG), como medida de un parámetro de actuación transmitido (24) a un aparato desfibrilador externo automático (DEA), que incluye la adquisición (20) de la señal (2,3) ECG digitalizada y filtrada paso banda, la estimación (21) de una función de autocorrelación de la señal (2,3) en al menos una ventana (5,6) de larga duración (t), la detección y registro (22) de la secuencia de los picos (9-12) positivos de correlación de la curva (7,8) estimada, y la determinación (24) de un valor FFO representativo de la señal (2,3) a partir de la posición (t1) relativa al origen (t0) de tiempo de la ventana de un pico (9-12) de gran amplitud previamente discriminado como representativo de la FFO de otros picos próximos también detectados, caracterizado porque incluye un proceso de discriminación (23a) con certeza de dicho pico (10-12) de correlación correspondiente a la FFO representativa, mediante una segunda etapa (25,26) de estimación de la autocorrelación de la señal (2,3) efectuada en ventanas parciales (Tw1,Tw2) de la ventana (6) de larga duración.

2. Método para la determinación de la frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque en dicha segunda etapa (25,26,27) de estimación y análisis de autocorrelación son registrados los picos de correlación positivos detectados y separadamente también los picos de gran amplitud que exceden de un valor umbral prefijado, en donde es determinado el valor cierto de la FFO entre cuatro valores posibles de FFO (FF01-FF04) calculados desde ambas ventanas (Tw1,Tw2) parciales, por la posición de un pico de correlación de gran amplitud si lo hubiera, o de la posición del primer pico positivo después del origen (t0) de tiempo entre al menos tres picos positivos detectados sucesivamente.

3. Método para la determinación de la frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque en la segunda etapa (25,26) de estimación de la autocorrelación son registrados los picos de correlación positivos y separadamente los picos de gran amplitud excediendo de un valor umbral prefijado, y cuando no es detectado un pico de correlación para el cálculo de un valor de FFO representativo de la señal (3), entre dos de dichas ventanas parciales (Tw1,Tw2), se determina un valor cierto de FFO desde la primera estimación (21) de autocorrelación de larga duración, por un primer pico (11) respecto del origen (t0) cuya amplitud es próxima a la del pico (12) posterior de amplitud máxima.