Monitorizar actividad fisiológica usando reconstrucción parcial de espacio de estado.

Un método implementado por una máquina, que comprende:

obtener una señal fisiológica de un sistema biológico de un organismo;

generar una señal transformada que es matemáticamente ortogonal a la señal fisiológica aplicando unatransformada independiente de frecuencia a la señal fisiológica;

producir, desde la señal fisiológica y la señal transformada, un espacio parcial de estado que representa dinámicasdel sistema biológico, siendo el espacio parcial de estado una reconstrucción parcial de una espacio de estado querepresenta dinámicas de sistema para el sistema biológico; e

identificar información fisiológica que se refiere al organismo en base a un análisis de morfología de señal en elespacio parcial de estado.

Monitorizar actividad fisiológica usando reconstrucción parcial de espacio de estado

Antecedentes La presente solicitud describe sistemas y técnicas que se refieren a monitorizar actividad fisiológica de un organismo, por ejemplo realizar detección QRS en una señal cardiaca obtenida de una persona.

La actividad eléctrica de diversos órganos, tales como el corazón o el cerebro, puede ser monitorizada, y esta actividad eléctrica puede ser analizada para buscar patrones que pueden ayudar a diagnosticar diversas afecciones. Por ejemplo, la actividad eléctrica del corazón puede ser monitorizada para rastrear diversos aspectos del funcionamiento del corazón. Dada la conductividad volumétrica del cuerpo, los electrodos sobre la superficie del cuerpo o bajo la piel pueden exponer diferencias de potencial relacionadas con esta actividad. La actividad eléctrica anómala puede ser indicativa de estados de enfermedad u otras afecciones fisiológicas que van desde benigno hasta mortal.

Los dispositivos de monitorización cardiaca pueden percibir la actividad eléctrica cardiaca de un ser vivo e identificar latidos de corazón. Frecuentemente, la identificación de latidos de corazón se realiza identificando las ondas R en el complejo QRS, como se puede ver en un electrocardiograma (ECG) . La onda R representa despolarización ventricular. La amplitud típicamente grande de esta onda en el complejo QRS es útil al identificar un latido de corazón. Las herramientas de análisis de señal de ECG automatizadas tradicionales dependen típicamente de coincidencia de plantilla en base a correlación y un cierto número de reglas empíricas de decisión que están optimizadas para ciertas bases de datos de ECG. Se han desarrollado muchas técnicas para realizar detección QRS, pero son deseables mejoras adicionales. El artículo Study of Features Based on Nonlinear Dynamicar Modeling in ECG Arrhythmia Detection and Classfication de M.I. Owis et al., IEEE Transactions in Biomedical Engineering, vol. 49, nº 7, julio de 2002, se refiere a análisis de espacio de estado de ECG, en el que la trayectoria de espacio de estado se reconstruye usando el teorema de inclusión de tiempo de retraso.

Sumario La presente divulgación incluye sistemas y técnicas que se refieren a monitorizar actividad fisiológica usando reconstrucción parcial de espacio de estado. En general, en un aspecto, una reconstrucción parcial de un espacio de estado para un sistema biológico puede ser producida usando una transformada independiente de frecuencia, tal

como la transformada de Hilbert, que produce una señal transformada que es matemáticamente ortogonal a una señal fisiológica. La idea de extraer información dinámica de un espacio de estado parcialmente reconstruido se basa en la observación de que la reconstrucción completa no mejora necesariamente la comprensión de las características más importantes de la actividad fisiológica. La reconstrucción parcial dimensional inferior a menudo contiene todas las características clave requeridas para extraer propiedades dinámicas del sistema fisiológico. El espacio parcial de estado puede ser analizado después usando técnicas de espacio para identificar información fisiológica. Estas técnicas pueden ser implementadas en un sistema distribuido de monitorización de actividad cardiaca, que incluye un aparato de monitorización cardiaca, y un detector QRS del mismo.

Se pueden proporcionar una o más de las siguientes ventajas. Las características dinámicas del corazón pueden ser

mejores y representadas más naturalmente en un espacio dimensional superior de estado. La transformada de Hilbert puede ser implementada fácilmente en forma de filtro digital con una distorsión mínima para características espectrales de la señal subyacente. La clasificación fiable de latidos de corazón puede estar basada en su morfología en un espacio dimensional superior en oposición a una representación convencional de serie temporal. Por ejemplo, los latidos ventriculares pueden ser distinguidos fácilmente de los latidos normales mediante procedimientos automatizados. Lo que es más, esta clasificación puede ser realizada de manera exacta incluso cuando hay un número pequeño de canales en el sistema de monitorización cardiaca, que puede proporcionar ventajas en términos de almacenamiento de datos reducidos y aplicaciones de monitorización extendidas.

Las señales eléctricas obtenidas de un sistema biológico, tales como el corazón, son una medida del potencial

eléctrico creado por el sistema biológico, y así estas señales son sólo representativas de la dinámica real del sistema biológico. Los sistemas y técnicas presentes pueden hacer posible que un proceso automatizado realice lo que puede ser considerado un problema inverso, similar a lo que un clínico o facultativo hace cuando mira una serie temporal de un ECG, que va desde las señales obtenidas a la dinámica de sistema, y que concluye por ello qué pasó en el corazón para hacer que las señales de canal se comportaran como se observa.

La transformación de espacio de estado permite que una señal fisiológica sea representada de forma muy general/invariable, que puede evitar peculiaridades asociadas con características anatómicas y/o electrofisiológicas particulares de los sujetos. En general, el ruido tiene un comportamiento dinámico cada vez más diferente/irregular en un espacio dimensional superior, y así su detección y estimación se convierte en una tarea más fácil. El riesgo de 65 falsos positivos, falsos negativos, o ambos puede ser reducido. Usar la transformada de Hilbert en combinación con técnicas de espacio de estado puede dar como resultado mejoras substanciales en la identificación de características de señal. Se pueden calcular cantidades dinámicas de la señal, y las operaciones de análisis subsiguientes pueden estar basadas en estas cantidades dinámicas. Los dispositivos de monitorización pueden ser mejorados usando análisis automatizados basados en cantidades dinámicas para detectar cuando está sucediendo una arritmia con un alto grado de exactitud y alta sensibilidad. Se puede lograr de este modo una automatización efectiva de la detección y el diagnóstico de arritmias de corazón, usando la mera naturaleza del comportamiento dinámico del corazón.

Los detalles de una o más realizaciones se exponen en los dibujos que se acompañan y la descripción posterior. Otras características y ventajas se pondrán de manifiesto a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones. La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Descripciones de los dibujos La figura 1 en un diagrama de flujo que ilustra la monitorización de actividad fisiológica usando la reconstrucción 15 parcial de espacio de estado.

La figura 2 ilustra un sistema distribuido de monitorización de actividad cardiaca en el que una señal cardiaca se monitoriza con fines médicos.

La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de detector QRS en un aparato de monitorización cardiaca.

Las figuras 4, 8A, 8B y 8C ilustran un enfoque de espacio de estado para la clasificación de latido en base a la despolarización ventricular que usa la señal analítica reconstruida usando la transformada de Hilbert.

La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un enfoque de espacio de estado para la clasificación de latidos de corazón y la caracterización de una afección fisiológica.

Las figuras 6 y 7 son diagramas de bloques que ilustran un sistema de procesamiento cardiaco y detector QRS de ejemplo.

Descripción detallada Los sistemas y las técnicas descritos aquí hacen posible la reconstrucción parcial de la dinámica de corazón de sistemas de uno y dos canales. En general, el enfoque descrito aquí se basa en el hecho de que una señal eléctrica adquirida, tal como una señal de ECG, es una representación, o una proyección, de la actividad eléctrica de un sistema biológico (por ejemplo, el corazón) en algún sistema de canal. Reconstruir la dinámica del corazón desde las señales de canal disponibles puede dar como resultado un diagnóstico más exacto de la actividad eléctrica del corazón. La reconstrucción parcial de la dinámica del corazón puede ser realizada usando sólo un par de canales. Los sistemas y las técnicas descritos más adelante (por ejemplo, un sistema de telemetría externo cardiaco móvil) pueden dar como resultado diagnósticos mejorados sin requerir fuentes computacionales adicionales significativas. Otras ventajas pueden incluir una detección más precisa de puntos fiduciales, usados para tales cálculos, como ancho QRS e intervalo QT, un análisis morfológico ventricular más exacto, y... [Seguir leyendo]

1. Un método implementado por una máquina, que comprende:

obtener una señal fisiológica de un sistema biológico de un organismo;

generar una señal transformada que es matemáticamente ortogonal a la señal fisiológica aplicando una transformada independiente de frecuencia a la señal fisiológica;

producir, desde la señal fisiológica y la señal transformada, un espacio parcial de estado que representa dinámicas del sistema biológico, siendo el espacio parcial de estado una reconstrucción parcial de una espacio de estado que representa dinámicas de sistema para el sistema biológico; e identificar información fisiológica que se refiere al organismo en base a un análisis de morfología de señal en el 15 espacio parcial de estado.

2. El método de la reivindicación 1, en el que obtener la señal fisiológica comprende recibir una señal cardiaca percibida.

3. El método de la reivindicación 2, en el que identificar la información fisiológica comprende clasificar latidos de corazón en la señal cardiaca percibida.

4. El método de la reivindicación 2, en el que identificar la información fisiológica comprende caracterizar una

afección fisiológica del organismo. 25

5. El método de cualquier reivindicación anterior, en el que identificar la información fisiológica comprende detectar una incidencia fisiológica para el sistema biológico en base a una cantidad dinámica que comprende un valor derivado de la señal fisiológica y la señal transformada.

6. El método de la reivindicación 5, en el que obtener la señal fisiológica comprende recibir una serie temporal x (t) eléctricamente percibida, generar la señal transformada comprende aplicar la transformada (H) de Hilbert a la serie temporal x (t) para obtener H (x (t) ) , y producir el espacio parcial de estado comprende considerar x (t) y H (x (t) ) juntos como componentes de un vector de estado.

7. El método de la reivindicación 6, que comprende además generar múltiples cantidades dinámicas de la señal fisiológica y la señal transformada, y en el que identificar la información fisiológica comprende evaluar las múltiples cantidades dinámicas con respecto a uno o más aspectos fisiológicos predefinidos del sistema biológico.

8. El método de la reivindicación 7, en el que las múltiples cantidades dinámicas comprenden transformaciones no lineales de x (t) y H (x (t) ) en el espacio de estado, exceptuando combinaciones lineales simples de amplitud y fase.

9. El método de la reivindicación 5, en el que obtener la señal fisiológica comprende recibir una serie temporal de electrocardiograma en tiempo real para un corazón humano activamente monitorizado, generar la señal analítica comprende aplicar la transformada de Hilbert directamente a la serie temporal de electrocardiograma recibida, y

detectar la incidencia fisiológica comprende evaluar la cantidad dinámica con respecto a uno o más aspectos fisiológicos predefinidos del corazón humano.

10. El método de cualquier reivindicación anterior, en el que la transformada independiente de frecuencia comprende una transformada no lineal.

11. El método de la reivindicación 10, en el que la transformada independiente de frecuencia comprende una transformada lineal y una transformada no lineal.

12. Un producto de equipo lógico materializado tangiblemente en un medio legible por una máquina, comprendiendo

el producto de equipo lógico instrucciones de funcionamiento para hacer que el aparato de procesamiento de datos realice los pasos del método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Un aparato de monitorización para implementar los pasos del método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

14. Un método implementado por una máquina, que comprende:

obtener una señal cardiaca de un corazón;

traducir la señal cardiaca a un espacio de inclusión que representa dinámicas de grano grueso del corazón, comprendiendo dicha traducción aplicar la transformada de Hilbert en la señal cardiaca; y

emplear técnicas de análisis de espacio de estado para extraer información fisiológica para el corazón desde el espacio de inclusión.

15. El método de la reivindicación 14, en el que obtener la señal cardiaca comprende obtener múltiples señales cardiacas de canales independientes, y traducir la señal cardiaca comprende aplicar la transformada de Hilbert directamente a las múltiples señales cardiacas para formar el espacio de inclusión que tiene una dimensión de inclusión mayor o igual al doble del número de canales independientes.

16. El método de la reivindicación 15, en el que el número de canales independientes es dos, y el espacio de inclusión tiene cuatro dimensiones espaciales.

17. El método de la reivindicación 15 ó 16, en el que obtener las múltiples señales cardiacas comprende recuperar

las múltiples señales cardiacas de una base de datos. 15

18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, en el que traducir la señal cardiaca comprende calcular una combinación no lineal de la señal cardiaca y la transformada de Hilbert de la señal cardiaca.

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en el que emplear las técnicas de análisis de espacio 20 de estado comprende derivar múltiples cantidades dinámicas a partir del espacio de inclusión.

20. El método de la reivindicación 19, en el que las múltiples cantidades dinámicas comprenden velocidad de trayectoria en espacio de estado, longitud de trayectoria en espacio de estado, integral del área de un vector de velocidad, y cruces de umbral en espacio de estado.

21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, que comprende además detectar latidos de corazón anormales en base a la información fisiológica extraída.

22. El método de la reivindicación 21, que comprende además estimar una afección fisiológica en base a los latidos 30 de corazón anormales detectados.

23. Un producto de equipo lógico materializado tangiblemente en un medio legible por una máquina, comprendiendo el producto de equipo lógico instrucciones de funcionamiento para hacer que uno o más aparatos de procesamiento de datos realicen los pasos del método de una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22.

24. Un aparato de monitorización para implementar los pasos del método de una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22.