TAZ-PFC-2010-140

Estimación de máxima verosimilitud de la variabilidad del ritmo cardíaco durante prueba de esfuerzo

Zayyad Andrés, Nabil
Bailón Luesma, Raquel (dir.)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2012
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Ingeniero de Telecomunicaciones

Resumen: La variabilidad del ritmo cardiaco constituye una de las medidas no invasivas más ampliamente utilizadas para la caracterización de la actividad del sistema nervioso autónomo y, en particular, de sus dos ramas principales: el sistema simpático y el sistema parasimpático. El análisis de la variabilidad del ritmo cardiaco durante prueba de esfuerzo resulta de gran interés, ya que índices derivados de la misma han mostrado capacidad diagnóstica en la identificación de pacientes con enfermedades coronarias. Durante prueba de esfuerzo la variabilidad del ritmo cardiaco puede modelarse como suma de dos componentes: una componente de baja frecuencia, asociada a la actividad del sistema simpático fundamentalmente, y una componente de alta frecuencia, síncrona con la frecuencia respiratoria, asociada a la actividad del sistema parasimpático. En el presente proyecto se va a desarrollar un estimador de máxima verosimilitud de la potencia y frecuencia central de las componentes de baja y alta frecuencia de la variabilidad del ritmo cardiaco durante prueba de esfuerzo. Dada la alta no estacionareidad de la señal es necesario realizar un enventanado de la señal que permita suponer constantes los parámetros a estimar dentro de cada ventana. Para la obtención del tamaño óptimo de ventana se llevan a cabo dos estudios de simulación de señales de variabilidad del ritmo cardiaco durante prueba de esfuerzo uno de carácter determinista y otro con carácter estocástico, obteniéndose un tamaño de ventana óptimo para cada una de ellas. Además se comprueba que la inclusión de información a priori de la frecuencia respiratoria mejora la estimación de las componentes, siempre que la frecuencia respiratoria sea estimada con la suficiente precisión. Así en el estudio de simulación determinista con inclusión de la frecuencia respiratoria se obtienen unos errores de estimación de µ_|F_LF |^n±s_|F_LF |^n=0,4583% ± 0,2734%, µ_|A_LF |^n±s_|A_LF |^n=0,8864% ± 0,7013%,? µ?_|F_HF |^n±s_|F_HF |^n=0,2496% ± 0,1867% y µ_|A_HF |^n±s_|A_HF |^n=0,7086% ± 0,5604%, para una SNR = 15 dB. Finalmente, se aplican los dos tamaños óptimos de ventana a una base de datos consistente en el registro simultáneo de señales electrocardiográfica y respiratoria durante prueba de esfuerzo y se comparan los resultados con otros métodos existentes de análisis de variabilidad del ritmo cardiaco durante prueba de esfuerzo. Se observa que, en general, la frecuencia de LF se mantiene siempre alrededor de un valor aproximadamente constante, mientras que la frecuencia HF crece desde el comienzo hasta el pico de estrés y decrece durante la recuperación. La potencia de LF disminuye con el aumento del nivel de esfuerzo hasta prácticamente desaparecer cuando llegamos al pico de esfuerzo, experimentando un crecimiento abrupto durante la fase de recuperación hasta llegar a valores semejantes a los del inicio de la prueba de esfuerzo. En cuanto a la potencia de HF también se reduce al comienzo del ejercicio y crece en la fase de recuperación.