Centro tecnológico Cartif

Prodiana

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• REFERENCIA: DPI2006-14367
• TITULO: APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE SEÑAL PARA EL DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO DE LA NEUROPATÍA VEGETATIVA
• INVESTIGADOR PRINCIPAL: Alberto Herreros López
• ORGANISMO: Fundación CARTIF
• CENTRO: Fundación CARTIF
• DIRECCION: Parque Tecnológico de Boecillo, parc. 205 (47151 Valladolid)
• TELEFONO: 983 546504
• PRESUPUESTO: 149.689,10 € (Subvención: 107.690 €)
• CORREO E: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
• PAGINA WEB DEL PROYECTO: http://www.cartif.com
  /index.php/es/areas-
  de-investigacion/ingenieria-
  biomedica/diagnostico-
  y-tratamiento/prodiana.html
• PALABRAS CLAVE: Diabetes, neuropatía autonómica, SNA, sistema nervioso autónomo, SCR, HRV.

La diabetes mellitus es una enfermedad de alta prevalencia (4,5% de la población) en la sociedad actual, a la que hay prestar especial atención por las consecuencias tan devastadoras que ocasiona en los pacientes que la padecen. Es la principal causa de ceguera en los países occidentales, la primera causa de amputación de miembros inferiores de etiología no traumática, de afectación coronaria (infarto agudo de miocardio), cerebral, de insuficiencia renal terminal y de polineuropatía. Es un problema de salud pública de primer orden.

La neuropatía diabética puede afectar cualquier territorio del sistema nervioso: central, periférico y autonómico, tanto simpático como parasimpático. La prevalencia de neuropatía diabética en España es muy variable, de aproximadamente un 22%. Aumenta con la edad, con el tiempo de evolución de la enfermedad y con un deficiente control de la glucemia. Los métodos diagnósticos de la neuropatía visceral, que se utilizan actualmente, son complejos y precisan de unidades experimentales. Es por ello importante desarrollar nuevas técnicas fáciles de manejar y de alta rentabilidad diagnóstica que permitan un screening de la población con diabetes.

En concreto planteamos centrar el estudio en el análisis de Variabilidad de la Frecuencia Cardíaca (VFC) ya que se ha demostrado su utilidad para obtener información sobre la relación entre el corazón y el sistema nervioso autónomo. Por ello, y para alcanzar la finalidad propuesta, planteamos el estudio en profundidad de los métodos utilizados para la caracterización de la variabilidad del ritmo cardiaco, con el objeto de mejorar el conocimiento sobre la modulación que ejercen los diversos sistemas tanto fisiológicos como los fisiopatológicos.

Nuestra hipótesis es que para el diagnostico precoz de la neuropatía asociada a la diabetes se puede combinar el análisis de la Variabilidad de la Frecuencia Cardiaca (VFC) con los resultados de medidas de la actividad sudomotora del paciente. De la combinación de ambas y el uso de técnicas de análisis novedosas (no lineales, dinámica simbólica y/o modelos de Markov), creemos que se pueden obtener índices más robustos que sean capaces de facilitar un diagnóstico precoz de la enfermedad.

Objetivos

1.- Desarrollo de nuevas técnicas de procesamiento y análisis de la señal ECG (dinámica simbólica, modelos de Markov) para el estudio de la variabilidad de la frecuencia cardiaca (VFC) con el objetivo de lograr una mejor discriminación de la actividad simpática y parasimpática.

2.- Obtención de registros ECG de corto y largo plazo, y realización de tests sudomotores sobre grupos selccionados de individuos sanos y pacientes diabéticos.

3.- Procesamiento de datos e integración de los resultados obtenidos.

Resultados

Hasta el presente momento se han obtenido tres resultados importantes dentro del marco del proyecto:

1) Un algoritmo robusto basado en wavelets para la detección de eventos en un ECG. En particular Destacan la detección del complejo QRS y la delineación de la onda T. este método incluye varias mejoras respecto de métodos similares. Entre las mejoras contamos:

1. Mejora del tiempo de cómputo.
2. Objetivización de las reglas de decisión: Se eliminan los umbrales puestos a manos u optimizados para una base de datos en particular y se pasa a usar una regla de selección absoluta.
3. Realiza las detecciones independientemente del nivel de ruido blanco que posea la señal original.
4. La señal de entrada no necesita ningún tipo de acondicionamiento.

El método ha sido validado con la QTDB de physionet.org y con simulaciones realizadas con el ecgsyn (también en physionet.org). Además, se ha comparado numéricamente con otros algoritmos validados sobre la misma base de datos.

2) Una experiencia novedosa que consta de presentarle un desayuno a una persona, hacer que lo ingiera y registrar el ECG de la persona durante al menos 5 minutos en las siguientes fases:

1. Sentado y en estado basal
2. Viendo el desayuno
3. Ingiriendo el desayuno
4. En reposo, inmediatamente después del desayuno

Luego de una captura inicial de datos, en colaboración con el hospital clínico universitario de Valladolid, se logró encontrar los índices espectrales no lineales adecuados para identificar a los pacientes diabéticos de aquellos que no lo son.

3) Un método en proceso de validación, que utiliza tanto el ritmo cardíaco como la SCR de un individuo durante una maniobra de Valsalva para poder discriminar a los sujetos que padecen de algún tipo de neuropatía autonómica (tanto central como periférica). Esta discriminación está siendo llevada a cabo principalmente a través de dos índices: La magnitud de las respuestas fásicas y el índice de Valsalva asociado a una maniobra de Valsalva en específico. Se puede observar cómo la utilización de éste índice tiende a agrupar a todos los pacientes diabéticos en el cuadrante inferior izquierdo de la gráfica mientras que los sujetos de control se encuentran desperdigados por el resto del gráfico, evitando dicho cuadrante.

Continuidad

SAN/196/VA09/07. Evaluación de la Respuesta Sudomotora Simpática Cutánea (SSR) como indicador precoz de neuropatía diabética. Consejería de Sanidad. Junta de Castilla y León. 2007. Concedido y ejecutado

SAN/196/VA08/07. Herramienta Computerizada de soporte al Estudio y Mejora del tratamiento de Trastornos del Ritmo Cardíaco. Consejería de Sanidad. Junta de Castilla y León. 2007. Concedido y ejecutado

SAN673/VA34/08. Estudio y Desarrollo de un Modelo Inverso de Propagación Cardiaca aplicando Impedancio-electrocardiografía. Consejería de Sanidad. Junta de Castilla y León. 2008. Concedido y ejecutado

Solicitud (PIN) 647412733-12733-4-9: Fusión Sensorial Aplicada a la Detección Precoz de Disfunciones Autonómicas Ligadas a la Diabetes y a las Alteraciones Metabólicas Asociadas. Solicitud presentada al Programa de Investigación Fundamental, Subprograma I.F. no Orientada. Ampliación del presente proyecto a partir de los resultados obtenidos.

Colaboraciones

El desarrollo del protocolo para el análisis de la morfología y detección de ondas en el ECG se ha realizado en colaboración con los prof. R. Johansson y B. Olsson de la U. de Lund (Suecia)

Parte del trabajo relacionado con el desarrollo del modelo de propagación cardiaca se ha realizado durante una estancia de seis meses (septiembre 2008 a febrero 2009) de un miembro del equipo (L. Gónzalez Sal) en el Scientific Computing and Imaging (SCI) Institute de la Universidad de Utah (USA) bajo la tutela del profesor Robert MacLeod.

Estrecha colaboración con el personal del servicio de Medicina Interna del Hosp. Clínico Universitario de Valladolid.

Publicaciones en revistas

Havmoller, R., Carlson, J., Holmqvist, F., Herreros, A., Meurling, C.J., Olsson, B. y Platonov, P. "Age related changes in P wave morphology in healthy subjects". BMC Cardiovascular Disorders, 7(22), July 2007. (doi:10.1186/1471-2261-7-22)

Herreros A. , Baeyens E., Johansson R., Carlson J., Perán J.R., Olsson B. "Analysis of Changes in the Beat-To-Beat P-Wave Morphology Using Clustering Techniques " . Biomedical Signal Processing and Control (2009) (doi:10.1016/j.bspc.2009.02.006)

Publicaciones en congresos

Herreros, A., Baeyens, E., Peran, J.R., Johansson, R., Carlson, J., Olsson, B., ‘An Algorithm for Phase-Space Detection of the P Characteristic Points', Proceedings of the 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Lyon (Francia); pp. 2004-2007. Agosto 2007.

Herreros, A., Baeyens, E., Carlson, J., Johansson, R., Olsson, B. y Peran, J.R. "Analysis of changes in the beat-to-beat P-wave morphology using clustering techniques". In Proceedings of the 17th IFAC Word Congress, Seoul (South Korea), Julio 2008.

Herreros, A., Baeyens, E., Perán González, J.R.; "Protocolo para la extracción y clasificación de información en un ECG de media/larga duración". Actas del XXVI Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica. Valladolid, pp. 281-284. Octubre de 2008.

Rivera, P., Pérez Turiel, J., Wong, S., Laguna, P., Herreros, A.; "Diseño y Validación de un Método basado en Wavelets para la detección del final de la Onda T". Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB 2007). Cartagena (España), Nov 2007.

Rivera, P. ; Laguna Lasaosa, P.; Martínez Cortes, J. P.; Pérez Turiel, J.; Herreros, A.; Wong, S. "An Alternative Decision Rule for Threshold Based T-Wave Measurement Algorithms Based on Second Derivative Extrema", Computers in Cardiology 2008, Bologna, Italia. Septiembre 2008.

González Sal, L.; Pérez Turiel, J.; Fraile Marinero, J.C.; Baeyens, E., "Simulación de circuitos de activación cardiaca en un modelo fenomenológico básico". XXVIII Jornadas de Automática, Huelva, septiembre 2007.

Rivera, P.; Pérez Turiel, J.; Herreros, A.; "Aplicación de la transformada Wavelet para el desarrollo de un método computacionalmente simple de detección del final de la onda T". Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica (CLAIB 2007), Venezuela, septiembre 2007.

Rivera, P. ; Pérez Turiel, J.; Herreros, A.; González Sarmiento, E.; Higuero, S.; "Estudio de la SCR durante la Maniobra de Valsalva para la detección de Neuropatía Autonómica Diabética", Actas del XXVI Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica. Valladolid, Octubre de 2008.