Pazienteen bihotz eta arnasketa maiztasunen monitorizazioa burmuineko infragorri hurbileko espektroskopia seinaleak erabiliz

Lan honen helburua, burmuineko oxigeno maila neurtzeko NIRS (Near Infrarred Spectroscopy) teknika ez-inbaditzaileaz baliatzen den sistema baten eraginkortasuna neurtzea da, pazientearen parametro fisiologikoak diren bihotz eta arnasketa maiztasunak neurtzerako orduan. Orain arte, pazientearen oxigenazioaren monitorizazioa gauzatzea beharrezkoa den egoeratan, atzamarreko oxigenazio maila neurtzea ahalbidetzen duen PPG (Photoplethysmogram) teknika erabili da. Emergentzia egoeratan, ordea, sistema kardiobaskularrak bizi irauteko nahitaezkoak diren organoei ematen die lehentasuna, garuna eta bihotzari, alegia. Bi organo hauek oxigeno jario jarraituaz hornituak direla egiaztatzeko, ezinbestekoa izango da burmuineko oxigenazio maila neurtzea eta berriki frogatu da NIRS teknikak esparru honetan etorkizun handiko emaitzak eskaini ditzakeela. Hau dela eta, azken urteotan, NIRS teknikak lekua hartu dio orain arte agertoki mediku gehienetan erabilitako PPG teknikari, gaur egun teknika hau aplikazio ugaritan erabiltzen hasia delarik, adibidez kirurgia kardiobaskularraren monitorizazioa edo anestesia orokorraren bitarteko monitorizazioa. NIRS teknikak, garuneko oxigenazio mailaz aparte, pazientearen beste hainbat parametro fisiologikoren neurketa ahalbidetuko balu (arnasketa eta bihotz maiztasuna), agertoki mediku asko erraztuko lituzke, gailu bakar batekin pazientearen bizi-konstante anitzen monitorizazio eramango baitzen aurrera. Tresna hau egingarria dela egiaztatzeko, lehenik eta behin, NIRS seinalea bizi-konstante hauen berri emateko gai dela balioetsi behar da eta hauxe da, hain zuzen, proiektu honen xede nagusia. Azken helburu hau lortzeko, hainbat azpi-helburu proposatzen dira hemen aurkeztuko den proiektuan: lehenik eta behin, NIRS seinaleak eta bizi konstante hauek era fidagarrian lortzea ahalbidetzen duten seinaleak biltegiratzen dituen datu base bat sortuko da. Datu base hau osatzeko, aurreko seinale guztiak aldi berean eskuratuko dituen neurketa sistema sinkrono bat sortzea ezinbestekoa izango da eta azkenik, NIRS seinaleen eraginkortasuna ebaluatzeko, seinaleen prozesaketan oinarritutako hainbat algoritmo garatuko dira.

El objetivo de este trabajo consiste en medir la efectividad de un sistema basado en la técnica no invasiva NIRS (Near-Infrared Spectroscopy) a la hora de medir respuestas fisiológicas del paciente, como la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria. Hasta ahora, en situaciones médicas habituales en las que era necesaria la monitorización de la oxigenación del paciente se utilizaba la técnica PPG (Photoplethysmogram), técnica que permite medir el nivel de oxigenación en el dedo índice. En las situaciones de emergencia, en cambio, el sistema cardiovascular da preferencia a los órganos vitales, el corazón y el cerebro. Para validar que son abastecidos constantemente con un flujo continuo de oxigeno, es necesario medir el nivel de oxigenación en el cerebro. Recientemente se ha comprobado que la técnica NIRS puede proporcionar resultados prometedores en este ámbito, al contrario que la técnica PPG. Es por esto que en los últimos años, la técnica NIRS ha remplazado a la técnica PPG utilizada en la mayor parte de los escenarios médicos, empezando a formar parte de muchas aplicaciones médicas como puede ser la monitorización de la cirugía cardiovascular o la monitorización durante anestesia general. En caso de que la técnica NIRS fuera capaz de permitir la medición de otros parámetros fisiológicos (frecuencia cardiaca y respiratoria), aparte de la oxigenación cerebral, facilitaría muchos escenarios médicos, ya que con un solo dispositivo se podría llevar a cabo la monitorización de varias constantes vitales. Para comprobar que este tipo de dispositivo es viable, lo primero es comprobar que la señal NIRS es capaz de proporcionar información sobre estas constantes vitales, siendo éste el objetivo primordial del proyecto que se presenta a continuación. Para llevar a cabo este último objetivo, se proponen varios objetivos secundarios: primero, se creará una base de datos que contenga las señales NIRS y señales de las cuales se pueda extraer de manera fiable los parámetros fisiológicos que se están buscando. Para crear esta base de datos, será necesario desarrollar un sistema síncrono de medida que permita adquirir al mismo tiempo todas las señales mencionadas anteriormente. Por último, para evaluar la efectividad de las señales NIRS, se desarrollarán algunos algoritmos basados en el procesamiento de señal.

The objective of this project is to measure the effectiveness of a system based on NIRS (Near-Infrared Spectroscopy), a non-invasive technique, to assess the physiological state of a patient by measuring the patient’s heart rate and respiratory rate. PPG (Photoplethysmogram) is the most widespread technique to measure oxygenation, primarily at the patient’s finger. However, in emergency situations, the cardiovascular system gives preference to the vital organs, that is the heart and brain. Monitoring the brain’s oxygenation is a reliable way to verify that these two organs are supplied by a continuous oxygen flow. It has been recently shown that NIRS can provide promising future results in this area. That is why in some medical scenarios PPG has been recently replaced by NIRS, which is nowadays used in many medical applications, such as cardiovascular surgery or monitoring during general anesthesia. If NIRS, besides brain oxygenation, was able to measure other physiological parameters (heart and respiratory rate), facilitating many medical scenes, the monitoring of many vital constants could be carried out with a single device. To verify that this type of device is realizable, it will be necessary to validate that NIRS signals are able to provide information about heart and respiratory rates, which is just the primary objective of this work. In order to achieve this objective, other secondary objectives are proposed: first, a database containing NIRS signals and the signals needed to monitor the actual heart and respiratory rates will be created. To complete this database a synchronous system to acquire these signals will be developed too. Finally, signal processing algorithms will be created in order to evaluate the effectiveness of NIRS signals to monitor the heart and respitatory rates.