Rhythm Analysis during Cardiopulmonary Resuscitation: Past, Present, and Future

Survival from out-of-hospital cardiac arrest depends largely on two factors: early cardiopulmonary resuscitation (CPR) and early defibrillation. CPR must be interrupted for a reliable automated rhythm analysis because chest compressions induce artifacts in the ECG. Unfortunately, interrupting CPR adversely affects survival. In the last twenty years, research has been focused on designing methods for analysis of ECG during chest compressions. Most approaches are based either on adaptive filters to remove the CPR artifact or on robust algorithms which directly diagnose the corrupted ECG. In general, all the methods report low specificity values when tested on short ECG segments, but how to evaluate the real impact on CPR delivery of continuous rhythm analysis during CPR is still unknown. Recently, researchers have proposed a new methodology to measure this impact. Moreover, new strategies for fast rhythm analysis during ventilation pauses or high-specificity algorithms have been reported. Our objective is to present a thorough review of the field as the starting point for these late developments and to underline the open questions and future lines of research to be explored in the following years.

A Reliable Method for Rhythm Analysis during Cardiopulmonary Resuscitation

nterruptions in cardiopulmonary resuscitation (CPR) compromise defibrillation success. However, CPR must be interrupted to analyze the rhythm because although current methods for rhythm analysis during CPR have high sensitivity for shockable rhythms, the specificity for nonshockable rhythms is still too low. This paper introduces a new approach to rhythm analysis during CPR that combines two strategies: a state-of-the-art CPR artifact suppression filter and a shock advice algorithm (SAA) designed to optimally classify the filtered signal. Emphasis is on designing an algorithm with high specificity. The SAA includes a detector for low electrical activity rhythms to increase the specificity, and a shock/no-shock decision algorithm based on a support vector machine classifier using slope and frequency features. For this study, 1185 shockable and 6482 nonshockable 9-s segments corrupted by CPR artifacts were obtained from 247 patients suffering out-of-hospital cardiac arrest. The segments were split into a training and a test set. For the test set, the sensitivity and specificity for rhythm analysis during CPR were 91.0% and 96.6%, respectively. This new approach shows an important increase in specificity without compromising the sensitivity when compared to previous studies.

New signal processing algorithms for automated external defibrillators

[ES]La fibrilación ventricular (VF) es el primer ritmo registrado en el 40\,\% de las muertes súbitas por paro cardiorrespiratorio extrahospitalario (PCRE). El único tratamiento eficaz para la FV es la desfibrilación mediante una descarga eléctrica. Fuera del hospital, la descarga se administra mediante un desfibrilador externo automático (DEA), que previamente analiza el electrocardiograma (ECG) del paciente y comprueba si presenta un ritmo desfibrilable. La supervivencia en un caso de PCRE depende fundamentalmente de dos factores: la desfibrilación temprana y la resucitación cardiopulmonar (RCP) temprana, que prolonga la FV y por lo tanto la oportunidad de desfibrilación. Para un correcto análisis del ritmo cardiaco es necesario interrumpir la RCP, ya que, debido a las compresiones torácicas, la RCP introduce artefactos en el ECG. Desafortunadamente, la interrupción de la RCP afecta negativamente al éxito en la desfibrilación. En 2003 se aprobó el uso del DEA en pacientes entre 1 y 8 años. Los DEA, que originalmente se diseñaron para pacientes adultos, deben discriminar de forma precisa las arritmias pediátricas para que su uso en niños sea seguro. Varios DEAs se han adaptado para uso pediátrico, bien demostrando la precisión de los algoritmos para adultos con arritmias pediátricas, o bien mediante algoritmos específicos para arritmias pediátricas. Esta tesis presenta un nuevo algoritmo DEA diseñado conjuntamente para pacientes adultos y pediátricos. El algoritmo se ha probado exhaustivamente en bases de datos acordes a los requisitos de la American Heart Association (AHA), y en registros de resucitación con y sin artefacto RCP. El trabajo comenzó con una larga fase experimental en la que se recopilaron y clasificaron retrospectivamente un total de 1090 ritmos pediátricos. Además, se revisó una base de arritmias de adultos y se añadieron 928 nuevos ritmos de adultos. La base de datos final contiene 2782 registros, 1270 se usaron para diseñar el algoritmo y 1512 para validarlo. A continuación, se diseñó un nuevo algoritmo DEA compuesto de cuatro subalgoritmos. Estos subalgoritmos están basados en un conjunto de nuevos parámetros para la detección de arritmias, calculados en diversos dominios de la señal, como el tiempo, la frecuencia, la pendiente o la función de autocorrelación. El algoritmo cumple las exigencias de la AHA para la detección de ritmos desfibrilables y no-desfibrilables tanto en pacientes adultos como en pediátricos. El trabajo concluyó con el análisis del comportamiento del algoritmo con episodios reales de resucitación. En los ritmos que no contenían artefacto RCP se cumplieron las exigencias de la AHA. Posteriormente, se estudió la precisión del algoritmo durante las compresiones torácicas, antes y después de filtrar el artefacto RCP. Para suprimir el artefacto se utilizó un nuevo método desarrollado a lo largo de la tesis. Los ritmos desfibrilables se detectaron de forma precisa tras el filtrado, los no-desfibrilables sin embargo no.

La competencia prosódica en la lectura en voz alta: análisis de los aspectos rítmicos

[EN] The current methodological tendencies give particular importance to the teaching of orality. Thus, several investigations have verified that reading aloud to children contributes positively to their cognitive development. However, in order to achieve the objective proposed with this type of reading, the prosodic aspect should not be forgotten. In spite of the few articles published up to now, the prosodic aspect is considered to be essential to provide a description of young people’s prosodic features when reading aloud, especially in order to create general rules that can be taught in our schools and universities. This paper is limited to the analysis of the types of rhythm, and for this, five informants have been selected and asked to read a text written in standard Basque.

Global Self-Organization of the Cellular Metabolic Structure

Background: Over many years, it has been assumed that enzymes work either in an isolated way, or organized in small catalytic groups. Several studies performed using "metabolic networks models'' are helping to understand the degree of functional complexity that characterizes enzymatic dynamic systems. In a previous work, we used "dissipative metabolic networks'' (DMNs) to show that enzymes can present a self-organized global functional structure, in which several sets of enzymes are always in an active state, whereas the rest of molecular catalytic sets exhibit dynamics of on-off changing states. We suggested that this kind of global metabolic dynamics might be a genuine and universal functional configuration of the cellular metabolic structure, common to all living cells. Later, a different group has shown experimentally that this kind of functional structure does, indeed, exist in several microorganisms. Methodology/Principal Findings: Here we have analyzed around 2.500.000 different DMNs in order to investigate the underlying mechanism of this dynamic global configuration. The numerical analyses that we have performed show that this global configuration is an emergent property inherent to the cellular metabolic dynamics. Concretely, we have found that the existence of a high number of enzymatic subsystems belonging to the DMNs is the fundamental element for the spontaneous emergence of a functional reactive structure characterized by a metabolic core formed by several sets of enzymes always in an active state. Conclusions/Significance: This self-organized dynamic structure seems to be an intrinsic characteristic of metabolism, common to all living cellular organisms. To better understand cellular functionality, it will be crucial to structurally characterize these enzymatic self-organized global structures.

Bihotz-biriketako berpizte masajeak EKG-an eta bular-inpedantzian eragindako interferentziaren azterketa

[EU]Proiektu honetan bihotz-biriketako berpizte masajearen bular-sakadek elektrokardiograman eta bular-inpedantziaren seinaleetan eragindako interferentziaren azterketa egiten da. Helburu nagusia bi interferentzia hauen arteko erlazioa aztertzea da, horretarako tresna garatuz. Erlazio hau definitzeak interferentziaren eragina txikitzeko modua aurkitzen lagunduko luke, eta honek berpizteko aukerak handituko lituzke. Proiektua gauzatzeko ospitalez kanpoko geldialdien erregistro multzo batetik abiatuta datu-base propioa garatu da ezarritako irizpide batzuk jarraituz. Datu-base berri hau 37 pazienteren 237 mozketak osatzen dute, 10 segundotako luzera minimoarekin non pazienteek asistolia bitarteko kanpoko bular masajea jasotzen duten. Bestalde, interferentzia ezaugarritzeko interfaze grafiko bat garatu da, elektrokardiograma eta bular-inpedantziaren seinaleak denboran eta maiztasunean erakutsi eta hauen parametro esanguratsuak automatikoki zein eskuz ateratzeko aukera ematen duena. Parametroak seinaleen sakada bakoitzeko maximo eta minimoak, beraien kokapenak eta oinarrizko maiztasuna, bere harmonikoak eta hauen anplitudeak dira. Tresna hau erabiliz aipatutako datu-baseko episodioen prozesaketa egin da. Bukatzeko, lortutako emaitzak tratatzeko bigarren interfaze grafiko bat garatu da, non emaitzen banaketa estatistikoa eta hauen arteko erlazio lineala aztertzen diren. Proiektuaren ekarpen nagusia, beraz, bihotz-biriketako berpizte masajeak eragindako interferentzia aztertzeko tresna ahaltsuaren garapena da, jatorri desberdineko bestelako berpizte episodioak aztertzeko ere balio duena.

Diseño y evaluación de métodos de supresión del artefacto causado en el ECG por las compresiones torácicas proporcionadas por el dispositivo mecánico LUCAS.

[Es]En este proyecto se analizan el diseño y la evaluación de dos métodos para la supresión de la interferencia generada por las compresiones torácicas proporcionadas por el dispositivo mecánico LUCAS, en el electrocardiograma (ECG) durante el masaje de resucitación cardiopulmonar. El objetivo es encontrar un método que elimine el artefacto generado en el ECG de una manera efectiva, que permita el diagnóstico fiable del ritmo cardiaco. Encontrar un método eficaz sería de gran ayuda para no tener que interrumpir el masaje de resucitación para el análisis correcto del ritmo cardiaco, lo que supondría un aumento en las probabilidades de resucitación. Para llevar a cabo el proyecto se ha generado una base de datos propia partiendo de registros de paradas cardiorrespiratorias extra-hospitalarias. Esta nueva base de datos contiene 410 cortes correspondientes a 86 pacientes, siendo todos los episodios de 30 segundos de duración y durante los cuales el paciente, recibe masaje cardiaco. Por otro lado, se ha desarrollado una interfaz gráfica para caracterizar los métodos de supresión del artefacto. Esta, muestra las señales del ECG, de impedancia torácica y del ECG tras eliminar el artefacto en tiempo. Mediante esta herramienta se han procesado los registros aplicando un filtro adaptativo y un filtro de coeficientes constantes. La evaluación de los métodos se ha realizado en base a la sensibilidad y especificidad del algoritmo de clasificación de ritmos con las señales ECG filtradas. La mayor aportación del proyecto, por tanto, es el desarrollo de una potente herramienta eficaz para evaluar métodos de supresión del artefacto causado en el ECG por las compresiones torácicas al realizar el masaje de resucitación cardiopulmonar, y su posterior diagnóstico. Un instrumento que puede ser implementado para analizar episodios de resucitación de cualquier tipo de procedencia y capaz de integrar nuevos métodos de supresión del artefacto.

Kontrapultsazio-baloi uhin-forma errealistak sortzeko tresna.

[EN]In this project has been developed a tool which synthesizes realistic waveforms produced by the intra-aortic balloon pump. In addition the following waveforms have also been synthesized: arterial blood pressure (ABP) waveform, the four variations produced due to timing errors of the balloon and the waveform of the helium gas rapidly shuttling in and out of the balloon chamber. All waveforms are synthesized in synchrony with the balloon's inflation/deflation cycles. A database composed of annotated ECG (Electrocardiogram) normal sinus rhythm records has also been created during the project. In order to facilitate the work, two graphical user interfaces were developed. The first interface allows the selection of the ECG records, which were latter annotated using the second interface. Starting from the newly created annotated database, the different waveforms, mentioned above, were synthesized. In this document, in view of the synthesized waveforms, it can be concluded that the obtained results are satisfactory.

0-2 urteko haurren eskolatzea. Egokitzea ala etxekotzea?

[EUS] Azken urteetan eskolatze goiztiarrak nabarmen egin du gora gure gizartean. Gero eta gehiago dira hilabete gutxirekin haur eskolara joaten hasten diren haurrak, beraientzat segurtasun iturri den ingurunetik aldenduz. Banaketa hau bereziki zaila suerta dakieke ume gehienei aparteko ezinegonak, larritasun uneak edota gaixotasunak sortuz, eskolarekiko harremana betirako baldintzatzeaz gain. Hori dela eta, haur txikiaren eskolatzearen inguruan hausnartzeko beharra dago ezinbestean. Gaur egun haurra haur eskolako erritmo eta eskakizunetara ahalik eta azkarren moldatzeko asmoz, egokitzapen aldi bezala ezagutzen den denboraldia eskaintzen zaio haur txikiari, bere garaian Haur Hezkuntzaren bigarren ziklokoei eskaintzen hasi zitzaien bezala. Zoritxarrez honek egoerari zailtasun gehiago erantsi dizkio, ez baitira haurtxo eta haur txikiaren erritmoak errespetatzen. Hori dela eta, hezitzaileen muina eskola atsegina bihurtzeko asmotan, komunikazioan eta errespetuan oinarritutako etxekotze prozesua aurkezten da, zeinen helburua haurraren hezkuntzan parte hartzen duten guztien, familia eta eskola, elkarlanari esker bere ongizatea bermatu eta haur eskolarako igarobidea erraztuko duen giro lasaia, atsegina eta ez bakarrik adinari, baizik eta norberaren beharrizanen arabera egokia sortzea den.