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.

Query-by-Example Spoken Term Detection ALBAYZIN 2012 evaluation: overview, systems, results, and discussion

Query-by-Example Spoken Term Detection (QbE STD) aims at retrieving data from a speech data repository given an acoustic query containing the term of interest as input. Nowadays, it has been receiving much interest due to the high volume of information stored in audio or audiovisual format. QbE STD differs from automatic speech recognition (ASR) and keyword spotting (KWS)/spoken term detection (STD) since ASR is interested in all the terms/words that appear in the speech signal and KWS/STD relies on a textual transcription of the search term to retrieve the speech data. This paper presents the systems submitted to the ALBAYZIN 2012 QbE STD evaluation held as a part of ALBAYZIN 2012 evaluation campaign within the context of the IberSPEECH 2012 Conference(a). The evaluation consists of retrieving the speech files that contain the input queries, indicating their start and end timestamps within the appropriate speech file. Evaluation is conducted on a Spanish spontaneous speech database containing a set of talks from MAVIR workshops(b), which amount at about 7 h of speech in total. We present the database metric systems submitted along with all results and some discussion. Four different research groups took part in the evaluation. Evaluation results show the difficulty of this task and the limited performance indicates there is still a lot of room for improvement. The best result is achieved by a dynamic time warping-based search over Gaussian posteriorgrams/posterior phoneme probabilities. This paper also compares the systems aiming at establishing the best technique dealing with that difficult task and looking for defining promising directions for this relatively novel task.

The propagation of nerve pulses: From the Hodgkin-Huxley model to the soliton theory

The present project aims to describe and study the nature and transmission of nerve pulses. First we review a classical model by Hodgkin-Huxley which describes the nerve pulse as a pure electric signal which propagates due to the opening of some time- and voltage-dependent ion channels. Although this model was quite successful when introduced, it fails to provide a satisfactory explanation to other phenomena that occur in the transmission of nerve pulses, therefore a new theory seems to be necessary. The soliton theory is one such theory, which we explain after introducing two topics that are important for its understanding: (i) the lipid melting of membranes, which are found to display nonlinearity and dispersion during the melting transition, and (ii) the discovery and the conditions required for the existence of solitons. In the soliton theory, the pulse is presented as an electromechanical soliton which forces the membrane through the transition while propagating. The action of anesthesia is also explained in the new framework by the melting point depression caused by anesthetics. Finally, we present a comparison between the two models.