Análisis multimodal de las señales fotopletismográfica de pulso y electrocardiográfica para el diagnóstico del síndrome de apnea obstructiva durante el sueño en niños

En esta tesis doctoral se aborda un estudio multimodal de las senales fotopletismografica de pulso (PPG) y electrocardiografica (ECG) y de medidas fisiologicas derivadas de las mismas como son la variabilidad del ritmo cardiaco (HRV) y el tiempo de transito del pulso (PTT) para ayudar al diagnostico de trastornos del sueno en ninos mediante el analisis de la actividad del sistema nervioso autonomo (ANS). El objetivo fundamental consiste en estudiar la relacion existente entre estas senales y las apneas del sueno para asi poder definir nuevos indices clinicos que ayuden al diagnostico del sindrome de apnea obstructiva durante el sueno (OSAS) mediante una tecnica mas economica y menos compleja que el metodo de diagnostico de referencia. En primer lugar se ha estudiado la relacion entre las apneas del sueno y los eventos de descenso de la amplitud de las oscilaciones de la senal PPG (DAP). Nuestra hipotesis es que los DAP tienen una relacion directa con los microdespertares producidos a causa de una apnea mediante la activacion del sistema simpatico. De manera que una deteccion automatica de los eventos DAP puede servir para cuantificar indirectamente las apneas del sueno. Para ello se han desarrollado un detector de eventos DAP basado en la deteccion de atenuaciones de la envolvente de la senal PPG mediante un umbral adaptativo, que ademas incorpora un detector de artefactos, y un detector de apneas a partir de senales respiratorias donde se detectan los ceses en el flujo respiratorio y si estan asociados a desaturaciones de oxigeno. Despues se han determinado los valores optimos de los diferentes parametros de los detectores y se han evaluado mediante senales simuladas y bases de datos de registros reales. A continuacion, se ha realizado un estudio que analiza la relacion entre eventos DAP y apneas y se ha estudiado el efecto de la duracion de los segmentos de la PSG de cara a la clasificacion. Tambien se ha analizado la capacidad diagnostica del indice derivado de la PPG mediante un estudio clinico en la base de datos MSDBII, compuesta de senales PSG reales de ninos registradas en el Hospital Infantil ''Miguel Server'' (Zaragoza). Los resultados obtenidos muestran que existe una relacion entre los DAP y las apneas de forma que se verifica nuestra hipotesis y por tanto se ha demostrado que los DAP aportan una importante informacion para el diagnostico del OSAS. No obstante, debido a que no todos los eventos DAP se encuentran relacionados con las apneas, se ha abordado el analisis de la HRV durante eventos DAP como un criterio alternativo para discriminar los DAP asociados a apnea de los no asociados a apnea. Dado que la senal HRV durante las apneas es claramente no estacionaria, se han empleado metodos especificos (tiempo-frecuencia) para el analisis frecuencial de esta senal. Se han definido un conjunto de indices, tanto temporales como frecuenciales, derivados de la HRV, y mediante un par de test estadisticos no parametricos de Kruskal-Wallis se han estudiado las variaciones del ANS durante los DAP y la utilidad de los indices definidos para discriminar los DAP apneicos de los no apneicos. Mediante un analisis lineal discriminante basado en estos indices los eventos DAP se han clasificado en apneicos y no apneicos. Tambien se ha realizado un estudio clinico sobre la base de datos MSDBII para evaluar del valor diagnostico del indice derivado de la PPG y la HRV. Los resultados obtenidos muestran que se produce un incremento simpatico durante el DAP y que la HRV permite diferenciar entre DAP apneicos y no apneicos lo que mejora las prestaciones del metodo diagnostico. La senal PPG ha sido relacionada directamente con la actividad cardiaca, dando como resultado la senal tiempo de transito del pulso PTT. Se ha abordado el analisis de la variabilidad de la PTT (PTTV), que suponemos refleja principalmente la actividad simpatica, durante los eventos DAP como otra posible alternativa para discriminar los eventos DAP apneicos de los no apneicos. Se ha realizado un estudio analogo al presentado para la HRV. En primer lugar se ha obtenido la senal PTT como la diferencia temporal entre el pico de la onda R en el ECG y el 50% del valor maximo de la forma del pulso de la PPG asociado. Para el analisis frecuencial de la PTTV se han empleado tecnicas tiempo-frecuencia dada la no estacionariedad de la senal. A partir de la PTTV se han definido un conjunto de indices, tanto temporales como frecuenciales, y se han estudiado las variaciones del ANS durante los DAP y la utilidad de los indices definidos para discriminar los DAP apneicos de los no apneicos mediante un par de test estadisticos no parametricos de Kruskal-Wallis. Los eventos DAP se han clasificado en apneicos y no apneicos usando un analisis lineal discriminante basado en estos indices. Tambien se ha realizado un estudio clinico sobre la base de datos MSDBII para evaluar del valor diagnostico del indice derivado de la PPG y la PTTV. Los resultados obtenidos muestran que el incremento en la actividad simpatica que se produce durante un DAP es mas evidente en la PTTV que en la HRV. Ademas el incluir informacion del ANS en el metodo diagnostico mejora los resultados. Cuando esta informacion se obtiene a partir de la PTTV los resultados son muy similares a cuando se obtiene de la HRV, aunque el diagnostico es mas robusto y menos dependiente de los parametros del detector en el caso de la PTTV.