Diseño e implementación de un electrocardiógrafo materno-fetal como base para el desarrollo de un monitor de variables fisiológicas materno-fetales - Arias Ortega, Ronald (Universidad Autónoma Metropolitana, 2010)
Introducción: El monitoreo materno y fetal es una herramienta muy importante durante el periodo de gestación y en la etapa del nacimiento, ya que a través del análisis de algunas variables, se pueden obtener índices que permiten establecer condiciones anormales en la gestante o en el feto. La frecuencia cardiaca (FC) y la señal de ECG son las principales variables que se pueden monitorear de forma no invasiva en el feto durante el embarazo, y suministran mucha información a través del análisis de la variabilidad de la frecuencia cardiaca y de la morfología de la señal. Las técnicas más destacadas que permiten el monitoreo de la FC y del ECG son el ultrasonido de efecto Doppler y la magnetocardiografía fetal; sin embargo, estas técnicas no son apropiadas para un monitoreo ambulatorio continuo. La medición del ECG transabdominal ha demostrado ser una técnica viable para el monitoreo de larga duración, con la desventaja que las señales obtenidas presentan muchas fuentes de interferencia y se necesita un alto nivel de procesamiento para su extracción. Se han desarrollado numerosos algoritmos con el fin de obtener el ECG fetal a partir del ECG abdominal, sin embargo, su evaluación no se encuentra estandarizada, por lo que se dificulta realizar una medida objetiva del desempeño. Más aún, si se analiza desde la perspectiva de implementación, cada algoritmo tiene sus restricciones en cuanto al tipo de procesamiento que realiza y el número de canales que requiere. De esta manera se presenta como un campo de investigación abierto, donde el desarrollo de técnicas de procesamiento y tecnología pueden ayudar a disminuir la morbilidad materna-fetal a través del monitoreo continuo, sobre todo en embarazos de alto riesgo. Objetivo: Diseñar e implementar un electrocardiógrafo materno-fetal como base para el desarrollo de un monitor de variables fisiológicas materno-fetales, que permita a partir de un canal de ECG abdominal separar el ECG fetal y materno en tiempo real y obtener la frecuencia cardiaca latido a latido. Metodología: Se desarrolló una primera etapa de investigación que consistió en el diseño y evaluación de un algoritmo que permitiera la extracción de la frecuencia cardiaca materna y fetal en tiempo real a partir de un canal abdominal. El algoritmo ejecuta bloques de procesamiento secuenciales y se implementó en Matlabr; como método de comparación se utilizó un algoritmo de referencia diseñado anteriormente en el Laboratorio de Fisiología Humana de la Universidad Autónoma Metropolitana y el conjunto de datos de evaluación estuvo formado por una base de registros obtenidos en el Centro de Investigación Materno Infantil del Grupo de Estudios al Nacimiento. Para realizar la evaluación del desempeño se compararon las detecciones realizadas por el algoritmo propuesto y el de referencia contra las de un experto, y como medida del desempeño se utilizó la sensibilidad. La segunda etapa del trabajo se enfocó en la implementación y evaluación del algoritmo diseñado previamente en una plataforma de hardware independiente. De igual forma se diseñaron e implementaron etapas de acondicionamiento, alimentación y almacenamiento para complementar el desarrollo de la plataforma. Se evaluó el desempeño del algoritmo directamente en la plataforma y con el mismo conjunto de datos, tomando como medida del desempeño la sensibilidad. Para esto se diseñó un sistema de generación de señales que permitió utilizar 25 señales del banco de datos de evaluación de manera analógica, y por este medio se determinó el rendimiento de la plataforma en términos de consumo de potencia, tiempos de procesamiento y recursos de memoria. Resultados: El desempeño del algoritmo propuesto en su implementación en Matlab fue muy similar con el desempeño del método de referencia; presentando el algoritmo propuesto una sensibilidad de 0.98 frente a 0.99 del método de referencia en el caso materno, y de 0.88 frente a 0.87 del método de referencia en el caso fetal. El análisis estadístico no arrojó diferencias significativas debidas a los métodos para las tasas de detecciones de los dos algoritmos. El algoritmo implementado en la plataforma de hardware presentó una sensibilidad de 0.95 en el caso materno y de 0.87 en el caso fetal, con un consumo de recursos que no sobrepasó en promedio el 50 % de la memoria disponible y con tiempos de procesamientos inferiores al 25 % del tiempo total disponible para realizar las tareas en tiempo real. En términos de consumo de corriente las etapas de acondicionamiento, alimentación y procesamiento arrojaron buenos resultados en conjunto, promediando 105 mA en modo de bajo consumo. Conclusiones: Se cumplió el objetivo de desarrollar un algoritmo de detección con un desempeño similar al método de referencia, pero usando técnicas de procesamiento que permiten su implementación en plataformas independientes de forma eficiente. El algoritmo desarrollado presentó en general un desempeño alto y comparable con el método de referencia, cumpliendo con los criterios y objetivos que se plantearon para su desarrollo. La plataforma desarrollada permitió la evaluación de todos los procesos involucrados en la adquisición y procesamiento de ECG abdominal. Los resultados mostraron que la arquitectura escogida ejecuta de forma eficiente todos los procesos del algoritmo, con tiempos de procesamiento muy bajos, obteniendo altas tasas de detección en señales con SNR fetal entre 8 y 15 dB.