Acquisition of biomedical signals using microphones of MEMS technology

En el presente trabajo se estudia y desarrolla un sistema para la adquisición de señales biomédicas basado en micrófonos de tecnología MEMS (del inglés Micro-Electro-Mechanical Systems). Los micrófonos MEMS están diseñados para operar en frecuencias de audio, mientras que el contenido espectral de algunas señales biomédicas se encuentra en frecuencias fuera de este rango. Por lo tanto, cada señal biomédica requiere un abordaje especial. En particular, en este trabajo se analiza la capacidad de los micrófonos MEMS para adquirir señales de presión en la vía aérea, pulso arterial y sonidos cardíacos. Luego de la adquisición y muestreo de las señales, cada una es filtrada y amplificada considerando su ancho de banda y su amplitud, y la respuesta en frecuencia de los MEMS es compensada cuando es necesario. Al obtener simultáneamente las señales de sonido cardíaco y pulso arterial, el sistema desarrollado permite la medición del tiempo de tránsito de pulso (PTT, del inglés Pulse Transit Time) el cual puede ser utilizado para realizar una estimación continua de la presión arterial. Se desarrolló un dispositivo y se realizaron mediciones de las señales consideradas. Las señales de presión en la vía aérea no resultaron fisiológicamente comprensibles. En cambio, las señales de pulso arterial mostraron similitud con las observadas en la bibliografía. Para el sonido cardíaco se obtuvieron los sonidos s1, s2 y, en algunos casos, s3. Se pudo realizar la medición de PTT de manera no invasiva, siendo este trabajo, por tanto, simiente para desarrollos futuros.A system for biomedical signal acquisition using MEMS microphones (Micro Electro-Mechanical Systems) as sensors is studied and developed. While these microphones are designed for audio, typical biomedical signals? spectrums are far below audio frequencies. Therefore, a special approach is required for acquiring biomedical signals using MEMS microphones. This paper is focused on consider these microphones for acquiring signals of pressure in the airway, arterial pulse, and heart sounds. After acquisition and sampling of the signals, each one is properly filtered and amplified considering its bandwidth and amplitude, and the frequency response of the MEMS is compensated when required. In addition, the developed system allows the measurement of the pulse transit time (PTT), allowing a continuous estimation of blood pressure, because it was possible simultaneously obtaining the heart sounds and the arterial pulse signal. Measurements on the signals acquired were performed. Airway pressure signals obtained were not physiologically understandable. On the other hand, arterial pulse signals showed similarity with those observed in the literature. The cardiac sound s1 and s2 were successfully obtained and, in some cases, s3 was also detected. It was possible to measure the PTT in a non-invasive way, resulting this work a first step for future works.Fil: Dip, Christian Damián. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Electrónica; ArgentinaFil: Lomello, Franco. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Electrónica; ArgentinaFil: Comas, Diego Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; ArgentinaFil: Tusman, Gerardo Horacio. Hospital Privado de Comunidad. Departamento de Anestesiología y Cuidados Intensivos; ArgentinaFil: Meschino, Gustavo Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; Argentin

Photoplethysmographic characterization of vascular tone mediated changes in arterial pressure: an observational study

To determine whether a classification based on the contour of the photoplethysmography signal (PPGc) can detect changes in systolic arterial blood pressure (SAP) and vascular tone. Episodes of normotension (SAP 90–140 mmHg), hypertension (SAP > 140 mmHg) and hypotension (SAP 50% in a small PPG, while class IV-to-VI described vasodilation with a notch placed < 20% in a tall PPG wave. 190 datasets were analyzed including 61 episodes of hypertension [SAP = 159 (151–170) mmHg (median 1st–3rd quartiles)], 84 of normotension, SAP = 124 (113–131) mmHg and 45 of hypotension SAP = 85(80–87) mmHg. SAP were well correlated with SVR (r = 0.78, p < 0.0001) and Cvasc (r = 0.84, p < 0.0001). The PPG-based classification correlated well with SAP (r = − 0.90, p < 0.0001), SVR (r = − 0.72, p < 0.0001) and Cvasc (r = 0.82, p < 0.0001). The PPGc misclassified 7 out of the 190 episodes, presenting good accuracy (98.4% and 97.8%), sensitivity (100% and 94.9%) and specificity (97.9% and 99.2%) for detecting episodes of hypotension and hypertension, respectively. Changes in arterial pressure and vascular tone were closely related to the proposed classification based on PPG waveform. Clinical Trial Registration NTC02854852.Fil: Tusman, Gerardo Horacio. Hospital Privado de Comunidad. Departamento de Anestesiología y Medicina Intensiva; ArgentinaFil: Acosta, Cecilia María. Hospital Privado de Comunidad. Departamento de Anestesiología y Medicina Intensiva; ArgentinaFil: Pulletz, Sven. Klinikum Osnabrück; AlemaniaFil: Böhm, Stephan H.. Rostock University Medical Center. Department of Anesthesiology and Intensive Care Medicine. ; AlemaniaFil: Scandurra, Adriana Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; ArgentinaFil: Martinez Arca, Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; ArgentinaFil: Madorno, Matias. Instituto Tecnológico de Buenos Aires; ArgentinaFil: Suárez Sipmann, Fernando. Uppsala University. Department of Surgical Sciences; Suecia. Hospital Universitario de La Princesa. Servicio de Medicina Intensiva; España. Universidad Carlos III de Madrid. Instituto de Salud; Españ