Esquema para la cancelación de interferencias mediante un análisis de multiresolución

En general, en el análisis y procesamiento de señales biomédicas es inevitable la presencia de señales de interferencia, que se traslapar temporal y espectralmente con la señal deseada, y los sonidos respiratorios no son la excepción. La auscultación pulmonar surge como una técnica clínica primordial en la evaluación y seguimiento de enfermedades pulmonares. Actualmente, entre los profesionales de la medicina, el inter& en el análisis de los sonidos respiratorios mediante la técnica de auscultación permanece vigente debido a la información que los sonidos contienen acerca de la condición pulmonar y su característica no invasiva. En el análisis de los sonidos respiratorios, los' ruidos cardiacos representan una fuente de ruido ineludible que modifica, en algunas ocasiones severamente, la información referente al estado pulmonar. Estudios relacionados con la cancelación de interferencias, en diversos campos de la ingeniería, indican que el desempeño de los esquemas de cancelación radica fuertemente en la estimación adecuada del retraso temporal entre la señal de referencia y la señal primaria. En consecuencia, el objetivo de la presente investigación es desarrollar un esquema que permita la cancelación de señales de interferencia (ruidos cardiacos) presentes en la adquisición de los sonidos respiratorios. Para minimizar los efectos de las señales de interferencia, el esquema propuesto para la estimación conjunta de la señal de interferencia y su posición temporal, denominado ‘‘joint time delay and signal estimation (JTDSE)”, utiliza un análisis de multiresolución como marco de referencia. En una primera etapa, el esquema estima la ubicación temporal, “time delay estimation (TDE)”, de la señal de interferencia cardíaca y posteriormente, realiza el filtrado de la señal de interferencia mediante técnicas no convencionales. El análisis de multiresolución de las señales de referencia cardíaca y de sonido respiratorio adquirido se efectúa mediante la transformada discreta de ondillas, “discrete wavelet transform (DWT)”, utilizando varios niveles de descomposición.Como consecuencia del análisis de multiresolución, la metodología propuesta posee importantes beneficios tales como la incorporación de información complementaria en múltiples subbandas, robustez en presencia de ruido, y disponibilidad de un procedimiento de validacibn para los retrasos estimados. El esquema en subbandas JTDSE emplea diferentes mecanismos de adaptación para el retraso temporal y para el proceso de filtrado de la señal de interferencia. La adaptación del retraso se lleva a cabo mediante el algoritmo del gradiente descendente (GD) G mediante el algoritmo de Levenberg-Marquardt (LM), mientras que el proceso de filtrado se basa en el filtro transversal rápido a bloques, “block fast transversal filter (BFTF)”. El desempeño del esquema JTDSE, en sd fase de estimación de la ubicación temporal de interferencias cardiacas, se evalúa utilizando señales sintetizadas que simulan la morfología de la señal respiratoria y la presencia de señales de interferencia con múltiples ruidos cardiacos. La robustez del esquema propuesto se evalúa involucrando diferentes condiciones de la relación señal a interferencia. Señales respiratoriz; adquiridas de sujetos sanos y pacientes asmáticos muestran que el esquema JTDSE representa una alternativa en el análisis de sonidos respiratorios. Además, los resultados del esquema JTDSE se comparan con los resultados obtenidos mediante un esquema de cancelación propuesto previamente, esquema basado en el filtro de Kalman de orden reducido “reduced order Kalman filter (ROKF)”. La utilidad del esquema propuesto no se limita al campo biomédico. En la detección submarina de objetos, “underwater targ target detection (UTD)”, con el propósito de analizar la informacibn relevante relacionada con el objeto bajo estudio, es importante ubicar temporalmente y eliminar la presencia de información no deseada en la señal acústica reflejada. En la evaluación del desempeño del esquema JTDSE, en el campo de la detección submarina de objetos, se emplearon señales sintetizadas simulando la presencia de múltiples componentes no deseados y señales adquiridas de objetos bajo el agua. Los resultados incluidos en eí presente documento se obtuvieron utilizando la versión programada del esquema JTDSE, en la plataforma proporcionada por “Matlab”. La aplicación clínica del esquema propuesto posiblemente requiera la versión en circuitería que en su diseño considere las bondades del procesamiento en paralelo de varias subbandas, inherente a la descomposición por multiresolución

Interference cancellation in respiratory sounds via a multiresolution joint time-delay and signal-estimation scheme

Includes bibliographical references.This paper is concerned with the problem of cancellation of heart sounds from the acquired respiratory sounds using a new joint time-delay and signal-estimation (JTDSE) procedure. Multiresolution discrete wavelet transform (DWT) is first applied to decompose the signals into several subbands. To accurately separate the heart sounds from the acquired respiratory sounds, time-delay estimation (TDE) is performed iteratively in each subband using two adaptation mechanisms that minimize the sum of squared errors between these signals. The time delay is updated using a nonlinear adaptation, namely the Levenberg-Marquardt (LM) algorithm, while the function of the other adaptive system-which uses the block fast transversal filter (BFTF)—is to minimize the mean squared error between the outputs of the delay estimator and the adaptive filter. The proposed methodology possesses a number of key benefits such as the incorporation of multiple complementary information at different subbands, robustness in presence of noise, and accuracy in TDE. The scheme is applied to several cases of simulated and actual respiratory sounds under different conditions and the results are compared with those of the standard adaptive filtering. The results showed the promise of the scheme for the TDE and subsequent interference cancellation

Concept, Design and Implementation of a Cardiovascular Gene-Centric 50 K SNP Array for Large-Scale Genomic Association Studies

A wealth of genetic associations for cardiovascular and metabolic phenotypes in humans has been accumulating over the last decade, in particular a large number of loci derived from recent genome wide association studies (GWAS). True complex disease-associated loci often exert modest effects, so their delineation currently requires integration of diverse phenotypic data from large studies to ensure robust meta-analyses. We have designed a gene-centric 50 K single nucleotide polymorphism (SNP) array to assess potentially relevant loci across a range of cardiovascular, metabolic and inflammatory syndromes. The array utilizes a “cosmopolitan” tagging approach to capture the genetic diversity across ∼2,000 loci in populations represented in the HapMap and SeattleSNPs projects. The array content is informed by GWAS of vascular and inflammatory disease, expression quantitative trait loci implicated in atherosclerosis, pathway based approaches and comprehensive literature searching. The custom flexibility of the array platform facilitated interrogation of loci at differing stringencies, according to a gene prioritization strategy that allows saturation of high priority loci with a greater density of markers than the existing GWAS tools, particularly in African HapMap samples. We also demonstrate that the IBC array can be used to complement GWAS, increasing coverage in high priority CVD-related loci across all major HapMap populations. DNA from over 200,000 extensively phenotyped individuals will be genotyped with this array with a significant portion of the generated data being released into the academic domain facilitating in silico replication attempts, analyses of rare variants and cross-cohort meta-analyses in diverse populations. These datasets will also facilitate more robust secondary analyses, such as explorations with alternative genetic models, epistasis and gene-environment interactions

Diseño, construcción y evaluación de un medidor de gasto cardiaco basado en la impedancimetría transtorácica

La pletismografía impedancimétrica transtorácica es una técnica de medición no invasiva que permite conocer el valor gasto cardíaco de un sujeto. En esta tesis se presenta el desarrollo de un prototipo de impedancimetría que cumple con los criterios de diseño y seguridad desarrollados en base al estudio de experiencias similares e investigaciones relacionadas. También se presentan los procedimientos para la validación del prototipo diseñado. En La validación se incluyen como resultados la relación temporal entre la señal de cambio de impedancia y el electrocardiograma, el rengo de frecuencias contenido en la señal de cambio de impedancia obtenida y la calibración, en ohms, que se maneja para la misma La calibración del prototipo, en términos del volumen de eyección, se lleva a acabo tomando como patrón de calibración a los valores de gasto cardíaco obtenidos por las técnicas de ultrasonido diagnóstico. Para lo cual se dividió la población bajo estudio en dos grandes grupos, uno de control conformados por sujetos sanos (20 pacientes) y otro de pacientes los cuales sufrían diferentes cardiopatías (40 pacientes). En los resultados de esta primera evaluación (calibración) se presenta una buena correlación entre los valores de índice cardíaco y la amplitud de la señal de cambio de impedancia (π =0.8). Estos resultados sugieren que la señal de cambio de impedancia es un buen indicador del índice cardíaco de un individuo. Es “sano” y necesario plantean otro protocolo de calibración que permita obtener mayor información de la señal de cambio de impedancia en relación al gasto cardíaco

New time delay estimation in subbands for resolving multiple specular reflections, A

Includes bibliographical references.In this correspondence, a new time delay estimation procedure is proposed using the multiresolution analysis framework through a discrete wavelet transform (DWT). Once the signals are decomposed, the time delays are estimated iteratively in each sub-band using two different adaptation mechanisms that minimize the mean squared error (MSE) between the reference and primary signals in the corresponding sub-band and level. The localization of the minima of the MSE curves at different levels and subbands is used in order to arrive at the time delay estimates. The proposed scheme is then applied to a real-life problem of underwater target detection from the acoustic backscttered data.This work was supported by the Office of Naval Research (ONR 321TS). The Technical Agent was Coastal Systems Station, Panama City, FL

A Smartphone-Based System for Automated Bedside Detection of Crackle Sounds in Diffuse Interstitial Pneumonia Patients

In this work, we present a mobile health system for the automated detection of crackle sounds comprised by an acoustical sensor, a smartphone device, and a mobile application (app) implemented in Android. Although pulmonary auscultation with traditional stethoscopes had been used for decades, it has limitations for detecting discontinuous adventitious respiratory sounds (crackles) that commonly occur in respiratory diseases. The proposed app allows the physician to record, store, reproduce, and analyze respiratory sounds directly on the smartphone. Furthermore, the algorithm for crackle detection was based on a time-varying autoregressive modeling. The performance of the automated detector was analyzed using: (1) synthetic fine and coarse crackle sounds randomly inserted to the basal respiratory sounds acquired from healthy subjects with different signal to noise ratios, and (2) real bedside acquired respiratory sounds from patients with interstitial diffuse pneumonia. In simulated scenarios, for fine crackles, an accuracy ranging from 84.86% to 89.16%, a sensitivity ranging from 93.45% to 97.65%, and a specificity ranging from 99.82% to 99.84% were found. The detection of coarse crackles was found to be a more challenging task in the simulated scenarios. In the case of real data, the results show the feasibility of using the developed mobile health system in clinical no controlled environment to help the expert in evaluating the pulmonary state of a subject

Time-Frequency Analysis of Cardiovascular and Cardiorespiratory Interactions During Orthostatic Stress by Extended Partial Directed Coherence

In this study, the linear method of extended partial directed coherence (ePDC) was applied to establish the temporal dynamic behavior of cardiovascular and cardiorespiratory interactions during orthostatic stress at a 70° head-up tilt (HUT) test on young age-matched healthy subjects and patients with orthostatic intolerance (OI), both male and female. Twenty 5-min windows were used to analyze the minute-wise progression of interactions from 5 min in a supine position (baseline, BL) until 18 min of the orthostatic phase (OP) without including pre-syncopal phases. Gender differences in controls were present in cardiorespiratory interactions during OP without compromised autonomic regulation. However in patients, analysis by ePDC revealed considerable dynamic alterations within cardiovascular and cardiorespiratory interactions over the temporal course during the HUT test. Considering the young female patients with OI, the information flow from heart rate to systolic blood pressure (mechanical modulation) was already increased before the tilt-up, the information flow from systolic blood pressure to heart rate (neural baroreflex) increased during OP, while the information flow from respiration to heart rate (respiratory sinus arrhythmia) decreased during the complete HUT test. Findings revealed impaired cardiovascular interactions in patients with orthostatic intolerance and confirmed the usefulness of ePDC for causality analysis