Estudio de la viabilidad de la estimación del grado de adherencia a estilos de vida saludables a partir de medidas cardíacas oportunistas

In recent times, developed countries have experienced an increase of several diseases related to non-healthy lifestyles. Nevertheless, as an individual, it is difficult to know the degree of adherence to a healthy lifestyle (EVS) regardless the personal benefits of following it are multiple. Therefore, the aim of this thesis is to estimate the degree of EVS of an individual from the measurement of cardiovascular variables in a non-intrusive, simple, comfortable and fast way. So, the measurement has to be done with a common device like a smartphone. This thesis has employed the heart rate variability (HRV) and the pulse arrival time (PAT) as cardiovascular variables. Several previous studies have demonstrated that the HRV could be measured with a smartphone but they have not quantified their accuracy. Therefore, this thesis has assessed if it is possible to do an accurate HRV measurement with these devices. It has found that some smartphones are not suitable due to their flash and the quantification error of the HRV is mainly from the pulse wave and not from the smartphone. Moreover, the optimal cut off frequencies to filter the pulse wave depend on the method used to detect its arrival. Also, the estimation error in the HRV extracted from a pulse wave depends on the measurement conditions. These could happen if the measurement is done in non-controlled environments as an inexperienced person measuring HRV with a smartphone. Some of these influences have been thoroughly studied. This thesis has evaluated the breathing, the postural and the contact force between photoplethysmograph sensor and the finger effects showing that all of them should be controlled. Additionally, in order to reduce the measurements conditions effects, the pulse wave arrival should be detected at the maximum of its first or second derivative or with the parametric estimator TANH. Moreover, the respiratory sinus arrhythmia is systematically bigger in the HRV extracted from the pulse wave than from the electrocardiogram, the human body get used to the contact force and the pulse wave morphology changes with it and, likely, with the posture. The PAT estimation is also affected by external measurements conditions but, usually, their effects have not been studied. This thesis recommends controlling the breathing frequency, the posture and the contact force in the PAT measurement and detect the pulse wave arrival in the maximum of its first derivative or, in case of contact force not being controlled, with the parametric estimator TANH. Moreover, the breathing frequency and the posture affect the PAT potency but only the first and the contact force influence the PAT mean value. On the other hand, short good measurements segments could exist within long and not-controlled measurement of HRV and/or PAT. However, the effect of a very short cardiovascular measurement on the HRV and the PAT quantification is little analysed. Therefore, they are studied in this thesis. It has been found that four HRV indexes and two PAT indexes can be employed in measurements between 10 and 90 seconds long. In addition, averaging several of them is a simple method to increase their repeatability and similarity. Consequently, up to ten HRV indexes can be used if the indexes computed from several measurements of very short duration are averaged. Finally, this thesis has studied if a separated or simultaneously measurement of the HRV and the PAT can be used to quantify the degree of EVS of an individual. It has been concluded that the relation between them is likely insufficient to accurately predict most of the EVS indicators that quantify the degree of EVS. In addition, it has been found a moderate and complex relationship between these indicators and the HRV and small and complex with the PAT. Moreover, there is no interaction between the HRV and the PAT that reflects a significant bigger relationship with most of the EVS indicators.En los últimos tiempos ha habido un incremento de diversas enfermedades relacionadas con estilos de vida poco saludables en los países desarrollados. No obstante, como individuo es difícil conocer el grado de adherencia a un estilo de vida saludable (EVS) a pesar que los beneficios personales de seguirlo son múltiples. Por ello, el objetivo de esta tesis es estimar el grado de EVS de un individuo a partir de la medida de variables cardiovasculares de manera no intrusiva, sencilla, cómoda y rápida. Por tanto, la medida debe poder ser realizable con un dispositivo de uso cotidiano como es un smartphone. Como variables cardiovasculares, esta tesis ha empleado la variabilidad del ritmo cardíaco (HRV) y el tiempo de llegada del pulso (PAT). Varias investigaciones previas han demostrado que se puede medir la HRV con un móvil pero no han cuantificado su precisión. Por ello, se ha evaluado si es posible realizar una medida de la HRV precisa con un smartphone. Se ha hallado que no todos los móviles son aptos debido al flash y que la mayor parte del error cometido al cuantificar la HRV se debe al uso de la onda de pulso y no al móvil. Además, las frecuencias de corte óptimas para filtrar la onda de pulso dependen del método utilizado para detectar su llegada. Asimismo, el error de estimación de la HRV con la onda de pulso depende de diversas condiciones de medida. Estas pueden suceder si la medida se realiza en entornos no controlados como es el caso que una persona no experta mida la HRV con un smartphone. Algunas de ellas han sido ampliamente estudiadas. Esta tesis ha evaluado los efectos de la respiración, de la postura y de la fuerza de contacto entre el fotopletismógrafo y el dedo demostrando que las tres deben ser controladas. Asimismo, para reducir los efectos de las condiciones de medida, la llegada de la onda de pulso debe detectarse en el máximo de su primera o de su segunda derivada o con el estimador paramétrico TANH. Además, la arritmia sinusal respiratoria es sistemáticamente mayor en la HRV extraída a partir de la onda pulso, el cuerpo humano se acondiciona a la fuerza de contacto y la morfología de la onda de pulso varía con ella y, probablemente, con la postura. La estimación del PAT también está afectada por las condiciones externas de medida pero sus efectos no se han analizado habitualmente. Esta tesis recomienda controlar la frecuencia de respiración, la postura y la fuerza de contacto para su medida y detectar la llegada del pulso en el máximo de su primera derivada o, si no se controla la fuerza, en el estimador paramétrico TANH. Además, la frecuencia de respiración y la postura afectan a la potencia del PAT pero solo la primera y la fuerza de contacto influyen sobre su valor medio. Cortos fragmentos de medida buenos pueden existir dentro de una medida de HRV y/o del PAT larga y no controlada aunque el efecto de una medida cardiovascular de duración muy corta en la cuantificación de la HRV y del PAT está poco analizado. Por ello, esta tesis lo estudia. Se ha encontrado que cuatro índices de HRV y dos del PAT pueden ser utilizados en medidas de entre 10 y 90 segundos. Además, promediar varias de ellas es una manera sencilla de incrementar su repetibilidad y su similitud. Como consecuencia, se pueden utilizar hasta 10 índices de HRV si se promedian los índices extraídos de varias medidas de duración muy corta. Por último, esta tesis ha estudiado si una medida separada o conjunta de la HRV y del PAT puede servir para cuantificar el grado de EVS de un individuo. Se concluye que la relación entre ellos es probablemente insuficiente para que la mayoría de los indicadores que cuantifican el grado de EVS puedan ser predichos con precisión. Además, se ha encontrado una moderada y compleja relación entre estos indicadores y la HRV y pequeña y compleja con el PAT. Asimismo, no existe una interacción entre la HRV y el PAT que refleje una relación significativamente mayor con la mayoría de los indicadores de EVS.Postprint (published version

SeniorFit : Una aplicación móvil para el seguimiento de la adherencia a estilos de vida saludable para gente mayor

El envejecimiento progresivo de la población en los países desarrollados exige la promoción de estilos de vida saludables para fomentar el envejecimiento activo. En este trabajo se presenta una aplicación denominada SeniorFit que pretende facilitar la autoevaluación de la adherencia al estilo de vida mediante una herramienta sencilla, cómoda y fiable. La aplicación está desarrollada para móviles y permite medir de forma no intrusiva la actividad física, el pulso cardíaco y evaluar el estado de ánimo utilizando únicamente el propio móvil. Esta aplicación ha sido utilizada por un grupo de gente mayor durante 3 semanas y en condiciones libres. Los usuarios han manifestado un alto grado de satisfacción y la facilidad de su uso.Postprint (published version

Comparison of video-based methods for respiration rhythm measurement

The aim of this work is to characterize the di erences in the respiratory rhythm obtained through three video based methods by comparing the obtained respiratory signals with the one obtained with the gold standard method in adult population. The analysed methods are an RGB camera, a depth camera and a thermal camera while the gold standard is an inductive thorax plethysmography system (Respiband system from BioSignals Plux). 21 healthy subjects where measured, performing 4 tests for each subject. The respiratory rhythm and its variability was obtained from the four respiratory signals (3 video methods and gold standard). The signal acquisition was performed with custom and proprietary algorithms. To characterize the respiratory rhythm and its variability obtained with the di erent video sources and gold standard, the instantaneous frequency, Bland-Altman plots and standard deviation of the error between video methods and the gold standard have been computed. The depth and RGB camera present high agreement with no statistical di erences between them, with errors when comparing with the gold standard in the range of mHz. The thermal camera performs poorly if compared with the two other methods, nevertheless it cannot be discarded directly because some errors produced by the subjects head movement could not be corrected. From these results we conclude that the depth and RGB camera, and their respective acquisition algorithms) can be used in controlled conditions to measure respiration rhythm and its variability. The thermal camera on the other hand, although it can not be discarded directly, performed poorly if compared with the other two methods. Further studies are needed to con rm that these methods can be used in real life conditions.Postprint (author's final draft

A photoplethysmography smartphone-based method for heart rate variability assessment: device model and breathing influences

© 2019 Elsevier. This manuscript version is made available under the CC-BY-NC-ND 4.0 license http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/A measurement method of heart rate and heart rate variability (HRV) based on smartphone has been developed and validated. The method is based on photoplethysmography (PPG) acquired with the smartphone camera (SPPG). SPPG was compared with the electrocardiogram (ECG), used as the gold standard, and with an external PPG sensor. Twenty-three healthy subjects were measured using two different smartphone models in three different breathing conditions. The error of the first differentiation between SPPG and ECG series is minimized with the fiducial point at maximum first derivative of the SPPG. The obtained standard deviation of error (SDE) between SPPG and ECG is around 5.4 ms and it is similar to SDE between PPG and ECG. Good agreement between SPPG and ECG for NN, SDNN and RMSSD have been found but it is insufficient agreement for LF/HF. Similar levels of agreement for SPPG-ECG and PPG-ECG have been obtained for the HRV indices. Finally, the differences between smartphone models for HRV indices are slight. Therefore, the smartphone can be used for measuring accurately the following HRV indices: NN, SDNN and RMSSD.Peer ReviewedPostprint (published version

Prototipo de pulsera para la medida de ECG bajo demanda y la medida continua de la onda de pulso

El interés en la variabilidad de ritmo cardiaco (HRV) y la estimación de la presión arterial a partir del tiempo de llegada de la onda de pulso (PAT) se ha incrementado exponencialmente en los últimos años debido a los indicadores que se pueden extraer. En este trabajo se presenta un prototipo de pulsera que, sin ningún otro medio externo a esta, es capaz de medir electrocardiograma (ECG), onda de pulso y, por consiguiente el PAT, de forma no invasiva. Además, está diseñada para la realización de medidas oportunistas y pensando en la comodidad del usuario. Se presentan también los materiales y electrónica empleados para la implementación del prototipo. A partir de los resultados obtenidos se da una guía para la colocación de los sensores en la pulsera. Finalmente, los resultados indican que la calidad de las medidas realizadas es suficiente para ser utilizadas en el estudio de HRV y PAT.Postprint (updated version

A methodology to quantify the differences between alternative methods of heart rate variability measurement

This work proposes a systematic procedure to report the differences between heart rate variability time series obtained from alternative measurements reporting the spread and mean of the differences as well as the agreement between measuring procedures and quantifying how stationary, random and normal the differences between alternative measurements are. A description of the complete automatic procedure to obtain a differences time series (DTS) from two alternative methods, a proposal of a battery of statistical tests, and a set of statistical indicators to better describe the differences in RR interval estimation are also provided. Results show that the spread and agreement depend on the choice of alternative measurements and that the DTS cannot be considered generally as a white or as a normally distributed process. Nevertheless, in controlled measurements the DTS can be considered as a stationary process.Peer ReviewedPostprint (published version

Sistema de detecció automàtica d'artefactes en el senyal respiratòri per algoritmes de detecció de somnolència

The aim of this project is to develop algorithms to detect different activities of the pilot during car driving based on respiratory signals.[ANGLÈS] The Dirección General de Tráfico (DGT) has achieved, by advertising campaign, a reduction in the number of traffic accidents. However, in drivers have remained attitudes that favour appearance of the fatigue and drowsiness. Therefore, the algorithm of drowsiness detection TEDD has been developed from the IEB. By the analysis of the breathing, it extract if the driver is too much drowsiness for driving a car. However, artefacts in the breathing signal can cause a wrong functioning in the TEDD. Therefore, the goal in this project is the development of the real time system for artefacts detection that point TEDD where the signal is useful. At the beginning of the project and before that I would start to design the system, breathing signal and patrons inside it had been studied. After that, MATLAB prototype had been developed to analyse the input signal in search for patterns and then decide which sections are useful for the TEDD. Finally, when the prototype has been finished and its performance has been assessment, it has been adapted for real time execution and translated to Java programming language. Finally, the performance of this system implemented in Java has been evaluated and also the impact in the TEDD results when this system is used. Considering the results obtained, the develop system could use to know if the breathing signal is appropriate for TEDD algorithm.[CASTELLÀ] La Dirección General de Tráfico (DGT) ha logrado, mediante campañas publicitarias, una reducción en el número de accidentes de tráfico. Sin embargo, aún persisten en los conductores actitudes que favorecen la aparición de la fatiga y la somnolencia. Por ello, desde el IEB se ha desarrollado el algoritmo de detección de somnolencia TEDD. Mediante el análisis de la respiración, extrae si el conductor está demasiado somnoliento para ser apto para conducir. Sin embargo, los artefactos existentes en la señal de respiración pueden provocar un mal funcionamiento del TEDD. Por ello, el objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema de detección de artefactos en tiempo real que indique al TEDD cuando la señal de respiración es útil. En el inicio del proyecto y antes que se comenzase a diseñar el sistema, se ha estudiado como es la señal de respiración y los múltiples patrones que contiene. A continuación, se ha desarrollado un prototipo en MATLAB para analizar la señal de entrada en busca de patrones y, a partir de estos, decidir que tramos de señal son útiles para el TEDD. Finalmente, una vez acabado el prototipo y evaluado su rendimiento, se ha adaptado para su funcionamiento en tiempo real y portado al lenguaje de programación Java. Finalmente, he evaluado el rendimiento de este sistema implementado en Java y el impacto que existe al utilizar el sistema de detección de artefactos en los resultados del TEDD. A la vista de los resultados obtenidos, se puede afirmar que el sistema desarrollado puede ser utilizado para determinar si la señal de respiración es adecuada para ser analizada por el algoritmo TEDD.[CATALÀ] La Dirección General de Tráfico (DGT) ha aconseguit, mitjançant campanyes publicitaries, una reducció del nombre d'accidents de tràfic. Tanmateix, encara persisteixen en el conductors actituds que afavoreixen l'aparició de la fatiga i la somnolència. Per això, des de l'IEB s'ha desenvolupat l'algoritme de detecció de somnolència TEDD. Mitjançant l'anàlisi de la respiració, extreu si el conductor està massa somnolent per ser apte per a conduir. No obstant això, els artefactes existents en el senyal de respiració poden provocar un mal funcionament del TEDD. Es per això que l'objectiu d'aquest projecte es el desenvolupament d'un sistema de detecció d'artefactes en temps real que indiqui al TEDD quan el senyal de respiració es útil. A l'inici del projecte i abans que es comencés a dissenyar el sistema, s'ha estudiat com es el senyal de respiració i els múltiples patrons que conté. A continuació, s'ha desenvolupat un prototip en MATLAB per analitzar el senyal d'entrada en busca de patrons i, a patir d'aquest, decidir quins trams de senyal son útils per al TEDD. Finalment, una vegada acabat el prototip i avaluat el seu rendiment, s'ha adaptat per al seu funcionament en temps real i portat al llenguatge de programació Java. Finalment, he avaluat el rendiment d'aquest sistema implementat en Java i l'impacte que existeix al utilitzar el sistema de detecció d'artefactes en els resultats del TEDD. A la vista dels resultats obtinguts, es pot afirmar que el sistema desenvolupat pot ser utilitzat per determinar si el senyal de respiració es adequada per ser analitzada per l'algoritme TEDD

Estudio de la viabilidad de la estimación del grado de adherencia a estilos de vida saludables a partir de medidas cardíacas oportunistas

In recent times, developed countries have experienced an increase of several diseases related to non-healthy lifestyles. Nevertheless, as an individual, it is difficult to know the degree of adherence to a healthy lifestyle (EVS) regardless the personal benefits of following it are multiple. Therefore, the aim of this thesis is to estimate the degree of EVS of an individual from the measurement of cardiovascular variables in a non-intrusive, simple, comfortable and fast way. So, the measurement has to be done with a common device like a smartphone. This thesis has employed the heart rate variability (HRV) and the pulse arrival time (PAT) as cardiovascular variables. Several previous studies have demonstrated that the HRV could be measured with a smartphone but they have not quantified their accuracy. Therefore, this thesis has assessed if it is possible to do an accurate HRV measurement with these devices. It has found that some smartphones are not suitable due to their flash and the quantification error of the HRV is mainly from the pulse wave and not from the smartphone. Moreover, the optimal cut off frequencies to filter the pulse wave depend on the method used to detect its arrival. Also, the estimation error in the HRV extracted from a pulse wave depends on the measurement conditions. These could happen if the measurement is done in non-controlled environments as an inexperienced person measuring HRV with a smartphone. Some of these influences have been thoroughly studied. This thesis has evaluated the breathing, the postural and the contact force between photoplethysmograph sensor and the finger effects showing that all of them should be controlled. Additionally, in order to reduce the measurements conditions effects, the pulse wave arrival should be detected at the maximum of its first or second derivative or with the parametric estimator TANH. Moreover, the respiratory sinus arrhythmia is systematically bigger in the HRV extracted from the pulse wave than from the electrocardiogram, the human body get used to the contact force and the pulse wave morphology changes with it and, likely, with the posture. The PAT estimation is also affected by external measurements conditions but, usually, their effects have not been studied. This thesis recommends controlling the breathing frequency, the posture and the contact force in the PAT measurement and detect the pulse wave arrival in the maximum of its first derivative or, in case of contact force not being controlled, with the parametric estimator TANH. Moreover, the breathing frequency and the posture affect the PAT potency but only the first and the contact force influence the PAT mean value. On the other hand, short good measurements segments could exist within long and not-controlled measurement of HRV and/or PAT. However, the effect of a very short cardiovascular measurement on the HRV and the PAT quantification is little analysed. Therefore, they are studied in this thesis. It has been found that four HRV indexes and two PAT indexes can be employed in measurements between 10 and 90 seconds long. In addition, averaging several of them is a simple method to increase their repeatability and similarity. Consequently, up to ten HRV indexes can be used if the indexes computed from several measurements of very short duration are averaged. Finally, this thesis has studied if a separated or simultaneously measurement of the HRV and the PAT can be used to quantify the degree of EVS of an individual. It has been concluded that the relation between them is likely insufficient to accurately predict most of the EVS indicators that quantify the degree of EVS. In addition, it has been found a moderate and complex relationship between these indicators and the HRV and small and complex with the PAT. Moreover, there is no interaction between the HRV and the PAT that reflects a significant bigger relationship with most of the EVS indicators.En los últimos tiempos ha habido un incremento de diversas enfermedades relacionadas con estilos de vida poco saludables en los países desarrollados. No obstante, como individuo es difícil conocer el grado de adherencia a un estilo de vida saludable (EVS) a pesar que los beneficios personales de seguirlo son múltiples. Por ello, el objetivo de esta tesis es estimar el grado de EVS de un individuo a partir de la medida de variables cardiovasculares de manera no intrusiva, sencilla, cómoda y rápida. Por tanto, la medida debe poder ser realizable con un dispositivo de uso cotidiano como es un smartphone. Como variables cardiovasculares, esta tesis ha empleado la variabilidad del ritmo cardíaco (HRV) y el tiempo de llegada del pulso (PAT). Varias investigaciones previas han demostrado que se puede medir la HRV con un móvil pero no han cuantificado su precisión. Por ello, se ha evaluado si es posible realizar una medida de la HRV precisa con un smartphone. Se ha hallado que no todos los móviles son aptos debido al flash y que la mayor parte del error cometido al cuantificar la HRV se debe al uso de la onda de pulso y no al móvil. Además, las frecuencias de corte óptimas para filtrar la onda de pulso dependen del método utilizado para detectar su llegada. Asimismo, el error de estimación de la HRV con la onda de pulso depende de diversas condiciones de medida. Estas pueden suceder si la medida se realiza en entornos no controlados como es el caso que una persona no experta mida la HRV con un smartphone. Algunas de ellas han sido ampliamente estudiadas. Esta tesis ha evaluado los efectos de la respiración, de la postura y de la fuerza de contacto entre el fotopletismógrafo y el dedo demostrando que las tres deben ser controladas. Asimismo, para reducir los efectos de las condiciones de medida, la llegada de la onda de pulso debe detectarse en el máximo de su primera o de su segunda derivada o con el estimador paramétrico TANH. Además, la arritmia sinusal respiratoria es sistemáticamente mayor en la HRV extraída a partir de la onda pulso, el cuerpo humano se acondiciona a la fuerza de contacto y la morfología de la onda de pulso varía con ella y, probablemente, con la postura. La estimación del PAT también está afectada por las condiciones externas de medida pero sus efectos no se han analizado habitualmente. Esta tesis recomienda controlar la frecuencia de respiración, la postura y la fuerza de contacto para su medida y detectar la llegada del pulso en el máximo de su primera derivada o, si no se controla la fuerza, en el estimador paramétrico TANH. Además, la frecuencia de respiración y la postura afectan a la potencia del PAT pero solo la primera y la fuerza de contacto influyen sobre su valor medio. Cortos fragmentos de medida buenos pueden existir dentro de una medida de HRV y/o del PAT larga y no controlada aunque el efecto de una medida cardiovascular de duración muy corta en la cuantificación de la HRV y del PAT está poco analizado. Por ello, esta tesis lo estudia. Se ha encontrado que cuatro índices de HRV y dos del PAT pueden ser utilizados en medidas de entre 10 y 90 segundos. Además, promediar varias de ellas es una manera sencilla de incrementar su repetibilidad y su similitud. Como consecuencia, se pueden utilizar hasta 10 índices de HRV si se promedian los índices extraídos de varias medidas de duración muy corta. Por último, esta tesis ha estudiado si una medida separada o conjunta de la HRV y del PAT puede servir para cuantificar el grado de EVS de un individuo. Se concluye que la relación entre ellos es probablemente insuficiente para que la mayoría de los indicadores que cuantifican el grado de EVS puedan ser predichos con precisión. Además, se ha encontrado una moderada y compleja relación entre estos indicadores y la HRV y pequeña y compleja con el PAT. Asimismo, no existe una interacción entre la HRV y el PAT que refleje una relación significativamente mayor con la mayoría de los indicadores de EVS

Estudio de la viabilidad de la estimación del grado de adherencia a estilos de vida saludables a partir de medidas cardíacas oportunistas

In recent times, developed countries have experienced an increase of several diseases related to non-healthy lifestyles. Nevertheless, as an individual, it is difficult to know the degree of adherence to a healthy lifestyle (EVS) regardless the personal benefits of following it are multiple. Therefore, the aim of this thesis is to estimate the degree of EVS of an individual from the measurement of cardiovascular variables in a non-intrusive, simple, comfortable and fast way. So, the measurement has to be done with a common device like a smartphone. This thesis has employed the heart rate variability (HRV) and the pulse arrival time (PAT) as cardiovascular variables. Several previous studies have demonstrated that the HRV could be measured with a smartphone but they have not quantified their accuracy. Therefore, this thesis has assessed if it is possible to do an accurate HRV measurement with these devices. It has found that some smartphones are not suitable due to their flash and the quantification error of the HRV is mainly from the pulse wave and not from the smartphone. Moreover, the optimal cut off frequencies to filter the pulse wave depend on the method used to detect its arrival. Also, the estimation error in the HRV extracted from a pulse wave depends on the measurement conditions. These could happen if the measurement is done in non-controlled environments as an inexperienced person measuring HRV with a smartphone. Some of these influences have been thoroughly studied. This thesis has evaluated the breathing, the postural and the contact force between photoplethysmograph sensor and the finger effects showing that all of them should be controlled. Additionally, in order to reduce the measurements conditions effects, the pulse wave arrival should be detected at the maximum of its first or second derivative or with the parametric estimator TANH. Moreover, the respiratory sinus arrhythmia is systematically bigger in the HRV extracted from the pulse wave than from the electrocardiogram, the human body get used to the contact force and the pulse wave morphology changes with it and, likely, with the posture. The PAT estimation is also affected by external measurements conditions but, usually, their effects have not been studied. This thesis recommends controlling the breathing frequency, the posture and the contact force in the PAT measurement and detect the pulse wave arrival in the maximum of its first derivative or, in case of contact force not being controlled, with the parametric estimator TANH. Moreover, the breathing frequency and the posture affect the PAT potency but only the first and the contact force influence the PAT mean value. On the other hand, short good measurements segments could exist within long and not-controlled measurement of HRV and/or PAT. However, the effect of a very short cardiovascular measurement on the HRV and the PAT quantification is little analysed. Therefore, they are studied in this thesis. It has been found that four HRV indexes and two PAT indexes can be employed in measurements between 10 and 90 seconds long. In addition, averaging several of them is a simple method to increase their repeatability and similarity. Consequently, up to ten HRV indexes can be used if the indexes computed from several measurements of very short duration are averaged. Finally, this thesis has studied if a separated or simultaneously measurement of the HRV and the PAT can be used to quantify the degree of EVS of an individual. It has been concluded that the relation between them is likely insufficient to accurately predict most of the EVS indicators that quantify the degree of EVS. In addition, it has been found a moderate and complex relationship between these indicators and the HRV and small and complex with the PAT. Moreover, there is no interaction between the HRV and the PAT that reflects a significant bigger relationship with most of the EVS indicators.En los últimos tiempos ha habido un incremento de diversas enfermedades relacionadas con estilos de vida poco saludables en los países desarrollados. No obstante, como individuo es difícil conocer el grado de adherencia a un estilo de vida saludable (EVS) a pesar que los beneficios personales de seguirlo son múltiples. Por ello, el objetivo de esta tesis es estimar el grado de EVS de un individuo a partir de la medida de variables cardiovasculares de manera no intrusiva, sencilla, cómoda y rápida. Por tanto, la medida debe poder ser realizable con un dispositivo de uso cotidiano como es un smartphone. Como variables cardiovasculares, esta tesis ha empleado la variabilidad del ritmo cardíaco (HRV) y el tiempo de llegada del pulso (PAT). Varias investigaciones previas han demostrado que se puede medir la HRV con un móvil pero no han cuantificado su precisión. Por ello, se ha evaluado si es posible realizar una medida de la HRV precisa con un smartphone. Se ha hallado que no todos los móviles son aptos debido al flash y que la mayor parte del error cometido al cuantificar la HRV se debe al uso de la onda de pulso y no al móvil. Además, las frecuencias de corte óptimas para filtrar la onda de pulso dependen del método utilizado para detectar su llegada. Asimismo, el error de estimación de la HRV con la onda de pulso depende de diversas condiciones de medida. Estas pueden suceder si la medida se realiza en entornos no controlados como es el caso que una persona no experta mida la HRV con un smartphone. Algunas de ellas han sido ampliamente estudiadas. Esta tesis ha evaluado los efectos de la respiración, de la postura y de la fuerza de contacto entre el fotopletismógrafo y el dedo demostrando que las tres deben ser controladas. Asimismo, para reducir los efectos de las condiciones de medida, la llegada de la onda de pulso debe detectarse en el máximo de su primera o de su segunda derivada o con el estimador paramétrico TANH. Además, la arritmia sinusal respiratoria es sistemáticamente mayor en la HRV extraída a partir de la onda pulso, el cuerpo humano se acondiciona a la fuerza de contacto y la morfología de la onda de pulso varía con ella y, probablemente, con la postura. La estimación del PAT también está afectada por las condiciones externas de medida pero sus efectos no se han analizado habitualmente. Esta tesis recomienda controlar la frecuencia de respiración, la postura y la fuerza de contacto para su medida y detectar la llegada del pulso en el máximo de su primera derivada o, si no se controla la fuerza, en el estimador paramétrico TANH. Además, la frecuencia de respiración y la postura afectan a la potencia del PAT pero solo la primera y la fuerza de contacto influyen sobre su valor medio. Cortos fragmentos de medida buenos pueden existir dentro de una medida de HRV y/o del PAT larga y no controlada aunque el efecto de una medida cardiovascular de duración muy corta en la cuantificación de la HRV y del PAT está poco analizado. Por ello, esta tesis lo estudia. Se ha encontrado que cuatro índices de HRV y dos del PAT pueden ser utilizados en medidas de entre 10 y 90 segundos. Además, promediar varias de ellas es una manera sencilla de incrementar su repetibilidad y su similitud. Como consecuencia, se pueden utilizar hasta 10 índices de HRV si se promedian los índices extraídos de varias medidas de duración muy corta. Por último, esta tesis ha estudiado si una medida separada o conjunta de la HRV y del PAT puede servir para cuantificar el grado de EVS de un individuo. Se concluye que la relación entre ellos es probablemente insuficiente para que la mayoría de los indicadores que cuantifican el grado de EVS puedan ser predichos con precisión. Además, se ha encontrado una moderada y compleja relación entre estos indicadores y la HRV y pequeña y compleja con el PAT. Asimismo, no existe una interacción entre la HRV y el PAT que refleje una relación significativamente mayor con la mayoría de los indicadores de EVS

Sistema de detecció automàtica d'artefactes en el senyal respiratòri per algoritmes de detecció de somnolència

The aim of this project is to develop algorithms to detect different activities of the pilot during car driving based on respiratory signals.[ANGLÈS] The Dirección General de Tráfico (DGT) has achieved, by advertising campaign, a reduction in the number of traffic accidents. However, in drivers have remained attitudes that favour appearance of the fatigue and drowsiness. Therefore, the algorithm of drowsiness detection TEDD has been developed from the IEB. By the analysis of the breathing, it extract if the driver is too much drowsiness for driving a car. However, artefacts in the breathing signal can cause a wrong functioning in the TEDD. Therefore, the goal in this project is the development of the real time system for artefacts detection that point TEDD where the signal is useful. At the beginning of the project and before that I would start to design the system, breathing signal and patrons inside it had been studied. After that, MATLAB prototype had been developed to analyse the input signal in search for patterns and then decide which sections are useful for the TEDD. Finally, when the prototype has been finished and its performance has been assessment, it has been adapted for real time execution and translated to Java programming language. Finally, the performance of this system implemented in Java has been evaluated and also the impact in the TEDD results when this system is used. Considering the results obtained, the develop system could use to know if the breathing signal is appropriate for TEDD algorithm.[CASTELLÀ] La Dirección General de Tráfico (DGT) ha logrado, mediante campañas publicitarias, una reducción en el número de accidentes de tráfico. Sin embargo, aún persisten en los conductores actitudes que favorecen la aparición de la fatiga y la somnolencia. Por ello, desde el IEB se ha desarrollado el algoritmo de detección de somnolencia TEDD. Mediante el análisis de la respiración, extrae si el conductor está demasiado somnoliento para ser apto para conducir. Sin embargo, los artefactos existentes en la señal de respiración pueden provocar un mal funcionamiento del TEDD. Por ello, el objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema de detección de artefactos en tiempo real que indique al TEDD cuando la señal de respiración es útil. En el inicio del proyecto y antes que se comenzase a diseñar el sistema, se ha estudiado como es la señal de respiración y los múltiples patrones que contiene. A continuación, se ha desarrollado un prototipo en MATLAB para analizar la señal de entrada en busca de patrones y, a partir de estos, decidir que tramos de señal son útiles para el TEDD. Finalmente, una vez acabado el prototipo y evaluado su rendimiento, se ha adaptado para su funcionamiento en tiempo real y portado al lenguaje de programación Java. Finalmente, he evaluado el rendimiento de este sistema implementado en Java y el impacto que existe al utilizar el sistema de detección de artefactos en los resultados del TEDD. A la vista de los resultados obtenidos, se puede afirmar que el sistema desarrollado puede ser utilizado para determinar si la señal de respiración es adecuada para ser analizada por el algoritmo TEDD.[CATALÀ] La Dirección General de Tráfico (DGT) ha aconseguit, mitjançant campanyes publicitaries, una reducció del nombre d'accidents de tràfic. Tanmateix, encara persisteixen en el conductors actituds que afavoreixen l'aparició de la fatiga i la somnolència. Per això, des de l'IEB s'ha desenvolupat l'algoritme de detecció de somnolència TEDD. Mitjançant l'anàlisi de la respiració, extreu si el conductor està massa somnolent per ser apte per a conduir. No obstant això, els artefactes existents en el senyal de respiració poden provocar un mal funcionament del TEDD. Es per això que l'objectiu d'aquest projecte es el desenvolupament d'un sistema de detecció d'artefactes en temps real que indiqui al TEDD quan el senyal de respiració es útil. A l'inici del projecte i abans que es comencés a dissenyar el sistema, s'ha estudiat com es el senyal de respiració i els múltiples patrons que conté. A continuació, s'ha desenvolupat un prototip en MATLAB per analitzar el senyal d'entrada en busca de patrons i, a patir d'aquest, decidir quins trams de senyal son útils per al TEDD. Finalment, una vegada acabat el prototip i avaluat el seu rendiment, s'ha adaptat per al seu funcionament en temps real i portat al llenguatge de programació Java. Finalment, he avaluat el rendiment d'aquest sistema implementat en Java i l'impacte que existeix al utilitzar el sistema de detecció d'artefactes en els resultats del TEDD. A la vista dels resultats obtinguts, es pot afirmar que el sistema desenvolupat pot ser utilitzat per determinar si el senyal de respiració es adequada per ser analitzada per l'algoritme TEDD