Análisis espectral a través de bancos de filtros aplicado al pre-procesamiento para la umbralización de señales de pulso oximetría

La señal de pulso oximetría (SPO2) permite el cálculo del porcentaje de oxígeno en sangre y es adquirida en uno de los dedos del paciente. En condiciones normales, las variaciones de la señal SPO2 están correlacionadas con el ritmo cardiaco del paciente y su valor máximo está en fase con la onda R de la señal electrocardiográfica (ECG). Esta propiedad permite a la señal SPO2 ser la base para la estimación de la frecuencia cardiaca instantánea. Con la finalidad de poder medir la frecuencia cardiaca instantánea a partir de la señal SPO2, es necesario un proceso de umbralización para la detección de los valores máximos, en fase con la onda R del complejo cardiaco. En este artículo se presenta un método iterativo para establecer la selección de frecuencias de corte para el diseño de filtros digitales, que permitan la detección de los valores máximos de la señal de pulso oximetría. Se presentan los resultados obtenidos a partir de la implementación de bancos de filtros y se demuestra su capacidad para obtener versiones de la señal de pulso oximetría y los valores de frecuencia de las componentes espectrales asociadas a los valores máximos de las señales de pulso oximetría. Los experimentos elaborados utilizaron señales de la base de datos CAPNOBASE que contienen señales SPO2 y ECG adquiridas simultáneamente. Los datos permitieron comprobar que los bancos de filtros permiten seleccionar la versión adecuada de señal SPO2 con picos positivos en fase con la onda R de la señal ECG.

Abstract

The pulse oximetry signal (SPO2), allows the calculation of the oxygen saturation level in the blood, and it is acquired over the index finger of the patient. Under normal conditions, the variations in SPO2 have correlated with heart rhythm and its maximum value is in phase with the R wave in electrocardiographic signal (ECG). This property enables the SPO2 signal to be the basis for an alternative method for estimating the instantaneous heart rate. For measuring the instantaneous heart rate from the SPO2, it is necessary to carry out a signal thresholding process for detecting peak values in phase with the R-wave of the cardiac complex. In this paper, an iterative solution method is proposed to establish the cutoff frequency selection for the design of digital filters that allow detection of the maximum values of the signal pulse oximetry. The results obtained from the implementation of filter banks, demonstrated their ability to obtain versions of the pulse oximetry signal and frequency values of the spectral components, associated with the maximum values of the SPO2. Experiments used the CAPNOBASE processed signals database, which contains SPO2 and ECG signals, acquired simultaneously. The results allowed to verify that the filter bank allows to select the appropriate version of SPO2 signal with positive peaks, in phase with the R wave of the ECG signal.