Heart Rate Variability Analysis Based on Photoplethysmographic Signals Aálisis de la Variabilidad de la Frecuencia Cardiaca a Partir de Señales Fotopletismográficas

Resumen

Abstract

An algorithm for extracting tachograms for Heart Rate Variability (HRV) analysis on the basis of Photoplethysmographic (PPG) signals (instead of electro cardiograms) has been proposed. The main feature of this proposal is to detect peaks from correlograms between a pattern waveform and a sliding time window in the PPG signal. Analysis was carried out with a set of two groups of patients (young and elderly). HRV variables were estimated using the publicly available Kubios HRV package. Results showed that both the sympathetic component of the autonomous nervous system (assessed by LF/HF) and the cardiovascular complexity (assessed by correlation dimension) are reduced with age. These results are supported by literature and may be taken as a support for the validity of the proposed algorithm. Since oximeters for getting PPG signals are affordable even in poor settings, this allows extending autonomic nervous system studies into remote areas of developing countries.

Keywords: Heart rate Variability; PPG Signal; Correlogram; Autonomic Nervous System; Complexity.

Resumen

Se propone un algoritmo para obtener tacogramas con la finalidad de realizar estudios de variabilidad de la frecuencia cardiaca, partiendo de registros de señales fotopletismográficas (PPG). La principal peculiaridad de esta propuesta lo es la detección de los picos en las ondas de la señal PPG a partir de un correlograma obtenido como una secuencia de correlaciones entre una onda patrón y una ventana deslizante de la señal PPG. Se realizó un análisis de variabilidad de frecuencia cardiaca sobre dos grupos de pacientes (jóvenes y de avanzada edad). Las variables de variabilidad de frecuencia cardiaca seleccionadas se obtuvieron a partir del programa “Kubios HRV”, de acceso público y gratuito. Los resultados mostraron que tanto el componente simpático del Sistema Nervioso Autónomo (evaluado a través de la variable LF/HF) como la complejidad cardiovascular (evaluada a través de la dimensión de correlación) disminuyeron con la edad. Estos resultados encuentran apoyo en datos de la literatura que apoyan así la validez del algoritmo propuesto. Por cuanto el oxímetro utilizado para obtener las señales PPG está al alcance de instituciones primarias de salud se hace posible de esta manera extender estudios del sistema nervioso autónomo hacia áreas remotas de países en desarrollo.

Palabras Clave: Variabilidad de la Frecuencia cardiaca;Señal Fotopletismográfical;  Correlograma; Sistema Nervioso autónomo; Complejidad.