Sincronización entre la videodeglución y la electromiografía de superficie en pacientes con afectación neurológica y síntomas de disfagia / Synchronization between videofluoroscopic swallowing study and surface electromyography in patients with neurological involvement presenting symptoms of dysphagia

Introducción. La disfagia se define como la dificultad para movilizar la comida desde la boca hasta el estómago. La prueba diagnóstica para esta condición es la videofluoroscopia, la cual no es totalmente inocua pues utiliza radiación ionizante. La electromiografía de superficie registra la actividad eléctrica de los músculos de manera no invasiva, por lo que puede considerarse como una alternativa para evaluar la deglución y estudiar la disfagia. Objetivo. Evaluar la relación entre los tiempos relativos de activación de los músculos implicados en la fase oral y faríngea de la deglución, con los movimientos registrados durante la videofluoroscopia. Materiales y métodos. Se analizaron las señales de la electromiografía de superficie de 10 pacientes neurológicos con síntomas de disfagia, captadas en forma simultánea con la videofluoroscopia. Se suministraron 5 ml de yogur y 10 ml de agua, y 3 g de galleta. Se estudiaron bilateralmente los grupos musculares maseteros, suprahioideos e infrahioideos. Se analizó el paso del bolo por la línea mandibular, las valleculas y el músculo cricofaríngeo, correlacionándolo con el tiempo inicial y el final de la activación de cada uno de los grupos musculares. Resultados. El tiempo promedio de la fase faríngea fue de 0,89 ± 0,12 s. En la mayoría de los casos, hubo activación muscular antes del paso por la línea mandibular y las valleculas. La terminación de la actividad muscular parece corresponder al momento en que se completa el paso del bolo alimenticio por el músculo cricofaríngeo. Conclusión. Se determinaron los tiempos de actividad muscular, la duración de la fase faríngea y la secuencia de la activación de los grupos musculares involucrados en la deglución, mediante electromiografía de superficie, validada con la videofluoroscopia.

Introduction: Dysphagia is defined as the difficulty in transporting food and liquids from the mouth to the stomach. The gold standard to diagnose this condition is the videofluoroscopic swallowing study. However, it exposes patients to ionizing radiation. Surface electromyography is a non-radioactive alternative for dysphagia evaluation that records muscle electrical activity during swallowing. Objective: To evaluate the relationship between the relative activation times of the muscles involved in the oral and pharyngeal phases of swallowing and the kinematic events detected in the videofluoroscopy. Materials and methods: Electromiographic signals from ten patients with neurological involvement who presented symptoms of dysphagia were analyzed simultaneously with videofluoroscopy. Patients were given 5 ml of yogurt, 10 ml of water, and 3 g of crackers. Masseter, suprahyoid, and infrahyoid muscle groups were studied bilaterally. The bolus transit through the mandibular line, vallecula, and the cricopharyngeus muscle was analyzed in relation to the onset and offset times of each muscle group activation. Results: The average time of the pharyngeal phase was 0.89 ± 0.12 s. Muscle activation was mostly observed prior to the bolus transit through the mandibular line and vallecula. The end of the muscle activity suggested that the passage of the bolus through the cricopharyngeus muscle was almost complete. Conclusion: The muscle activity times, duration of the pharyngeal phase, and sequence of the muscle groups involved in swallowing were determined using sEMG validated with the videofluoroscopic swallowing study.

Monitoreo ambulatorio y generación de alertas tempranas ante anomalías cardiacas usando dispositivos móviles / Ambulatory monitoring and early warning generation of cardiac anomalies using mobile devices / Monitoramento ambulatorial e geração de aviso prévio de anomalias cardíacas usando dispositivos móveis

Resumen En este artículo se presenta un sistema portátil para el monitoreo ambulatorio del ritmo cardiaco y la detección temprana de las arritmias cardiacas de mayor riesgo. El sistema consta de un sensor con tres electrodos superficiales para la captura de la señal ECG, la cual se transmite vía Bluetooth a un dispositivo móvil con Android, en donde se realiza el análisis de la señal capturada durante lapsos de 5 s. El sistema propuesto distingue entre Ritmo Normal [Ritmo Sinusal - RS), Taquicardia Ventricular [TV), Fibrilación Ventricular [FV) y Asistolia, con una precisión del 100%, 55%, 75% y 90% respectivamente. Sin embargo, el sistema puede recuperarse de los errores rápidamente en el análisis de la trama subsecuente. Este trabajo se centra en el uso de dispositivos móviles de uso cotidiano, multitarea y de fácil acceso, implementando algoritmos en el dominio del tiempo para la extracción de parámetros, los cuales son idóneos para ser usados en aplicaciones móviles principalmente por su baja carga computacional y posibilidad de ejecución en tiempo real, permitiendo la detección de anomalías cardiacas de forma automática y rápida sin la necesidad de una supervisión constante por parte de un especialista para el análisis preliminar.

Abstract This paper presents a portable system for ambulatory heart rate monitoring and early detection of cardiac arrhythmias at high risk. The system consists of a sensor with three surface electrodes to capture the ECG signal, which is transmitted via bluetooth to a mobile device with Android, where the analysis is performed of the acquired signal during a time of 5 s. The proposed system distinguishes between Normal Rhythm [Rhythm Sinus - RS), Ventricular Tachycardia [VT), Ventricular Fibrillation [VF) and Asystole with an accuracy of 100%, 55%, 75% and 90% respectively. However, the system can quickly recover from errors in the subsequent analysis frame. This work focuses on using regular mobile devices which have multitasking and easy access characteristics, implementing algorithms in time domain for extracting parameters that are suitable to use in mobile applications, mainly because of their low computational load and possibility of execution in real time, allowing the detection of cardiac abnormalities automatically and quickly without the need of constant supervision by a specialist for preliminary analysis.

Resumo Neste artigo se apresenta um sistema portátil para o monitoramento da freqüência cardíaca ambulatorial e detecção precoce das arritmias cardíacas de mais risco. O sistema possui um sensor com três eletrodos superficiais para pegar o sinal ECG, o qual é transmitido via Bluetooth para um dispositivo móvel com Android, onde se faz a análise do sinal capturado durante um período de 5 s. O sistema proposto distingue entre Normal Ritmo [Ritmo Sinusal - RS), Taquicardia Ventricular [TV), Fibrilação Ventricular [FV) e Assistolia, com uma precisão do 100%, 55%, 75% e 90%, respectivamente. Porém, o sistema pode - se recuperar rapidamente dos erros na análise do quadro subsequente. Este trabalho centra-se no uso de dispositivos móveis de utilização diária, multitarefa e utilização acessível, implementação de algoritmos no domínio do tempo para a extração de parâmetros que são adequados para utilização em aplicações móveis, principalmente pela baixa carga computacional e possibilidade de execução em tempo real, permitindo a detecção de anormalidades cardíacas numa forma automática e rápida sem a necessidade de um controlo constante por um especialista para análise preliminar.

Análisis estadístico de los espectros de frecuencia de las regiones reguladoras del ENCODE / Statistical analysis of the Fourier Spectra of the ENCODE regulatory regions

RESUMEN En la actualidad, nuevas bases de datos genómicos (secuencias de ADN) son puestas al alcance del dominio público para su análisis. La bioinformática ha desarrollado algoritmos para extraer información y características de dichas secuencias. Sin embargo, estos algoritmos bioinformáticos tienen limitaciones. Una alternativa es utilizar herramientas propias del procesamiento digital de señales (DSP) adaptadas a secuencias genómicas (procesamiento de señales genómicas - GSP). El presente trabajo versa sobre el análisis de los cuatro primeros momentos centrales (media, desviación estándar, asimetría y curtosis) y dos momentos estadísticos (mediana y varianza) de los espectros frecuenciales de las 15 Regiones Reguladoras (RRs) de la base de datos ENCODE con el objetivo de estudiar diferencias estadísticas y frecuencias características. La base de datos seleccionada es "mapeada". Luego, la FFT es calculada a estas señales genómicas y finalmente los momentos estadísticos son implementados. Los resultados mues tran la existencia de 3 grupos de RRs utilizando la media, mediana y curtosis. La desviación estándar y la varianza, parecen no resaltar información importante. Finalmente, la asimetría revela un comportamiento homogéneo ante la presencia de valores atípicos en algunas RRs. Estas observaciones permiten inferir que la periodicidad dentro de la secuencia está relacionada o podría determinar la función biológica que desempeña la misma secuencia.

ABSTRACT Nowadays, new genomic databases (DNA sequences) are available to the whole scientist community for its analysis. The bioinformatics has developed algorithms to extract information and features of the sequences. However, the bioinformatics algorithms have restrictions. An alternative is the use of digital signal processing (DSP) tools adapted to genomic sequences (genomic signal processing - GSP). This work analyzes the first four statistics moments (mean, standard deviation, skewness and kurtosis) and other two moments (median and variance) of the frequency spectra of 15 regulatory regions (RRs) in ENCODE database with the main objective of studying the statistics di fferences and frequency features. The selected database is mapped. Then, the FFT is calculated to these genomic signals and finally the statistic moments implemented. The results show a three-group behavior in the RRs with the mean, median and kurtosis. The deviations standard and the variance do not show important behavior. Finally, the skewness shows a homogeneous behavior with the lack of atypical values in some RRs. These observations support the idea of the presence of periodicities in a sequence that may be related or may determine the biological function that a sequence may perform.

Efecto del incremento de la PEEP en la actividad muscular respiratoria evaluado con electromiografía de superficie en individuos sanos bajo ventilación espontánea / Effect of PEEP increase on respiratory muscle activity assessed through surface electromyography in healthy subjects during spontaneous breathing / Efeito do incremento da PEEP na atividade mus-cular respiratória avaliado com eletromiografia de superfície em indivíduos saudáveis sob ventilação espontânea

Introducción: en un paciente bajo ventilación mecánica con resistencia aumentada de la vía aérea, la duración de la fase espiratoria es insuficiente para exhalar todo el volumen inspirado. Para mantener la oxigenación y reducir el trabajo de los músculos respiratorios, es común aplicar una presión positiva al final de la espiración (PEEP), que reduce la colapsabilidad del tejido, compensando el aumento de la resistencia. Diversos estudios han demostrado la utilidad de la electromiografía de superficie (EMGS) para cuantificar el trabajo respiratorio. Objetivo: evaluar el efecto de la PEEP en la actividad muscular respiratoria mediante EMGS en individuos sanos bajo ventilación mecánica no invasiva. Metodología: estudio de la actividad muscular en 10 hombres voluntarios sanos ventilados de manera no invasiva con variaciones de la PEEP desde 0 hasta 5 cm H2O en pasos de 1 cm H2O, cada 30 segundos. Resultados: los biopotenciales del diafragma y el esternocleidomastoideo permitieron detectar diferentes respuestas ante el estímulo incremental: 1) aumento del trabajo de los dos músculos durante la inspiración y la espiración; 2) aumento de la actividad en solo uno de los músculos; 3) aumento del trabajo muscular exclusivamente durante la espiración. Conclusión: en individuos ventilados de forma no invasiva, la EMGS relaciona cuantitativamente el nivel de PEEP con el cambio en la actividad del diafragma y el esternocleidomastoideo.

Introduction: In a mechanically ventilated patient with increased airway resistance, the expiratory time span is insufficient to exhale all the inspired volume. In order to maintain oxygenation and to reduce the workload of respiratory muscles, it is common to apply an extrinsic positive end-expiratory pressure (PEEP) that reduces tissue collapsibility, counterbalancing the increased resistance. Several studies have shown the usefulness of surface electromyography (sEMG) to quantify the work of breathing (WOB), particularly in patients with obstructive diseases. Objective: To assess the effect of incremental PEEP in the respiratory muscle activity through sEMG in healthy volunteers noninvasively ventilated. Methods: Study of muscle activity in 10 healthy male volunteers, noninvasively ventilated for 20 minutes. The extrinsic PEEP was applied from 0 to 5 cm H2O in steps of 1 cm H2O at 30 seconds intervals. Results: The bio-potentials of diaphragm and sternocleidomastoid muscles revealed different breathing patterns in response to incremental PEEP: 1) increase in the workload of both muscles during inspiration and expiration; 2) increase in the workload of only one muscle; 3) a remarkable increase in muscle activity only in expiration. Conclusion: In noninvasively ventilated volunteers, sEMG quantitatively relates the PEEP level with changes in sternocleidomastoid and diaphragm activity.

Introdução: Num paciente sob ventilação mecânica com resistência aumentada da via aérea, a duração da fase respiratória é insuficiente para exalar todo o volume inspirado. Para manter a oxigenação e reduzir o trabalho dos músculos respiratórios, é comum aplicar uma pressão positiva no final da respiração (PEEP), que reduz a colapsabilidade do tecido, compensando o aumento da resistência. Diversos estudos demostraram a utilidade da eletromiografia de superfície (EMGS) para quantificar o trabalho respiratório. Objetivo: avaliar o efeito da PEEP na atividade muscular respiratória mediante EMGS em indivíduos saudáveis sob ventilação mecânica não invasiva. Metodologia: estudo da atividade muscular em 10 homens voluntários saudáveis ventilados de maneira não invasiva com variações da PEEP desde 0 até 5 cm H2O em passos de 1 cm H2O, cada 30 segundos. Resultados: os biopotenciais do diafragma e o esternocleidomastoideo permitiram detectar diferentes respostas ante o estímulo incremental: 1) aumento do trabalho dos dois músculos durante a inspiração e a espiração; 2) aumento da atividade em só um dos músculos; 3) aumento do trabalho muscular exclusivamente durante a espiração. Conclusão: em indivíduos ventilados de forma não invasiva, a EMGS relaciona quantitativamente o nível de PEEP com o câmbio na atividade do diafragma e oesternocleidomastoideo.

OpenSerum ­ Um Sistema Aberto de Monitoramento de Soro Hospitalar / OpenSerum - An Open Source System for Hospital Serum Monitoring / OpenSerum - Un Sistema Abierto de Monitoreo de Suero Hospitalaria

Objetivo: Este artigo apresenta o sistema de monitoramento de soro hospitalar OpenSerum. Trata-se de uma solução open source que faz uso de tecnologias de comunicação móvel para o acompanhamento em tempo real do serviço de infusão intravenosa de soro hospitalar. Método: Na primeira etapa, montou-se um circuito elétrico baseado em sensores infravermelhos para a monitoração da queda das gotas. Na segunda etapa, codificou-se um sistema servidor capaz de manter dados de configuração e enviar mensagens de texto informativas de status para dispositivos móveis cadastrados.  Resultados: O sistema de monitoramento permitiu detectar, por meio de mudanças na faixa de valores analógicos do receptor infravermelho, se o soro estava em atividade ou não. Conclusão: O sistema desenvolvido cumpriu com seus objetivos de monitoração, destacando a capacidade de interação com dispositivos móveis quando necessário para informar o status de atividade do soro monitorado.

Objectives: This paper presents the OpenSerum system for serum monitoring. It is an open source solution that uses mobile communication technologies for real-time monitoring of intravenous serum infusion service. Method: First, an electrical circuit was assembled based on infrared sensors in order to detect the fall of drops. Next, a server system was programed in order to maintain circuit configuration data and send textual messages with status information for mobile devices. Results: The monitoring system allows the detection, through changes in the range of analog infrared receiver values, whether the serum was active or not. Conclusion: The developed system reached its monitoring goals, highlighting the ability to interact with mobile devices when necessary to inform the serum activity status.

Objetivo: Ese artículo presenta el sistema de monitoreo de suero OpenSerum, una solución open source que hace uso de tecnologías de comunicación móviles para la monitorización en tiempo real de la infusión intravenosa de suero. Método: En la primera etapa, se creó un circuito eléctrico basado en sensores de infrarrojos para el seguimiento de la caída de las gotas. En la segunda, un sistema de servidor fue programado con el fin de mantener los datos de configuración de circuitos y enviar mensajes de texto con información de estado para dispositivos móviles. Resultados: El sistema de monitoreo permitió detectar por medio de cambios en la escala de valores analógicos del receptor infrarrojo, si el suero era o no en actividad. Conclusión: El sistema desarrollado cumplió con sus objetivos de monitoreo, poniendo de relieve la capacidad de interacción con dispositivos móviles cuando necesario para informar el status de actividad del suero.

MÉTODO ALTERNATIVO DE CONTROL DE INTENSIDAD LUMÍNICA PARA PULSIOXIMETRÍA EN TIEMPO REAL / AN ALTERNATIVE METHOD FOR POWER CONTROL OF LUMINICINTENSITY IN PULSEOXIMETRY ON REAL TIME / MÉTODO ALTERNATIVO DE CONTROLE DE INTENSIDADE DALUZ PARÁGRAFO OXIMETRIATEMPO REAL

El pulsioxímetro es una herramienta no invasiva esencial para el monitoreo de la saturación arterial de oxígeno. Utiliza la espectrofotometría para detectar sobre la piel dos intensidades de luz (600 y 900 nm) que proporcionan información de la perfusión tisular y cantidad de oxígeno transportada. Depende de un circuito de manipulación de corriente, dos diferentes fuentes emisoras de luz, un foto-detector y una unidad de procesamiento que permiten ajustar las intensidades de luz ante tejidos de diferentes características. En el presente trabajo, se propone un método de modulación por ancho de pulso alternativo para el control de la intensidad lumínica media, cuyo principio es la conmutación on/off de la corriente aplicada a los LEDs en la etapa de emisión. Este sistema permite modificar tanto el nivel de CD como la amplitud de la señal de CA de la onda fotopletismográfica e implica la reducción del número de componentes analógicos y consumo de energía. La metodología presentada permite regular la resolución de la señal muestreada y ofrece disminuciones del 21 % y 40 % en potencia comparado con los esquemáticos propuestos por Freescale Semiconductor, Inc. y Texas Instruments Incorporated respectivamente. El uso de señales sincronizadas moduladas en ancho de pulso con frecuencias por encima de 333 kHz y pasos de 50 ns para emitir luz, permitió una reducción 41% de potencia, respecto al sistema con modulación analógica del módulo MDK pulse oximeter.

Pulse oximetry is an essential optical based non-invasive tool for monitoring blood oxygen saturation. It uses spectrophotometry to detect two light intensities (600 and 900 nm) through the skin; it provides information on tissue perfusion and quantity of transported oxygen. The process relies on a current control circuit, two light emitting sources, a photodetector, and a digital signal processor that adjusts the light intensities for different tissue characteristics. This paper proposes an alternative method of pulse width modulation for controlling the mean light intensity level, whose principle is a pulse width nodulation of the current applied to the LEDs in the emitting stage. This system allows modifying the DC level and the amplitude of the AC signal of the photopletismographic wave. The results is the reduction of the number of analog components and power consumption. The methodology presented, it allows adjusting the definition of the sample signal and offers power reductions of 21% and 40% compared to schematics given by Freescale Semiconductor, Inc. and Texas Instruments Incorporated, respectively. Thus, by using synchronized signal pulse width modulation to emit light, with frequencies above 333 kHz and steps of 50 ns, it will allow power reductions of 41%, compared to the conventional analog modulation module MDK pulse oximeter.

O oxímetro de pulso é uma ferramenta não invasiva essencial para o monitoramento da saturação de oxigênio no sangue. Usa espectrofotometria para detectar a pele duas intensidades de luz (600 nm e 900) para fornecer informações de perfusão tecidual ea quantidade de oxigênio transportado. Depende de manuseamento corrente do circuito, duas fontes diferentes emissores de luz, um fotodetector e uma unidade de processamento para ajustar a intensidade da luz nos tecidos com características diferentes. Neste trabalho, um método de modulação de largura de pulso alternativa para controlar a intensidade de luz média, o princípio é o de ligar/desligar da corrente aplicada aos LEDs no palco questão é proposto. Este sistema permite modificar tanto o nível DC e a amplitude do sinal AC da forma de onda fotoplestimográfico e envolve a redução do número de componentes analógicos e consumo de energia. A metodologia apresentada permite ajustar a resolução do sinal de amostragem e oferece reduções de 21% e 40% da potência em comparação com o esquema proposto pela Freescale Semicondutor, Inc. e Texas Instruments Incorporated, respectivamente. Sinais sincronizados usando freqüências moduladas por largura de pulso acima de 333 kHz e 50 ns passos para emitir luz, permitiu uma redução de 41% de energia em comparação com módulo de oxímetro de pulso MDK sistema de modulação analógica.

Mejora de la Señal de Flujo Sanguíneo en Implantes Coronarios Mediante la Detección de Distorsiones Eventuales / Improving the Blood Flow Signal in Coronary Bypass by Detection of Eventual Distortions

Se presenta un método para el procesamiento de señales en aplicaciones médicas que utilizan técnicas de diagnóstico basadas en ultrasonido Doppler. El método está orientado a obtener una mejor representación de la señal de flujo sanguíneo, a partir de la identificación y exclusión de los ciclos, de dicha señal, que se encuentran afectados por distorsiones eventuales. Esto permite, de manera robusta y confiable, estimar parámetros y extraer información clínicamente útil con el objetivo de formular diagnósticos precisos sobre la funcionalidad del objeto examinado. Se muestran los resultados de la aplicación del método sobre señales reales de flujo sanguíneo obtenidas durante procedimientos de revascularización coronaria y se demuestra que la estimación de los índices clínicos de interés mejora considerablemente cuando los ciclos detectados como afectados por ruido eventual son excluidos del análisis.

This paper aims to implement a method for signals processing in biomedical applications based on Doppler ultrasound techniques. The method is aimed to obtain a better representation of the blood flow signal, and it is based on the detection and exclusion of signal cycles detected as affected by eventual noise. This allows, in robust and reliable way, to estimate parameters and extract useful clinical information, in order to make accurate diagnoses on the functionality of the scanned object. The results of applying the method to two blood flow signals in coronary implants are presented, and it is observed that the estimation of the clinical indices improve when affected cycles are excluded of the signal analysis.

Clasificador de doble ventana para bioseñales basado en un circuito microcontrolador / Microcontroller based double window sorter for biosignals

Los registros eléctricos extracelulares, de campo, multicelulares u oligocelulares, aportan una mayor cantidad de información si las diferentes ondas que los constituyen son clasificadas para su adecuado análisis. Aquí se describe un dispositivo clasificador de bioseñales, basado en un circuito microcontrolador con la capacidad para usar dos criterios simultáneos (amplitud y período refractario) para la clasificación y dos salidas del tipo TTL. Los principales componentes usados fueron: un convertidor A/D ADC0834 y dos microcontroladores PIC16F84A-20 y PIC16F84A-10, siendo el coste total final del dispositivo menor a US$60. El circuito permite establecer dos umbrales de amplitud (alto y bajo) y, simultáneamente, fijar la duración del período de retardo (1 ó 1,5 ms) para excluír descargas de la misma amplitud no pertenecientes a la misma célula. Adicionalmente, posee una pantalla de cristal líquido para presentar los conteos correspondientes a los eventos clasificados. El dispositivo fue probado, tanto con señales combinadas generadas por dos estimuladores en frecuencias de 5 a 100Hz, como con registros extracelulares in vivo de neuronas del asta dorsal medular de ratas. El error máximo en la clasificación fue de 3,2 por ciento, aún en altas frecuencias de descarga. Las salidas son compatibles con los sistemas convencionales de registro y análisis en ordenadores. El circuito clasificador de bioseñales aquí descrito constituye una alternativa excelente y de bajo coste con amplia aplicación, tanto en neurociencias como en otras áreas de investigación básica y clínica.