Heart dynamics diagnosis based on entropy proportions: Application to 550 dynamics / Diagnóstico de la dinámica cardiaca basado en las proporciones de entropía: Aplicación a 550 casos

ABSTRACT

Abstract Background: It was developed a methodology to assess cardiac dynamic based on dynamical systems theory, probability and entropy proportions that allows the establishment of diagnostic, objective and reproducible measurements. Objective: To develop a diagnostic concordance study to confirm the clinical applicability of the methodology designed to assess adult cardiac dynamic, through probability and entropy proportions. Methods: A blind study was conducted to analyze the behavior of 550 continuous electrocardiographic recordings and Holters. For this purpose, the maximum and minimum heart rate each hour in 18 hours and the beats per hour were taken to generate a numerical attractor for each dynamic in a delay map. Subsequently, frequency, probability and ratio S/k of ordered pairs of heart rates in three regions of the attractor were calculated. After that, entropy proportions were obtained and mathematical-physical diagnosis was established to compare the results obtained through this methodology with the conventional diagnosis, taken as gold standard. Results: The numerical attractors for each cardiac dynamic, quantified with entropy proportions, lead to accurate mathematical distinctions between patients with normal cardiac dynamics and those with varying degrees of acute cardiac pathologies. Sensitivity and specificity were 100% and kappa coefficient had a value of 1. Conclusion: The diagnostic and predictive ability of the methodology was confirmed, it simplifies all current clinical parameters and allows to determine quantitatively the worsening of acute cardiac states.

RESUMEN

Resumen Antecedentes Se desarrolló una metodología para evaluar la dinámica cardiaca en el contexto de la teoría de los sistemas dinámicos, la probabilidad y las proporciones de la entropía, que permite establecer medidas diagnósticas, objetivas y reproducibles. Objetivo: Desarrollar un estudio de concordancia diagnóstica para confirmar la aplicabilidad clínica de la metodología diseñada para evaluar mediante la probabilidad y las proporciones de la entropía la dinámica cardíaca del adulto. Métodos: Se realizó un estudio ciego para analizar el comportamiento de 550 registros electrocardiográficos continuos y Holter. Para ello se tomaron los valores de la frecuencia cardiaca máxima y mínima cada hora durante 18 horas, y el número de latidos por hora, para generar un atractor numérico de cada dinámica en un mapa de retardo. Posteriormente, se calculó la frecuencia, probabilidad y relación S/k de pares ordenados de frecuencias cardiacas en tres regiones del atractor. Se calcularon proporciones de la entropía y se estableció el diagnóstico físico matemático para luego comparar los resultados obtenidos respecto al diagnóstico convencional tomado como estándar de oro. Resultados: Los atractores numéricos generados para cada dinámica cardiaca, y cuantificados con las proporciones de la entropía, permiten hacer distinciones matemáticas precisas entre pacientes con dinámica cardiaca normal, de aquellas con diferentes grados de agudización clínica, con valores de sensibilidad y, especificidad de 100% y coeficiente kappa de 1. Conclusión: Se confirmó la capacidad diagnóstica y predictiva de la metodología a nivel clínico, constituyendo un método que simplifica todos los parámetros clínicos actuales y permite determinar cuantitativamente el nivel de agudización del estado cardiaco.