Resumen Compresión de señales eléctricas cardiacas en tiempo real mediante transformada wavelet

Propósito u objetivo

Desarrollar un prototipo de dispositivo para la compresión y transmisión inalámbrica de señales electrocardiográficas en tiempo real basado en la transformada wavelet, implementado en un sistema embebido y orientado a aplicaciones de telemedicina.

Material y métodos

Para la validación del dispositivo, el correcto funcionamiento del algoritmo de compresión y del protocolo de transmisión, se implementó un simulador de ECG embebido en un microcontrolador PSoC1-8CY29466; en este se almacenaron trozos de la base de datos de señales ECG de MIT-BIH, fueron reproducidas a 360sps  por medio del DAC de este mismo dispositivo y se realizaron las correspondientes simulaciones del algoritmo de compresión en Matlab. 

Algoritmo para compresión

Está compuesto por cuatro procedimientos. El primero consiste en restar el nivel offset  de la señal de entrada, con el fin de disminuir el tamaño de los datos obtenidos al hacer la DWT (transformada discreta wavelet). El segundo procedimiento consiste en calcular la DWT con 4 niveles de descomposición de 16 muestras consecutivas, obteniendo después de la transformación las mismas 16 muestras distribuidas de la siguiente forma: 8 CD (coeficientes de detalle) de primer nivel, 4 Cd de segundo nivel, 2 CD de tercer nivel, 1 CD de cuarto nivel y, por ultimo, 1 coeficiente de aproximación. El tercer procedimiento consiste en umbralizar los CD de todos los niveles, de acuerdo a valores obtenidos previamente por datos estadísticos. Por último los coeficientes son cuantizados en palabras de 8 bits con signo  y valores desde -119 a +120.

Formato de transmisión

Se definieron 16 palabras reservadas que van desde -127 a -120 y desde 121 a 128, de las cuales 15 son para identificar los coeficientes de detalle y 1 para indicar el fin del paquete de datos a transmitir. Se transmiten todos los coeficientes de aproximación, pero solo los coeficientes de detalle que son diferentes de cero, enviando una palabra reservada que indica su posición e inmediatamente después un dato con su valor. Se añade un dato para indicar el fin de transmisión por cada paquete de datos.

Reconstrucción 

Para la reconstrucción se usa el mismo método que para la compresión pero en forma  inversa.

Resultados

Se implementaron los algoritmos en un sistema de desarrollo Mbed, que integra un microcontrolador LPC1768 con núcleo ARM CortexM3 de 32bits de la empresa NXP, el cual transmite los datos por medio de un módulo bluetoothUSB. Los datos son recibidos en un computador y procesados por un programa desarrollado en Java que realiza la reconstrucción de la señal y luego la visualiza.

Se obtuvieron en promedio razones de compresión de 9:1, con porcentajes de distorsión de la señal del 4.5%, acordes con un algoritmo de compresión con pérdida, siendo valores adecuados para este tipo de implementaciones.

Conclusiones

En este trabajo se propone e implementa un método para procesar y  transmitir los datos en tiempo real. Además de la compresión, los datos son separados en cuatro niveles de descomposición que pueden ser útiles para identificar, además de la frecuencia cardiaca, arritmias y algunas enfermedades cardiovasculares; y es posible la integración con módulos de telemedicina.


Agradecimientos 


Agradecemos al Ing. Julio Vargas, al Ing. Fabian Velaquez y al Ing Javier Castaño por habernos transmitido la pasión por explorar nuevos temas y su continuo entusiasmo por aportar algo a la sociedad. También agradecemos a Vanessa Rodriguez y de nuevo al ing. Javier Castaño por su inagotable paciencia y colaboración en la corrección de la redaccion de este resumen.


Autores

Carlos Arturo Gomez Jimenez
Hector Miguel Vargas Garcia
 2011
Grupo de Investigacion Macrypt - Universidad de los llanos - Villavicencio - Colombia.