Evaluando la tecnología PPG para monitoreo de presión arterial

La hipertensión, o Presión arterial alta, es una de las principales causas de problemas del corazón y otros problemas de salud graves. Afecta a más de mil millones de personas en todo el mundo y a menudo necesita un control y tratamiento regular. Los métodos tradicionales para medir la presión arterial implican un manguito que se infla alrededor del brazo, lo que puede ser incómodo y no da una lectura continua. Ahí es donde entran los nuevos métodos, como la fotopletismografía (PPG).

La PPG es una tecnología no invasiva que mide los cambios en el volumen de sangre al iluminar la piel y registrar cuánta luz se absorbe. Esta tecnología es prometedora para el Monitoreo continuo de la presión arterial, pero todavía hay preguntas sobre cuán precisa es en comparación con los métodos tradicionales.

En este artículo, vamos a discutir las limitaciones de estimar la presión arterial usando señales de PPG. Exploraremos las diferencias entre las señales de PPG y las señales de presión arterial invasivas, cómo podemos evaluar su rendimiento y qué significa esto para la investigación futura.

#Antecedentes

La hipertensión contribuye a muchas enfermedades cardíacas y puede ser mortal. El monitoreo regular de la presión arterial es esencial para manejar esta condición; sin embargo, los métodos tradicionales son limitados. Pueden pasar por alto cambios importantes en la presión arterial que ocurren entre las mediciones.

El monitoreo invasivo de la presión arterial, donde se coloca un catéter dentro de una arteria, da lecturas en tiempo real y continuas. Aunque es muy preciso, este método es invasivo y conlleva riesgos como sangrado e infección. Por lo tanto, los investigadores buscan métodos no invasivos confiables como la PPG.

La tecnología PPG mide los cambios en el volumen de sangre a través de la absorción de luz. Este método permite una evaluación continua de la presión arterial sin la incomodidad de los manguitos tradicionales. Sin embargo, la Precisión de las estimaciones de presión arterial derivadas de la PPG ha sido debatida.

#Enfoque de la Investigación

En nuestro estudio, desarrollamos un método que utiliza un modelo de aprendizaje profundo llamado Siamese ResNet para estimar la presión arterial. Comparamos dos tipos de señales como entradas para el modelo: señales de PPG normalizadas y señales de presión arterial arterial invasiva (IABP) normalizadas. Las señales de IABP proporcionan una medición directa de la presión arterial y pueden ayudar a establecer un estándar de rendimiento para la PPG.

Para evaluar el impacto de las técnicas de filtrado, probamos nuestro modelo con tres condiciones diferentes: sin filtrado, filtrado de paso de banda entre 0.5 Hz y 10 Hz, y filtrado de paso de banda entre 0.5 Hz y 3.5 Hz. Esta evaluación nos ayuda a entender cómo el filtrado puede afectar la precisión de la estimación de presión arterial.

Usamos un conjunto de datos llamado VitalDB, que incluye mediciones de pacientes quirúrgicos, para entrenar y evaluar nuestros modelos. Este conjunto de datos nos permitió observar la relación entre las señales de PPG y las señales de IABP en un entorno controlado.

#Importancia del Monitoreo Preciso de la Presión Arterial

Manejar la hipertensión implica entender los niveles de presión arterial de manera precisa. Una parte importante de esta gestión es lograr y mantener los niveles de presión arterial objetivos. Esto resalta la necesidad de herramientas de monitoreo confiables. El monitoreo continuo podría ayudar a detectar cambios repentinos y reaccionar a tiempo.

Los métodos tradicionales, aunque efectivos para lecturas individuales, no perfilan las fluctuaciones a lo largo del día. Técnicas continuas como la PPG tienen el potencial de llenar este vacío. Sin embargo, su confiabilidad para proporcionar lecturas precisas de presión arterial necesita una evaluación exhaustiva.

#Comparación de PPG e IABP

El monitoreo de IABP a menudo se considera el estándar de oro para la medición de la presión arterial. Permite a los profesionales de la salud monitorear la presión arterial de manera continua, proporcionando información vital sobre la condición de un paciente. Sin embargo, la técnica es invasiva y requiere experiencia para una gestión adecuada.

Por otro lado, la PPG es no invasiva y se puede realizar usando dispositivos simples como relojes inteligentes o aplicaciones de teléfono. Esto amplía la accesibilidad para las personas que pueden no tener acceso a herramientas de monitoreo tradicionales. Sin embargo, hay que recordar que, aunque la PPG es prometedora, su precisión todavía se está investigando.

En nuestro estudio, examinamos de cerca cómo las señales de PPG se comparan con las señales de IABP. Hipotetizamos que si la estimación de presión arterial a partir de señales de IABP es complicada, sería aún más difícil a partir de señales de PPG.

#Metodología para la Estimación de la Presión Arterial

Desarrollamos un procedimiento específico para estimar la presión arterial. Nuestra metodología consiste en los siguientes pasos:

1. Recolección de Datos: Usamos el conjunto de datos VitalDB, que incluye señales de PPG y IABP recogidas de pacientes quirúrgicos. Solo se incluyeron pacientes con ambos tipos de señales en nuestro análisis.

2. Preprocesamiento de Señales: Esto implica limpiar las señales para aumentar su calidad. Dividimos grabaciones largas en segmentos más pequeños, alineamos el tiempo de PPG y IABP, y filtramos datos de baja calidad para mejorar la precisión.

3. Normalización: Ambos tipos de señales fueron normalizadas para eliminar mediciones de presión específicas pero retener las características necesarias para el análisis.

4. Par de Señales: Creamos pares de señales de calibración y señales de inferencia basadas en criterios específicos para asegurar comparaciones válidas.

5. Implementación del Modelo: Utilizamos un modelo Siamese ResNet que procesa las señales emparejadas para predecir la presión arterial sistólica y diastólica.

#Análisis del Rendimiento del Modelo

Para evaluar el rendimiento de nuestros modelos, comparamos tanto las señales de PPG como las de IABP contra un modelo de referencia que simplemente repite los valores de calibración. Evaluamos el rendimiento utilizando estándares establecidos por organizaciones respetadas en el campo, como la Asociación para el Avance de la Instrumentación Médica (AAMI) y la Sociedad Británica de Hipertensión (BHS).

Los resultados mostraron que, mientras que las señales de IABP cumplieron con los estándares de rendimiento para el monitoreo de la presión arterial, las señales de PPG lucharon por alcanzar el mismo nivel de precisión. Las técnicas de filtrado también impactaron el rendimiento, con ciertos rangos de frecuencia resultando desafiantes para una estimación precisa.

#Limitaciones de PPG para la Estimación de la Presión Arterial

A pesar de mostrar cierta correlación con las lecturas de presión arterial, las señales de PPG pueden no contener suficiente información para una estimación precisa de la presión arterial. Nuestro análisis indicó que las señales de PPG no cumplían con los estándares de precisión de la AAMI y tuvieron un rendimiento limitado en las evaluaciones de la BHS.

Los hallazgos del estudio sugieren que, aunque la tecnología PPG tiene potencial, no debe ser vista como un reemplazo completo para el monitoreo tradicional de la presión arterial hasta que su confiabilidad esté firmemente establecida.

#Conclusión

En conclusión, nuestro estudio arroja luz sobre las fortalezas y limitaciones de usar PPG para la estimación de la presión arterial. Aunque la tecnología destaca por su enfoque no invasivo y facilidad de integración en dispositivos cotidianos, encontramos que frecuentemente no cumple con la precisión requerida para una gestión efectiva de la presión arterial.

Los hallazgos enfatizan la necesidad de expectativas realistas en torno a las aplicaciones de PPG en el monitoreo de la salud. La investigación continua es esencial para refinar la tecnología PPG, mejorar sus capacidades predictivas y, en última instancia, mejorar la gestión de la hipertensión para los pacientes en todo el mundo.

A medida que avanzamos hacia el futuro, será crítico explorar diseños de modelos más avanzados y técnicas de filtrado para aprovechar el amplio potencial de la PPG mientras se asegura su uso seguro y efectivo en aplicaciones de salud reales.