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Aspectos básicos de la tecnología
utilizada en los estudios de sueño
Ramon Farré
Unitat de Biofísica i Bioenginyeria
Facultat de Medicina, UB
CIBER Respiratorio
La polisomnografía (PSG) consiste en el registro de DISTINTAS variables
fisiológicas (naturaleza, amplitud y rapidez de variación).
La medida de PSG tiene lugar mediante una serie de sensores/transductores
que transforman las variables fisiológicas en señales eléctricas que se
registran mediante un polígrafo analógico o un ordenador.
VARIABLE SENSOR
EEG, ECG, EMG Electrodos + amplificador
Saturación O2 Pulsioxímetro
Flujo Termistor, gafas nasales
Esfuerzo inspiratorio Bandas toracoabdominales
Postura corporal Sensor gravimétrico
Variable fisiológica Señal eléctrica (V)Sensor
Transductor
La señal eléctrica proporcionada por el sensor debe ser un fiel reflejo de
la variable fisiológica medida.
Para ello se requiere que el sensor sea LINEAL, es decir que proporcione
una señal que sea proporcional a la variable medida (linealidad del sensor).
Variable fisiológica
Señ
al elé
ctr
ica
Variable fisiológicaS
eñ
al elé
ctr
ica
Calibración:
Factor de escala (ganancia)
(Volt / cmH2O)
Δy
Δx
Calibración:
Factor de escala (ganancia)
Corrección de cero (offset)
No siempre los sensores que se utilizan en PSG son lineales.
Por ejemplo, para el registro del flujo (ventilación), que es una variable
fundamental para valorar el grado de apnea/hipopnea.
No obstante, su uso en la rutina clínica de PSG no es posible ya que requiere
el uso de una máscara nasal.
El transductor lineal de referencia para el flujo es el neumotacógrafo:
ya sea de tipo malla (Lilly) o de tipo capilar (Fleisch).
Para registrar una señal de flujo cómoda para el paciente se utilizan
termistores/termopares o gafas nasales.
Ambos sensores proporcionan una señal que no es lineal.
Por tanto, la señal de estos sensores puede dar lugar a una infravaloración o
a una sobrevaloración de las hipopneas.
Farré et al. Eur Respir J 11:179-182, 1998
TERMISTOR
50% reducción
20% reducción
Hipopnea:
Falso negativo
Farré et al. Am J Respir Crit Care Med 163: 494-497, 2001.
GAFAS NASALES
40% reducción
70% reducción
Hipopnea:
Falso positivo
Farré et al. Am J Respir Crit Care Med 163: 494-497, 2001.
Una ventaja de las gafas nasales es que su señal se puede linearizar
mediante el cálculo automático de su raiz cuadrada.
Como se ha indicado anteriormente, la señal proporcionada por el sensor
debe ser un fiel reflejo de la variable fisiológica medida.
Además de ser lineal, el sensor debe tener una respuesta
suficientemente rápida.
20 ºC
TIEMPO
TEMPERATURA
20 ºC
37 ºC
Temperatura real
Sensor rápido
Sensor lento
37 ºC
H2O
TIEMPO
TEMPERATURA
20 ºC
37 ºC
Temperatura real
Sensor rápido
Sensor lento
Se dice que un sensor de respuesta rápida (pequeña constante de tiempo) tiene:
a) una buena respuesta dinámica
b) una buena respuesta en frecuencia
Un sensor puede tener una buena respuesta estática pero una mala
respuesta dinámica.
Constante de tiempo (τ): tiempo en alcanzar el 63% del valor total.
τ τ
Farré et al. Eur Respir J 11:179-182, 1998
El TERMISTOR es un ejemplo de sensor
con buena respuesta estática pero muy
mala respuesta dinámica: es demasiado
lento para registrar correctamente la
respiración
PULSIOXIMETRÍA
El pulsioxímetro es sensible a los artefactos
de movimiento y coloración de la zona donde
se aplica
El PULSIOXÍMETRO puede tener una respuesta dinámica inadecuada si
está configurado para un tiempo de promediado (ΔT) demasiado largo.
Farré et al. 1998. Sleep 21: 386-90.
Sa
O2
(%)
Sa
O2
(%)
TIME (s)
0 60 120 180 240
70
80
90
100
70
80
90
100
ΔT = 3 s
ΔT = 3 s ΔT = 21 sInfravaloración
de la
desaturación
Variable fisiológica Señal eléctrica (V)Sensor
Transductor
Amplificación
Filtrado
Muestreo
Digitalización
Visualización
Cálculo
Un aspecto práctico del registro de señales en la PSG es el uso de filtros.
El filtrado de una señal es un proceso (analógico o digital) que elimina
ciertas componentes de la señal.
Por ejemplo, un filtro paso-bajo es un sistema que únicamente permite
el paso de las componentes de una señal que varían lentamente (bajas
frecuencias) y elimina aquellas componentes que varían rápidamente (altas
frecuencias).
Contrariamente, un filtro paso-alto es un sistema que permite únicamente
el paso de las componentes de una señal que varían rápidamente (altas
frecuencias) y elimina aquellas componentes que varían lentamente (bajas
frecuencias).
Ejemplo de uso de un FILTRO PASO-BAJO para eliminar el ruido eléctrico
(50 Hz) de una señal.
Ejemplo de uso de un FILTRO PASO-ALTO para eliminar la deriva térmica
en un sensor de flujo basado en termistor.
0
Tambiente = 20 ºC
0
Tambiente = 20 ºC
0
Tambiente = 27 ºC
SIN FILTRAR (DC)
0
Tambiente = 27 ºC
FILTRADO PASO-ALTO (AC)
Efectos de distintos parámetros de filtrado sobre una señal de ECG
Es muy importante respetar las frecuencias de corte (o constantes
de tiempo) de los filtros especificadas en las recomendaciones.
Puede haber una cierta confusión en la nomenclatura:
FILTRO PASO-BAJO: deja pasar inalteradas las bajas frecuencias y elimina
las altas frecuencias.
FILTRO DE BAJAS: elimina la bajas frecuencias y deja pasar las altas
frecuencias.
EEG: Low frequency filter: 0.3 Hz
High frequency filter: 30 Hz
EMG: Low frequency filter: 10 Hz
High frequency filter: 90 Hz
ECG: Low frequency filter: 1 Hz
High frequency filter: 15 Hz
Respiración: Low frequency filter: 0.1 Hz
High frequency filter: 1 Hz
CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN A TIERRA: RUIDO
CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN A TIERRA: SEGURIDAD