Valencia Urbina, Carlos E. (2016) Fotopletismografía basada en realidad aumentada con aplicaciones al monitoreo funcional en pediatría. / Photoplethysmography based on augmented reality with applications to funcional monitoring in pediatrics. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Este trabajo está orientado a la construcción de un sistema de fotopletismografía por imágenes ( Imaging photoplethysmography iPPG) que sea capaz de detectar la señal fotopletismográfica ( photoplethysmography PPG) y de obtener parámetros fisiológicos como el ritmo cardíaco y la frecuencia de respiración. La implementación en términos de hardware se logró con un montaje experimental a medida que cumple ciertos requerimientos para la detección de esta señal. Entre los más importantes se encuentran: ser de bajo costo, tamaño reducido, capacidad de configuración manual de los parámetros de vídeo más relevantes y la capacidad de operar en tiempo real. La señal PPG fue obtenida mediante la filmación de un sujeto en condiciones de iluminación de luz visible. La importancia del estudio de la señal PPG radica en el hecho que ésta es capaz de proveer información que permite estimar la eficiencia y reserva fisiológica durante la aplicación de un dado tratamiento. En particular los parámetros fisiológicos más relevantes de esta señal están dados por la interacción compleja entre los sistemas cardiovascular, respiratorio y autónomo del sujeto. En este trabajo se logró la separación de dos rasgos de la señal PPG asociados a los sistemas cardiovascular y respiratorio, logrando estimar el pulso cardíaco y la frecuencia de respiración de un dado sujeto. Para lograr la construcción del sistema iPPG se implementaron varios arreglos experimentales con los que diversas pruebas fueron realizadas. Como resultado de estas pruebas se lograron encontrar los parámetros y configuraciones experimentales más relevantes para la detección de la señal PPG entre los cuales se encuentran: el nivel de iluminación, la estabilidad de la fuente emisora de luz, la estabilidad de la cámara para la toma de datos y evitar el autoajuste de la cámara. Para lograr la separación de los rasgos de la señal PPG asociados al ritmo cardíaco y frecuencia de respiración dos algoritmos fueron estudiados e implementados. En el primero se realiza un promediado espacial en una región de interés, dando como resultado un valor de intensidad media para cada imagen, la señal PPG es obtenida al graficar este valor medio en función del tiempo. Con este algoritmo se comprobaron varias propiedades de la señal PPG entre las cuales se encuentran la modulación por parte del sistema respiratorio sobre esta señal, como también la detección del pulso cardíaco. En el segundo algoritmo conocido como magnificación euleriana del video (eulerian video magnification EVM) se logra la magnificación o atenuación de sutiles variaciones temporales (de color, intensidad, forma, etc) las cuales no son perceptibles a simple vista. Este algoritmo fue verificado al aplicarlo en un experimento donde una intensidad de referencia tiene una amplitud de variación muy pequeña que no es detectada por el ojo humano. El resultado de este algoritmo es un video que muestra esta variación de manera perceptible.
Resumen en inglés
This work approaches the construction of an Imaging photo plethysmography (iPPG) system that is able to detect the photo plethysmography (PPG) sign and obtain physiological parameters such as cardiac rhythm and respiratory frequency. The hardware implementation was achieved with an experimental assembly as certain requirements for the detection of the sign are met. Among the most important ones are: to have a low cost, reduced size, capacity of manual setting for the most relevant video parameters and the capacity to run in real time. The PPG sign was obtained by filming a subject in visible light conditions. The importance of the study of the PPG sign lies on the fact that it is able to provide information that allows estimating the physiological efficiency and reserve during the application of a given treatment. The most relevant physiological patterns particular for this sign are given by the complex interaction of the cardiovascular, respiratory and autonomous systems of the subject. In this work, the separation of two traits of the PPG sign associated to the cardiovascular and respiratory systems was achieved, getting to estimate the cardiac pulse and the respiratory frequency of a given subject. In order to achieve the construction of the iPPG system, several experimental arrangements were implemented, which diverse tests were carried out with. As a result of these tests, it was possible to find the most relevant experimental parameters and settings for the detection of the PPG sign among which there are: the lightening level, the stability of the light emitting source, the stability of the camera for data input and avoiding the camera auto adjusting. In order to achieve the separation of the traits of the PPG sign associated to the cardiovascular and respiratory systems, two algorithms were studied and implemented. In the first one, a spatial average in a region of interest is carried out, giving as a result a medium intensity value for each image, the PPG sign is obtained when this medium value is put in a graphic in function of time. With this algorithm, several properties of the PPG sign were proved, among which are the modulation by the respiratory system on this sign, as well as the detection of the cardiac pulse. In the second algorithm, known as the Eulerian video magnification (EVM) the magnification or attenuation of several temporary variations (in color, intensity, shape, etc.)- not visible to the naked eye - is achieved. This algorithm was verified when it was applied in an experiment where the reference intensity has a very small variation amplitude that is not detectable to the naked eye. The result of this algorithm is a small video that shows this variation in a perceptible way.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Pediatrics; Pediatría; [Photoplethysmography; Fotopletismografía; Eulerian video magnification; Magnificación euleriana de video; Physiological parameters; Parametros fisiológicos; Aumented reality, Realidad aumentada; Digital signal processing; Procesamiento digital de señales] |
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| Materias: | Física Física > Física tecnológica |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Bajas temperaturas |
| Código ID: | 635 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 19 Oct 2017 14:56 |
| Última Modificación: | 23 Oct 2017 11:27 |
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