Real-time early detection of allergic reactions based on heart rate variability
- Autores: Raquel Gutiérrez Rivas
- Directores de la Tesis: Juan Jesús García Domínguez (dir. tes.), William Peter Marnane (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Carlos García García (presid.), María del Carmen Pérez Rubio (secret.), Juan Maria Beitia Mazuecos (voc.), William F. Wright (voc.), María da Graça Ruano (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La popularización del concepto "Internet de las cosas" ha fomentado el rápido desarrollo de aplicaciones centradas en la obtención de información relativa a personas. Por este motivo, y gracias a la disponibilidad de la capacidad de cálculo de los Smartphones, a lo largo de los últimos años se han comercializado diversos dispositivos económicos y aplicaciones a través de los que analizar la salud de los usuarios. En esta tesis se propone el uso de la señal electrocardiográfica para la detección precoz de reacciones alérgicas. Con este objetivo, se ha diseñado en primer lugar un nuevo algoritmo de detección de latidos cardiacos capaz de trabajar en tiempo real. La precisión de dicho algoritmo es similar a los propuestos en la literatura, sin embargo, su complejidad computacional y consumo de recursos son muy reducidos, lo que lo hace idóneo para ser empleado en plataformas portátiles de recursos limitados.
En un estudio previo, se analizó el efecto que las reacciones alérgicas provocaban en la variabilidad del ritmo cardíaco, demostrando que dicho efecto es detectable incluso antes de la aparición de síntomas físicos en la mayoría de los pacientes alérgicos estudiados. Sin embargo, el método propuesto en dicho trabajo no puede emplearse para detectar alergias en pruebas reales, puesto que la complejidad computacional del modelo diseñado necesita horas de análisis para realizar dicha detección. Además, el estudio se centró únicamente en pruebas de provocación de alergias alimentarias en niños menores de 12 años.
En este trabajo se continúa el estudio de la variabilidad del ritmo cardíaco en pacientes realizando pruebas de provocación con dos objetivos principales: el diseño de un algoritmo capaz de detectar alergias en tiempo real, y la extensión del estudio para incluir adultos y pruebas de provocación de alergias a medicamentos. El algoritmo resultante de dicho estudio tiene una precisión similar al propuesto en el trabajo previo, así como la reducción de la cantidad de alérgeno que los pacientes alérgicos deben consumir y de la duración de las provocaciones. Sin embargo, la nueva propuesta puede implementarse en un dispositivo autónomo y portátil y, lo que es más importante, es capaz de realizar las detecciones de reacciones alérgicas en tiempo real.
A pesar de que los resultados obtenidos son prometedores, este estudio debe interpretarse como el inicio de una investigación mayor, puesto que es necesario emplear más tiempo y esfuerzo en la adquisición de nuevos datos para obtener una muestra representativa de toda la población de pacientes alérgicos a alimentos y medicamentos.
- English
The popularisation of the concept of “Internet of Things” has promoted the fast increase of applications focused on obtaining information regarding people. For this reason, and thanks to the availability of the computing capacity of smartphones, over the last years a large number of low cost devices and applications have been marketed for analysing the health of users. In this thesis it is proposed to use ECG signals for early detection of allergic reactions. With this aim, a new QRS complex detection algorithm able to work in real time has been designed. This algorithm achieves an accuracy similar to those proposed by other authors, by reducing their computational complexity and the needed resources, which make it able to be implemented in portable platforms.
In a previous study the effect that the occurrence of an allergic reaction causes in the heart rate variability was analysed, showing that it is noticeable even before the appearance of physical symptoms in most of the cases in which patients suffered an allergic reaction. However, the method proposed in this previous study is not suitable for detecting allergic reactions during real tests, since the computational complexity of the model designed requires hours of analysis to perform that detection. Moreover, the previous study only focused on food provocation tests in children under 12 years old.
The study of the heart rate variability of allergic and non-allergic patients during provocation tests is continued in this work, with two main objectives: the designing of an algorithm capable of detecting allergic reactions in real time, and the extension of the study to include adults and drug provocation tests. The resulting algorithm has an accuracy similar to that proposed in the previous work and the achieved dose and length reduction of the provocation tests is similar as well. However, this algorithm is able to be implemented in a standalone portable device with limited resources and, what is more important, to perform the allergy reactions detection in realtime.
Although the results are promising, this study should be interpreted as the beginning of further research, since it is necessary to spend more time and effort in acquiring new data to get a representative sample of the entire population of allergic patients in the case of both food and drug allergies.
- español
