Dispositivos electrónicos para el diagnóstico y evaluación de pacientes con patologías del sistema cardiovascular periférico

Abstract

El Sistema Cardiovascular Periférico (SCP) está compuesto por arterias, venas y capilares encargados de transportar sangre hacia los tejidos más alejados del cuerpo y puede verse afectado por patologías que comprometen la circulación arterial y venosa, así como los nervios que regulan su funcionamiento. Entre estas enfermedades, la Enfermedad Arterial Periférica (EAP) y la Neuropatía Periférica (NP) suelen provocar complicaciones asociadas a la formación de heridas y úlceras que, en casos graves, pueden derivar en amputaciones. Estas situaciones representan un desafío clínico relevante debido al impacto que tienen en la funcionalidad y en la calidad de vida de los pacientes. La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño, desarrollo y validación de sistemas electrónicos destinados a apoyar el diagnóstico y seguimiento de pacientes con EAP y NP. En primer lugar, se propuso un sistema para la medición del Índice Tobillo-Brazo (ITB) basado en señales de electrocardiograma (ECG) y fotopletismografía (PPG), con el objetivo de mejorar el procedimiento de detección de la EAP. Asimismo, se desarrolló un sistema de medición de la Actividad Electrodérmica (EDA) orientado a la monitorización de la función sudomotora en pacientes con NP. Además, se exploró el uso de señales de excitación en corriente alterna (AC) de onda completa para la medición de EDA, lo que mostró resultados superiores en términos de estabilidad y calidad de la señal registrada. Por último, se diseñó y validó una plantilla sensorizada para el pie con electrodos ubicados en las zonas de mayor presión plantar, lo que permite medir la EDA en condiciones de marcha y amplía el potencial del sistema para el seguimiento ambulatorio de pacientes con NP. Los principales resultados de esta tesis han sido publicados en dos artículos en revistas indexadas en el Journal Citation Reports (JCR). En la publicación Validation of a New Ankle Brachial Index Measurement System Using Pulse Wave Velocity se describe el desarrollo del sistema propuesto para medir el ITB, junto con los resultados de un primer estudio de validación clínica comparado con el método tradicional. Los hallazgos evidenciaron un alto grado de concordancia entre ambos métodos, respaldando la fiabilidad de la propuesta. Por otro lado, el artículo Feasibility Study of Using Alternating Current Excitation to Obtain Electrodermal Activity with a Wearable System presenta el diseño de un sistema portable para la medición de EDA con excitación en corriente alterna (AC). En este trabajo se destacan las ventajas de la excitación en AC frente al método tradicional, mostrando señales más estables en el tiempo y facilitando un mejor seguimiento del componente tónico de la señal, que refleja la actividad basal de las glándulas sudoríparas. Este avance representa un aporte adicional con aplicaciones en diversos contextos biomédicos.

The Peripheral Cardiovascular System (PCS) consists of arteries, veins, and capillaries that transport blood to tissues further from the body. It can be affected by conditions that compromise arterial and venous circulation, as well as the nerves that regulate their function. Among these conditions, Peripheral Arterial Disease (PAD) and Peripheral Neuropathy (PN) often lead to complications such as wounds and ulcers that, in severe cases, can result in amputations. This doctoral thesis focuses on the design, development, and validation of electronic systems aimed at supporting the diagnosis and monitoring of patients with PAD and PN. Firstly, an Ankle-Brachial Index (ABI) measurement system based on electrocardiogram (ECG) and photoplethysmography (PPG) signals was proposed to improve the PAD detection procedure. In addition, an Electrodermal Activity (EDA) measurement system was developed to monitor sudomotor function in patients with PN. The use of full-wave alternating current (AC) excitation signals for EDA measurement was also explored, showing superior results in terms of stability and signal quality. Finally, a sensorised insole was designed and validated with electrodes positioned in areas of highest plantar pressure, enabling EDA measurement during walking and expanding the system's potential for outpatient PN monitoring. The main results of this thesis have been published in two articles in journals indexed in the Journal Citation Reports (JCR). The publication Validation of a New Ankle Brachial Index Measurement System Using Pulse Wave Velocity describes the development of the proposed ABI measurement system, and the results of the initial clinical validation study compared to the traditional method. The findings showed a high degree of agreement between the two methods, supporting the reliability of the proposed approach. On the other hand, the article Feasibility Study of Using Alternating Current Excitation to Obtain Electrodermal Activity with a Wearable System presents the design of a wearable system for measuring EDA using alternating current (AC) excitation. This work highlights the advantages of AC excitation over the traditional method, showing more stable signals over time and enabling better tracking of the tonic component of the signal, which reflects the basal activity of sweat glands. This advance represents an additional contribution with applications in various biomedical contexts.