Publicación: Dispositivo portable para la estimación del Índice de Coherencia Global en ciclistas aficionados
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Resumen en español
RESUMEN: el ciclismo es un deporte popular en Colombia y constantemente los deportistas buscan mejorar su rendimiento deportivo por medio de la evaluación de diferentes variables. La obtención de la coherencia fisiológica incrementa el rendimiento del pedalista al aumentar su resiliencia, mejorar la toma de decisiones y optimizar el funcionamiento del metabolismo. La coherencia fisiológica se puede medir por medio del Índice de Coherencia Global (ICG) que relaciona la sincronización de las señales de variabilidad cardiaca (HRV), tiempo de tránsito de pulso (PTT) y respiración. A pesar de que la obtención de la coherencia fisiológica proporciona beneficios sustanciales, no existe un dispositivo específico para ciclistas que calcule el ICG en tiempo real. En el trabajo se diseña, implementa y prueba un dispositivo con el que se adquieren las señales de ECG y PPG, para procesarlas y calcular el valor del ICG, finalmente mostrándolas al ciclista por medio de una pantalla de visualización. Para su obtención, se siguió la metodología basada en el libro “Medical device design” de Ogrodnik con algunas características de la metodología de Ulrich y Eppinger, que se divide en dos segmentos, sistema hardware y sistema embebido, generando conceptos integrales que cumplen los requerimientos de funcionamiento durante un entrenamiento de ciclismo. Una vez desarrollado el dispositivo final, se realiza la evaluación en tres secciones. Primero, un estudio comparativo de variables de calibración; segundo, una calificación de criterios de validación y tercero una prueba de concepto comparativa implementada en dos individuos. Para los estudios comparativos se analizaron los valores de frecuencia cardiaca obtenidos por los dispositivos diseñado y estándar, debido a la ausencia de dispositivos comerciales que calculen el ICG. Los resultados obtenidos demuestran que el dispositivo tiene un buen desempeño en circunstancias controladas como la adquisición de las señales de un simulador de paciente, o la adquisición de datos de un ciclista en reposo y en actividad de potencia media. En estos casos consiguiendo un error absoluto bajo, con lo que se puede concluir que el ICG calculado refleja el estado fisiológico del usuario. Para los casos en los que el usuario genera mucho movimiento y frecuencia cardiaca alta, el dispositivo tiene un menor desempeño pues el error es alto respecto al dispositivo estándar, por lo que no es un reflejo del estado fisiológico del ciclista. Se determina que las causas principales del error son el artefacto por movimiento, la interferencia electromagnética y la ubicación de los sensores.
Resumen en inglés
ABSTRACT: cycling is a popular sport in Colombia, and athletes constantly seek to improve their performance by evaluating different variables. Achieving physiological coherence enhances a cyclist's performance by increasing resilience, improving decision-making, and optimizing metabolic function. Physiological coherence can be measured through the Global Coherence Index (GCI), which relates the synchronization of heart rate variability (HRV), pulse transit time (PTT), and respiratory signals. Despite the substantial benefits of achieving physiological coherence, there is no specific device for cyclists that calculates the GCI in real-time. In this work, a device is designed, implemented, and tested to acquire ECG and PPG signals, process them, and calculate the GCI value, finally displaying it to the cyclist via a display screen. For its development, the methodology based on the book "Medical Device Design" by Ogrodnik was followed, incorporating some characteristics of the methodology by Ulrich and Eppinger, divided into two segments: hardware system and embedded system, generating comprehensive concepts that meet functional requirements during cycling training. Once the final device was developed, it was evaluated in three sections. First, a comparative study of calibration variables; second, an assessment of validation criteria; and third, a proof-of-concept comparative test implemented on two individuals. For the comparative studies, heart rate values obtained by the designed and standard devices were analyzed due to the absence of commercial devices that calculate the GCI. The results obtained demonstrate that the device performs well under controlled circumstances such as acquiring signals from a patient simulator or data from a cyclist at rest and during moderate power activity, achieving a low absolute error. This suggests that the calculated GCI reflects the user's physiological state. However, in cases where the user generates a lot of movement and has a high heart rate, the device performs less effectively, showing a high error compared to the standard device, and thus not reflecting the cyclist's physiological state accurately. It is determined that the main causes of the error are movement artifacts, electromagnetic interference, and sensor placement.