Relationship of Age with Spectral Components of Noise-Free Realizations of Photoplethysmographic Signals: Outcomes of a Nonlinear Identification Approach Translated title: Relación de la edad con componentes espectrales de realizaciones sin ruido de señales fotopletismográficas: resultados de un enfoque de identificación no lineal

Abstract

SUMMARY Background: Age-related changes in the vascular network have been widely documented, however, nonlinear identification has been poorly applied to the analysis of cardiovascular signals. Objective: To determine the impact of age on spectral components of Noise-free realizations (NFR) obtained from photoplethysmographic signals, summarized in the Kernel Complexity Regressive Index (KCRIndex). Methods: With 190 apparently healthy participants (9 to 89 years) from Orense, Spain, Photoplethysmographic signals were recorded during 5 minutes in supine position using Nellcor-395 pulse oximeter; signals were digitized at 1000 Hz, and furtherly submitted to nonlinear identification via a kernel nonlinear autoregressive estimator. KCRIndex is defined as the average of at least three negative slope values at the NFR log-log spectrum in the 9 to 25 Hz frequency region. Results: KCRIndex decreased with age in a linear fashion and did not differ between genders. The regression line obtained was KCRIndex=-0.025*age+6.868 (r=-0.751). Conclusions: KCRIndex, is strongly correlated with age, thus opening up new possibilities for cardiovascular exploration at primary health care settings and even on open field conditions.

Translated abstract

RESUMEN Antecedentes: los cambios relacionados con la edad en la red vascular se han documentado ampliamente, sin embargo, la identificación no lineal solo se ha aplicado de manera esporádica al análisis de las señales cardiovasculares. Objetivo: determinar los cambios con la edad en los componentes espectrales de las realizaciones sin ruido (NFR) obtenidas a partir de señales fotopletismográficas, resumidas en el índice regresivo de la complejidad por núcleos (KCRIndex). Métodos: Con 190 participantes aparentemente sanos (de 9 a 89 años) residentes en Orense, España, se registraron señales fotopletismográficas durante 5 minutos en posición supina usando un oxímetro de pulso Nellcor-395; las señales se digitalizaron a 1000 Hz, y se sometieron a identificación no lineal a través de un estimador autorregresivo no lineal por núcleos. El KCRIndex se define como el promedio de al menos tres valores de pendiente negativos en el espectro log-log de NFR en la región de frecuencia de 9 a 25 Hz. Resultados: KCRIndex disminuyó con la edad de forma lineal y no difirió entre géneros. La línea de regresión obtenida fue KCRIndex = -0.025 * edad + 6.868 (r = -0.751). Conclusiones: Este índice propuesto está fuertemente correlacionado con la edad, lo que abre nuevas posibilidades para la exploración cardiovascular en entornos de atención primaria de salud e incluso en condiciones de campo.