análise comparativa do som do pulso radial e do coração captado

ANÁLISE COMPARATIVA DO SOM DO PULSO RADIAL E DO CORAÇÃO CAPTADO
COM MICROFONE DE ELETRETO
Josely de Abreu Vitor1, Eder Rezende Moraes2, Daniel Acosta-Avalos2
1 Mestrado
em Engenharia Biomédica, Universidade do Vale do Paraíba / IP&D. Avenida Sishima Hifumi,
2911, Urbanova, 12244-000 – São José dos Campos – SP, e-mail: [email protected]
2 Universidade do Vale do Paraíba / IP&D. Avenida Sishima Hifumi, 2911, Urbanova, 12244-000 – São José
dos Campos – SP, e-mail: [email protected]
Palavras-chave: Ausculta cardíaca, Pulso, Microfone
Área do Conhecimento: III - Engenharias
Resumo- O ouvido humano percebe sons com freqüências de 16 a 17.000Hz, dependendo de cada
indivíduo. As vibrações produzidas em estruturas cardíacas e vasculares no ciclo cardíaco propagam-se até
a superfície do corpo, e o pulso arterial pode ser percebido pelo deslocamento de uma onda de pressão no
sistema arterial. Como as ondas cardíacas e do pulso obedecem às leis da acústica, elas podem ser
captadas através de microfones. Neste trabalho, ambos sons foram captados simultaneamente com
microfones de eletreto, para depois correlacionar o batimento cardíaco com o do pulso radial. Isso pode
auxiliar, no futuro, na identificação de doenças cardíacas. Observou-se que o batimento do coração e do
pulso radial, para um dos voluntários estudado, tem uma freqüência fundamental de 1,22Hz. Entre os sinais
foi calculado um coeficiente de correlação de Pearson r=0,487 que implica numa correlação média. Ambos
sinais apresentaram um deslocamento temporal de 114ms, o qual deve estar relacionado com o tempo de
propagação desde o coração até o punho do voluntário analisado.
Introdução
Parte das informações que o ser humano
recebe são transmitidas por ondas sonoras
provenientes do ambiente que o cerca e
originadas em diversas fontes sonoras. O ouvido
humano tem capacidade de perceber vibrações
sonoras com freqüências variando entre 16 a
17.000 Hz, limites que variam com a idade e de
um indivíduo para outro [1]. As ondas de vibração
mecânica chegam até o ouvido e são percebidas
pelo cérebro como a sensação do som. A análise
de um som complexo, composto por muitas
freqüências, é feita com a ajuda de sistemas de
processamento de sinais [1,2].
O coração atua como bomba muscular, que
gera pressões variáveis enquanto suas câmaras
se contraem e relaxam. A sístole é o período de
contração dos ventrículos, e a diástole é o
relaxamento ventricular. As vibrações produzidas
em estruturas cardíacas e vasculares, durante o
ciclo cardíaco, propagam-se até a superfície do
corpo obedecendo às leis da acústica [3].
A cada contração, o ventrículo esquerdo ejeta
um volume de sangue na aorta, e daí para o
sistema arterial. Uma onda de pressão deslocase rapidamente pelo sistema arterial, onde se é
percebido o pulso arterial. Pelo exame dos
pulsos arteriais pode-se contar a freqüência
cardíaca, determinar o ritmo do coração, avaliar a
amplitude e o contorno da onda e do pulso, ou
até mesmo detectar obstruções ao fluxo
sangüíneo [4].
A ausculta cardíaca é um recurso
indispensável
para
diagnósticos
das
enfermidades cardíacas. Na ausculta, a primeira
e a segunda bulhas cardíacas definem o limite da
sístole e da diástole. A fonocardiografia é o
registro gráfico dos sons cardíacos. O
fonocardiograma é obtido colocando-se um
microfone especial na parede torácica. As ondas
geradas pelo coração são amplificadas, filtradas
e registradas. A fonocardiografia é usada
principalmente
no
ensino
e
pesquisa,
especialmente com os avanços tecnológicos dos
estetoscópios eletrônicos [3,4].
O objetivo do presente estudo foi a análise do
som do pulso radial, captado com um microfone
de eletreto em diferentes indivíduos, e sua
correlação com o som da ausculta cardíaca. O
estudo do som do pulso radial pode auxiliar,
futuramente, na identificação de doenças do
coração,
complementarmente
à
ausculta
cardíaca, visto que o pulso é gerado pelos
batimentos cardíacos.
Materiais e Métodos
Participaram da pesquisa 06 indivíduos do
sexo feminino, faixa etária de 18 a 29 anos.
Foram excluídos da pesquisa sujeitos com
diagnóstico
comum
de
problemas
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partir da FFT foram comparadas as freqüências
principais encontradas entre os dois sinais para
um mesmo indivíduo.
Como os sinais do pulso e do coração foram
captados simultaneamente, foi possível realizar a
correlação entre ambos, para poder analisar qual
é o tempo de defasagem entre os sinais.
Também foi calculado o coeficiente de correlação
entre eles.
Resultados
Nas figuras 1 e 2 podemos observar a
forma dos sinais do pulso radial e do coração,
0,3
0,2
Sinal (V)
0,1
0,0
-0,1
-0,2
-0,3
0
2
4
6
8
10
Tempo (ms)
respectivamente, sem a componente DC.
0,15
0,10
Sinal (V)
cardiovasculares, hipertensão arterial sistêmica,
diabetes, obesidade e história de abuso no
consumo alcoólico.
O estudo foi realizado no Laboratório de
Espectroscopia Fotoacústica e no Laboratório de
Processamento de Sinais do Instituto de
Pesquisa e Desenvolvimento – IP&D, da
Universidade do Vale do Paraíba (UNIVAP), e foi
aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do
IP&D-UNIVAP (Protocolo L047/2005/CEP).
Foram utilizados: uma interface de registro de
sinais com 12 canais de entradas analógicas,
dois microfones de eletreto comerciais, uma
placa de aquisição de dados, um computador
para a digitalização dos sons captados – com o
recurso dos programas Lab View, Origin e Excel,
e um estetoscópio Littmann Classic II®. O sinal
captado no microfone foi digitalizado usando-se
uma placa AD, com resolução de 12 bits,
controlada com o software LabView.
Os sujeitos foram colocados na posição de
decúbito dorsal, num ambiente silencioso, e se
mantiveram na mesma posição por 180
segundos, que foi o tempo para a coleta dos
dados.
Um microfone de eletreto foi posicionado
sobre a artéria radial do antebraço direito de cada
sujeito, onde a palpação coincidisse com a
pulsação máxima da artéria. O segundo
microfone foi posicionado na região anterior do
tórax dos sujeitos, no quinto espaço intercostal
esquerdo, no ponto de pulsação máxima e
melhor percepção dos fenômenos acústicos. O
microfone utilizado na captação do som do
coração foi acoplado a uma campânula de
estetoscópio, a fim de reduzir ruídos e amplificar
o som cardíaco. Os sinais do pulso e do coração
foram captados simultaneamente.
Os sinais foram captados pelos microfones e
armazenados num arquivo com extensão TXT
através de um programa no LabView. Para a
aquisição contínua dos dados, os parâmetros
utilizados foram: 1 ponto a cada 4 ms (250 pontos
por segundo) e buffer de 25.000.
Os arquivos TXT foram importados para o
programa Origin, para sua análise qualitativa. De
cada gráfico foi escolhido um setor de boa
qualidade para ser tratado. Inicialmente o sinal
foi suavizado para eliminar os ruídos (smoothing
de 10 pontos). Foi realizada a estatística dos
dados suavizados do gráfico, e o valor médio
obtido foi utilizado para eliminar o nível DC do
sinal, simplesmente subtraindo o valor médio de
todos os valores do sinal analisado.
Um novo gráfico foi gerado sem a componente
DC, e nele foi realizada uma Transformada
Rápida de Fourier (FFT), tanto para os sinais do
pulso radial quanto do batimento cardíaco. A
0,05
0,00
-0,05
-0,10
0
2
4
6
8
10
Tempo (ms)
Figura 1: Forma do som do pulso radial.
Figura 2: Forma do som do batimento cardíaco.
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Amplitude (u.a.)
0,03
0,02
0,01
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
Frequencia (Hz)
Figura 3: FFT do sinal captado no Pulso
0,020
observado nas Figs. 3 e 4. É importante
mencionar que a freqüência de 1,22 Hz que
aparece na Tabela I, junto com seus harmônicos,
corresponde com um pulso de aproximadamente
70 batimentos por minuto, que é o esperado
numa pessoa em repouso.
Na figura 5 podemos observar o resultado
da correlação entre ambos sinais. A partir da
curva de correlação pode-se observar que os
dois sinais estão deslocados em 114 ms, ou seja,
que existe um atraso entre o sinal gerado no
coração e sua propagação até o punho. Neste
mesmo gráfico podemos observar que existe uma
grande correlação entre ambos sinais.
Com ajuda do MS-Excel foi calculado o
coeficiente de correlação de Pearson entre
ambos sinais, no deslocamento de 114 ms. Neste
caso r = 0,487, o que indica uma correlação
mediana entre ambos sinais.
3
0,010
Correlação (u.a.)
Amplitude (u.a.)
0,015
0,005
0,000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
3
0
-3
-3
Frequencia (Hz)
-1
0
1
Tempo (s)
Figura 4: FFT do sinal captado no Coração
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Tempo de defasamento (s)
Nas figuras 3 e 4 podemos observar o
resultado da FFT para os sinais das figuras 1 e 2
respectivamente.
Na tabela I encontram-se as freqüências
obtidas para cada sinal, ordenadas segundo a
sua contribuição no sinal pela amplitude.
Tabela I: Freqüências obtidas nas FFTs para os
dois diferentes sinais. Os valores marcados em
negrito correspondem com a freqüência de 1,22
Hz e seus harmônicos.
Ordem
1
2
3
4
5
6
7
8
Freq. Pulso (Hz) Freq. Coração (Hz)
3,42
0,12
6,35
2,32
3,42
2,32
5,74
5
2,56
3,66
1,22
4,64
4,88
3,66
5,13
1,22
O que pode ser observado nas duas
FFTs é que os dois sinais têm contribuições
semelhantes nas freqüências, porém a amplitude
delas não é semelhante, como pode ser
Figura 5: Correlação entre os sinais do pulso
radial e do coração coletados simultaneamente.
O insert mostra o detalhe da curva para
defasagens entre -1 s e +1s.
Discussão
Os resultados mostrados na Tabela I
mostram que o batimento do coração e do pulso
radial têm uma freqüência fundamental, que é
1,22 Hz, pois os primeiros harmônicos desta
freqüência contribuem fortemente no sinal.
Porém, aparecem outras freqüências (pulso: 5.4,
6 e 7 Hz; coração: 3, 8 e 9 Hz) não
compartilhadas em ambos sinais, que acredita-se
serem causadas pela própria diferença entre a
origem destes pulsos. O valor do coeficiente de
correlação não foi maior que 0,7 (correlação
forte), devido à presença destas componentes
nos respectivos pulsos com freqüências
diferentes. Porém, o valor obtido para o
coeficiente r demonstra que existe uma
correlação entre ambos sinais, o que era
esperado.
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Conclusão
No presente trabalho foi mostrado que os
sinais do batimento cardíaco e do pulso radial,
captados
com
um
microfone,
estão
correlacionados entre si. Uma análise mais
apurada da forma destes pulsos permitirá
identificar melhor as semelhanças entre eles. O
cálculo do tempo de defasagem e a análise da
forma dos sinais possivelmente poderão servir
num futuro para a identificação de patologias
cardíacas.
Referências
[1] GARCIA, E.A. Biofísica da audição. Biofísica.
São Paulo: Sarvier. V. , n. , p.117-20, 2002.
[2] MACIEL, B. C. Ausculta cardíaca: bases
fisiológicas. Medicina, Ribeirão Preto. V.27, n.1/2,
p.126-144, 1994.
[3] BICKLEY, L. S. O sistema cardiovascular.
Propedêutica Médica. Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan S.A., 2201.
[4] TILKIAN, A. G.; CONOVER, M. B. Entendendo
os sons e sopros cardíacos. São Paulo Roca,
2004.
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