INDICADORES ESPECTRO-TEMPORALES DE LA FASE EN LA MEDICIÓN DE LA PRESIÓN SANGUÍNEA ARTERIAL POR MÉTODO AUSCULTATORIO

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1 INDICADORES ESPECTRO-TEMPORALES DE LA FASE EN LA MEDICIÓN DE LA PRESIÓN SANGUÍNEA ARTERIAL POR MÉTODO AUSCULTATORIO Carmen Busoch Morlán Yossué Rodriguez Cruz Miguel A. Capdevilla López Angel Regueiro-Gómez Departamento de Automática y Computación División de Instrumentación y Bioingeniería (DIB) Facultad de Ingeniería Eléctrica, ISPJAE carmen-b@electrica.ipsjae.edu.cu RESUMEN La medición de presión sanguínea arterial por método auscultatorio (referencia entre los métodos no invasivos), presenta limitaciones debido a la existencia de sonidos presistólicos los cuales pueden confundir a los especialistas en la determinación del instante de presión máxima (sístoles), además del error introducido por las características auditivas de los propios especialistas. En la determinación del instante diastólico se acentúa más la incertidumbre debido a la no existencia de un rasgo característico que permita definir este momento de presión mínima. En el trabajo se proponen dos nuevos indicadores espectrotemporales relacionados con la media y la varianza (MVAφ i y VVAφ i ) de la variabilidad de la fase de los sonidos de Korotkofff para un registro, los cuales permiten la identificación de los instantes de interés clínico con buena robustez y repetibilidad en las medidas de presión sanguínea arterial, lo que permite mejorar el estudio y el análisis del comportamiento del sistema circulatorio. Palabras clave: presión sanguínea arterial, medición no invasiva, indicadores espectro-temporales. 1. INTRODUCCIÓN La medición de la presión sanguínea arterial permite caracterizar el comportamiento del sistema circulatorio [1]. Los métodos no invasivos, permiten la obtención de uno o varios valores clásicos de interés clínico (presión media, presión sistólica y presión diastólica) [2]. Los métodos más populares: el método auscultatorio y el método oscilométrico, presentan limitaciones que influyen en los resultados clínicos [3], debido a la existencia de sonidos presistólicos, la carencia de un rasgo característico para definir el instante diastólico y la presencia de artefactos, interferencias y ruido [4], siempre presentes en el sistema de medición. El empleo combinado de ambos métodos permiten minimizar algunos de estos factores, que limitan la repetibilidad y robuztez en las medidas. En este tipo de medición altamente personalizada se puede introducir el empleo de indicadores espectro-temporales [5][6] para mejorar la definición del instante de ocurrencia de estos eventos, a partir del comportamiento de las componentes frecuenciales entre sonidos consecutivos durante un registro. El análisis de la variabilidad de la fase en el espectro de los sonidos auscultados en un registro para un sujeto, permite identificar los instantes de interés en la medición de la presión sanguínea arterial sin la presencia de un observador especializado, lo cual permite, sin el efecto del síndrome de la Bata Blanca, ofrecer mejor repetibilidad y robustez en las medidas. En este trabajo se introducen dos nuevos indicadores espectro-temporales para la medición de la presión sanguínea arterial. 2. METODOLOGÍA A partir de una tarjeta para la adquisición de señales, con un convertidor A/D de 12 bit de resolución, 4 canales de entrada y frecuencia de muestreo de 2 khz (PC-LAB), se adquirieron en 5 voluntarios, diferentes señales de interés: los sonidos de Korotkoff empleando como transductor una cerámica piezoeléctrica (CAF20.1.2), las oscilaciones de presión en el brazalete a través de un puente de galgas de esfuerzo (EUROSENSOR-20), la señal de un observador entrenado para indicar el primer y último sonido audible (conmutador sin rebote), y la señal de ECG como base de tiempo (referencia temporal) a partir de electrodos de superficies. En todos los casos, se desarrolló el sistema de acondicionamiento apropiado para garantizar el margen dinámico de entrada del convertidor y el ancho de banda para cada una de las señales a analizar. A partir de las herramientas de MATLAB (V5.3) se desarrolló un programa para el procesamiento automatizado de las señales adquiridas que permitió el análisis de los diferentes registros, en la búsqueda de nuevos indicadores espectro-temporales que permitan definir los instantes de interés en la medición de los valores clínicos más importantes: presión máxima, presión mínima y presión media. 3. RESULTADOS La figura 1 muestra la herramienta de programa desarrollada, en la cual se introduce el registro almacenado y automáticamente permite el cálculo estadístico de varios indicadores a partir del análisis espectro-temporal de las señales, específicamente para el estudio de la variabilidad de la fase en el espectro de los diferentes sonidos auscultados en un registro.

2 Fig. 1. Analizador de funciones. Se aprecian las ventanas de referencia donde se indican los instantes de interés clínico: sístoles y diástoles obtenidos por el método auscultatorio (observador entrenado) y el valor de presión media obtenido a través del método oscilométrico. También el sistema ofrece las ventanas determinadas por dos nuevos indicadores obtenidos para el análisis del comportamiento de la fase entre los diferentes sonidos auscultados a lo largo de un registro y los cuales son definidos como: Media de la variabilidad de las áreas de los subintervalos de frecuencia para la fase del espectro en las diferentes ventanas de un registro de los sonidos de Korotkofff. MVA φ x = 1 n n j= 1 A i, j (1) donde A representa el área de la componente de la fase en cada subintervalo (j) de frecuencia (10 Hz) para cada ventana (i) de duración 1 s en el dominio temporal (BW=100 Hz), y MVAφ v representa la media de la variabilidad en la fase (φ) para un registro (x). Varianza de la variabilidad de los áreas de los subintervalos de frecuencia para la fase del espectro en las diferentes ventanas de un registro de sonidos de Korotkofff. _ VVA φ x = Ai, j n Ai 1 n j= 1 2 (2) donde el término de la derecha corresponde con la media de las diferencias cuadráticas de n áreas de los subintervalos de frecuencias j en el ancho de banda (1-100 Hz) respecto al valor medio A i en el análisis de la fase para cada ventana (i) de 1 segundo en el dominio temporal correspondiente a un registro de los sonidos característicos de Korotkofff. La figura 2 muestra las características obtenidas de los nuevos indicadores para un sujeto. Se aprecia que el indicador MVAφ i permite definir los tres instantes de interés clínico en la medición de presión sanguínea arterial los cuales corresponden: Presión sistólica con el último cruce por cero antes del valor mínimo del indicador. Presión diastólica con el primer cruce por cero después del máximo del indicador. Presión media con el valor mínimo del indicador (en la figura no se representa la coincidencia observada en los diferentes registros de este punto mínimo con el máximo valor de las oscilaciones de presión del brazalete adquiridos por el método oscilométrico en uno de los canales de la tarjeta de adquisición empleada). Para el indicador VVAφ i se aprecia que existe cierta relación con la presión sistólica, cuando este indicador muestra un cambio positivo de la pendiente (comienza a crecer). El punto máximo se relaciona con el valor de la diástoles en la medición de presión sanguínea arterial. En este caso el indicador sólo permite definir el valor máximo y el valor mínimo de la presión. 4. DISCUSION El análisis realizado con los indicadores espectrotemporales propuestos, se extendió para 28 registros realizados sobre los voluntarios, obteniéndose los resultados mostrados en la Tabla I. Tabla I. Comparación de efectividad en la medición de presión sanguínea arterial por método auscultatorio. Indicador # Regist Sístoles (% Efect) Diástoles (% Efect) MVAφ i VVAφ i Media (% Efectividad) La efectividad en la detección de los instantes de interés clínico en la medición de presión sanguínea arterial con el método auscultatorio tradicional (observador entrenado) y con los nuevos indicadores espectro-temporales propuestos, permite la obtención de resultados interesantes: La coincidencia en la indicación de los instantes de interés clínicos es buena (> 75% para el indicador MVAφ i ) a pesar de la influencia de sonidos presistólicos y de sonidos postdiastólicos que influyen en los resultados dados por el observador, además de las interferencias, los artefactos y el ruido que siempre están presentes en todo acto de medida.

3 El indicador VVAφ i presenta resultados aceptables (> 70%) en la definición de los valores de presión máxima y mínima pero no permite asociar algún rasgo característico a la determinación simultánea del valor de presión media. En este caso los resultados son inferiores al indicador MVAφ i. Los registros que influyen en el error en la detección de los instantes de interés clínico con los nuevos indicadores, presentan una desviación ligeramente mayor (sólo 3 ventanas de 1 segundo que implican una desviación de 9 mmhg en la lectura), lo cual rebasa los valores aceptados por las normas internacionales en el empleo de lectura con los esfigmomanómetros de presión. En estos casos, la desviación puede ser debido a la incertidumbre por parte del observador, a pesar de esto, se consideraron como error en la validación de los indicadores. Con un aumento del número de muestras se podrá definir si el comportamiento observado para un sujeto y para varios sujetos permite una medición personalizada para la variable presión sanguínea arterial en ausencia de un especialista, sin la influencia del Síndrome de la Bata Blanca que lógicamente influye durante el acto de medición. Los mejores resultados están asociados al indicador MVAφ i, el cual permite determinar con buena robustez y repetibilidad los tres instantes de interés clínico en la medición de presión sanguínea arterial, superando el método auscultatorio clásico, el cual sólo permite obtener de forma directa los valores de máxima y mínima presión. Indicadores t (s) t (s) muestra Fig. 2. Representación de los indicadores espectro-temporales y su correspondencia con los instantes de interés ofrecidos por un observador entrenado en la auscultación de sonidos durante la medida de presión sanguínea arterial. 5. CONCLUSIONES La aplicación de los nuevos indicadores espectrotemporales relacionados con la fase de los sonidos característicos de Korotkofff en la medición de presión sanguínea arterial ofrece buena robustez y repetibilidad en las medidas. El empleo de estos indicadores ayuda a enriquecer el diagnóstico clínico de los especialistas en el estudio y caracterización del sistema circulatorio si son empleados en sistemas domésticos de bajo coste, en ausencia del Síndrome de la Bata Blanca.

4 AGRADECIMIENTOS Este trabajo forma parte del Proyecto BPM-1 soportado por la División de Instrumentación y Bioingeniería (DIB) de la Facultad de Ingeniería Eléctrica en el ISPJAE. REFERENCIAS [1] J. G. Webster, Medical Instrumentation, Aplication and Design, Second Edition, Ed.: Houghton Mifflin Company, USA, Chap. 7, pp , [2] L. A. Geddes, Cardiovascular Devices & their applications, Ed.: Wiley-Interscience, New York, USA, Chap. 2 and 3, [3] G. Pannarale et al., A statiscal contribution to the clinical evaluation of blood pressuremonitoring, Journal of Ambulatory Monitoring, Vol. 8, N o 3, pp , [4] G. Drzewiecki et al., Theory of the oscillometric maximum and the systoliv and diastolic detection ratios, Annals of Biomedical Engineering, Vol. 22, pp , [5] A. R. Gómez and R. P. Areny, A new indicator for noninvasive blood pressure measurement, Physiological Measurement, U.K, Vol. 19, pp , [6] M. Karamanoglu, A system for analysis of blood pressure waveforms in humans, Computers nad Biomedical Research, N o 30, pp , 1997.

5 SPECTRAL-TIME INDICATORS OF PHASE IN THE ARTERIAL BLOOD PRESSURE MEASUREMENT BY AUSCULTATORY METHOD. ABSTRACT The arterial blood pressure measurement by auscultatory method (reference between no invasive methods) has limitations because there are some presystolic sounds, which confound the specialists in the identification of systolic pressure, in addition to the error introduced by the auditive characteristics of trained observers. In the diastolic blood pressure measurement, there are more mistakes because there is not a characteristic to identify this instant where the value of blood pressure is minimum. This work proposes two new spectral-time indicators related with the mean and variance (MVAφ i and VVAφ i ) of the phase variability of Korotkoff sounds, which permit the identification of the most important clinical instants with good robustness and repeatability in the arterial blood pressure measurement. The new indicators permit a better study and analysis of circulatory system behavior. Keywords: arterial blood pressure, spectral-time indicators.