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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
UM SISTEMA PARA DIGITALIZAÇÃO E PROCESSAMENTO DE
ELETROCARDIOGRAMA (EGC)
LACORDAIRE KEMEL PIMENTA CURY
AGOSTO - 2005
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA A ANÁLISE AUTOMÁTICA
DE ELETROCARDIOGRAMA
LACORDAIRE KEMEL PIMENTA CURY
Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Uberlândia como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre
em Ciências.
AGOSTO - 2005
PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA A ANÁLISE AUTOMÁTICA
DE ELETROCARDIOGRAMA
Lacordaire Kemel Pimenta Cury
Prof. João Batista Destro Filho, Dr.
Orientador (FEELT, UFU)
Texto da Dissertação de Mestrado a ser apresentado perante a banca de examinadores
abaixo no 25 de agosto de 2005
Prof. Dr. João Batista Destro Filho - FEELT / UFU
Prof. Dr. Elmiro Santos Resende - FAMED / UFU
Prof. Dr. Keiji Yamanaka - FEELT / UFU
Prof. Dr. José Hiroki Saito - DC / UFSCar
Prof. Dr. João Yoshiyuki - ENE / UNB
Agradecimentos
Hoje, chegando ao fim dessa etapa de minha caminhada, quero agradecer a todos que direta e indiretamente contribuíram para realização desse momento. Agradecer a Deus, pois sei que não estaria aqui se não tivesse caminhado sempre ao meu lado. Aos meus pais, dos quais recebi o dom mais precioso do universo, a vida; a meu irmão, irmã, avós, tios, enfim meus familiares que presenciaram intimamente minha vida acolhendo todos meus momentos de alegria e tristeza, fazendo parte de cada um; à minha esposa Kelen Cristina, pois ninguém cruza o nosso caminho por acaso, nem tampouco entra na vida de alguém sem nenhuma razão. Ao Doutor, Mestre, professor, amigo, João Batista Destro Filho, agradeço a presença marcante nesse trabalho, juntamente com o professor Dr. Elmiro, co-orientador, repassando conhecimentos e trocando experiências, confirmando a teoria de que ninguém no mundo se faz sozinho. Ao acadêmico de medicina, por que não dizer, ao amigo, Danilo, que não se recusou em momento algum a auxiliar-me com seu conhecimentos, mostrando que o esforço conjunto é, indiscutivelmente, a senha de acesso para as realizações produtivas. À minha instituição de trabalho, CESUC, nas pessoas do diretor Paulo Antonio Lima e do coordenador Janduhy Camilo Passo, que souberam entender minhas ausências não como simples faltas, mas sim como parte de um processo evolutivo na formação do ser humano. Agradecer ao meus amigos que contribuíram direto e indiretamente por esta conquista, e em especial ao Paulo Henrique G. Mansur pelo companheirismo, incentivo e indiscutivelmente teve participação direta nesta conquista. Ao Prof. Dr. Alcimar Barbosa Soares, PhD, pelo incentivo e compreensão manifestados no momento inicial de ingresso na pós-graduação da FEELT/UFU, como Coordenador de Programa de Pós-Graduação; bem como pelo constante apoio dispensado, em particular neste momento, como Diretor da FEELT/UFU. Aos Profs. Drs. Keiji Yamanaka (FEELT/UFU) e José Hiroki Saito (DC/UFSCar), pela participação na banca avaliadora.
Ao Prof Dr. Rodrigo Varejão Andreão, pelas referências bibliográficas. Aos doutores Sílvio Alessi e André Navarro, do Instituto de Telemedicina do Brasil
(ITMS), Hospital Santa Genoveva, Uberlândia, pela colaboração essencial na triagem e disponibilização de dados eletrocardiográficos sob formato eletrônico.
Ao José Paulo Breda Destro pesquisador do IEAv – CTA São José dos Campos pelas discussões técnicas e pesquisa bibliográficas. Aos funcionários, enfermeiros(as), médicos(as) e residentes do Hospital de Clínicas de Uberlândia (HCU) / UFU que nos auxiliaram na coleta dos dados, em particular dos setores de Nosologia e da Sala de Emergência do Pronto-Socorro. Parabéns pelo lindo trabalho, torcemos muito por todos(as) vocês! Aos funcionários, enfermeiros(as) e médicos(as) da Unidade de Terapia Intensiva Adulta do HCU/UFU, em particular à Enfermeira Matildes Maria Barbosa, pela disponibilidade para discussões e visitas técnicas, não obstante o reduzido tempo disponível devido às urgências a serem atendidas. Parabéns pelo lindo trabalho, torcemos muito por todos(as) vocês! Ao Prof Dr Wilson Filipe Pereira (Instituto de Ciências Biomédicas – ICBIM/UFU), pelo apoio científico e disponibilização de bibliografia na área cardiológica. À Profa Dra Rosângela Martins Araújo (Instituto de Ciências Biomédicas – ICBIM/UFU), pela leitura atenta e correções dos capítulos iniciais da tese.
RESUMO
O eletrocardiograma é um exame de importância fundamental para a verificação de
eventuais patologias que afetam o coração. Apesar da existência e disseminação dos
eletrocardiógrafos digitais, ainda há uma quantidade significativa de aparelhos analógicos,
além de inúmeros arquivos com exames em papel que compõem os prontuários dos
pacientes. A digitalização dessas informações pode ser uma ferramenta importante para o
aproveitamento dos equipamentos, equiparando em praticidade os eletrocardiogramas
(ECG) impressos em papel aos armazenados em mídia magnética. Este trabalho propõe
uma base para a criação de um software de baixo custo para a digitalização de registros
ECG ou eletroencefalográficos (EEG) oriundos de aparelhos analógicos, impressos em
papel; ou de ECGs gerados no formato .pdf. a partir de outros aplicativos. O software
proposto, denominado “Eletrocheckup”, apresenta também grande flexibilidade para
migração entre sistemas operacionais e simplicidade de interface com o usuário. Ele foi
desenvolvido a partir de softwares de domínio público, com o emprego de requisitos
mínimos em termos de equipamentos. Isto permite sua utilização em hospitais públicos,
com objetivo de documentação, análise da evolução clínica do paciente, bem como da
aplicação de ferramentas do processamento de sinais para análise automática,
possibilitando assim que ECG oriundos de aparelhos analógicos possam ser incorporados a
sistemas de telemedicina.
Palavras-chave: Eletrocardiograma, ECG, Digitalização de Imagens, Telemedicina.
ABSTRACT
Electrocardiograms (ECG) are of paramount importance to assess cardiac patologies. In
spite of the modern digital ECG devices, there is a significant number of analogic
equipments, particularly in Brazilian public hospitals, leading to a huge amount of printed
ECGs that compose patient records. The digitization of this information is very important
in order to make printed ECGs as easy to process as those stored in magnetic media, which
enables the use of such data in modern telemedicine systems. This work establishes a first
step to create a costless platform to digitize analogic printed electroencephalograms
(EEGs) or ECGs; as well as ECG files in "pdf" format, generated by other softwares. The
“Eletrocheckup” platform was developed using low hardware requirements and public
domain softwares, including flexibility to migrate to other operating systems and an easy
user interface. In consequence, this platform may be easily used in public hospitals, with
the major purposes of documentation, monitoring the evolution of the patient clinical
situation, as well as processing ECG data for telemedicine purposes.
Keywords: Eletrocardiogram, ECG, Image Digitization, Telemedicine.
PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA A ANÁLISE AUTOMÁTICA DE
ELETROCARDIOGRAMA
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................... IX
LISTA DE QUADROS E TABELAS ................................................................................ XI
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS .................................................................XII
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................ 13
CAPÍTULO 2 - O CORAÇÃO .......................................................................................... 18
2.1. Introdução ..................................................................................................... 18
2.2. Histologia do Coração .................................................................................. 19
2.3. Conceitos Básicos Associados à Atividade Elétrica em Células .................. 21
2.4. A Atividade Elétrica do Coração .................................................................. 23
2.5. Conclusão ..................................................................................................... 28
CAPÍTULO 3 - O ELETROCARDIOGRAMA ................................................................ 30
3.1. Introdução ..................................................................................................... 30
3.2. Teoria do Dipolo Elétrico Cardíaco ............................................................. 31
3.3. Ondas Cardíacas ........................................................................................... 33
3.4. Funcionamento do Aparelho Registrador de Eletrocardiograma ................. 34
3.5. As Derivações Eletrocardiográficas ............................................................. 35
3.6. Análise Vetorial dos Eletrocardiogramas ..................................................... 39
3.7. O Eletrocardiograma Associado ao Infarto do Miocárdio ............................ 40
3.8. Propedêutica Cardiológica ............................................................................ 43
3.9. ECG Analógico x Digital ............................................................................. 45
3.9.1. Monitores Cardíacos ................................................................................. 48
3.10. Conclusão ........................................................................................................ 50
CAPÍTULO 4 - TELEMEDICINA ................................................................................... 51
4.1. Introdução ..................................................................................................... 51
4.2. Histórico ....................................................................................................... 52
VII
4.3. Tendências no Brasil e no Mundo ................................................................ 55
4.4. Telemedicina em Cardiologia ....................................................................... 57
4.5. Softwares para Análise de ECGs .................................................................. 58
4.6. Principais Métodos Utilizados, Estrutura e Linguagem ............................... 62
4.7 Recursos Necessários para Implementação .................................................. 65
4.8. Avaliação de Softwares de Interpretação de ECG ........................................ 68
4.9. Conclusão ..................................................................................................... 69
CAPÍTULO 5 - PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA A ANÁLISE
AUTOMÁTICA DE ECGs ............................................................................................... 71
5.1. Objetivos ....................................................................................................... 71
5.2. O Processo de Digitalização ......................................................................... 71
5.3 A Estrutura da Programação ......................................................................... 72
5.4. Digitalização do ECG Analógico Através do Software Eletrocheckup ....... 74
5.5. Exemplo de Digitalização de Imagens Impressas ........................................ 76
5.5.1. Etapa da digitalização 1: Conversão manual ............................................ 76
5.5.2. Etapas da digitalização 2 e 3: Leitura e redução de cores ........................ 77
5.5.3. Etapas da digitalização 4 e 5: Estabelecimento de eixos e separação dos
gráficos das derivações ............................................................................. 78
5.5.4 Etapa da digitalização 6: Geração do vetor amplitude ............................. 79
5.6. Exemplo de Obtenção de Vetores de Dados a partir de Arquivos
contendo Imagens Digitalizadas de Registros ECG ..................................... 81
5.7. Cálculo do Supradesnivelamento ST - T ...................................................... 84
5.7.1. Primeiro Método (Contagem dos Pontos) ................................................ 84
5.7.2. Segundo Método (Interpolação) ............................................................... 85
5.8. Digitalização de outros registros analógicos ................................................ 85
5.9. Utilização do Software ................................................................................. 86
5.9.1. Operação do Software .............................................................................. 88
5.9.2 Janelas adicionais ..................................................................................... 89
5.10 Análise Estrutural do Software ..................................................................... 92
5.10.1. Importância de se Usar Uma Metodologia ............................................. 92
5.10.2 Metodologia Utilizada ............................................................................ 92
5.10.3. Requisitos do Sistema ............................................................................. 93
5.10.4. Diagrama de Contexto ............................................................................ 93
VIII
5.10.5. Diagrama de Fluxo de Dados - Níveis Subseqüentes ............................. 94
5.10.6. Dicionário de Dados ............................................................................... 95
5.10.7. Especificação de Processos .................................................................... 97
5.11. Conclusão ..................................................................................................... 99
CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO ....................................................................................... 101
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 104
ANEXO - BIBLIOTECAS .............................................................................................. 108
IX
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Estrutura do coração e o fluxo de sangue pelas câmaras cardíacas ............ 19 Figura 2.2 Natureza das fibras cardíacas ..................................................................... 20 Figura 2.3 Representação esquemática da bomba de sódio-potássio para a realização do transporte ativo...................................................................... 21 Figura 2.4 Diferença de concentração de íons entre o líquido extra e intra-celular .... 22 Figura 2.5 Potencial de ação geral na célula cardíaca e seus principais canais iônicos ......................................................................................................... 23 Figura 2.6 Organização do nodo atrioventricular ........................................................ 26 Figura 2.7 Representação esquemática do potencial de ação ...................................... 26 Figura 2.8 Transmissão do impulso cardíaco pelo coração, mostrando o tempo de aparecimento do impulso, em frações de segundo ..................................... 28 Figura 2.9 Sistema de condução do coração ................................................................ 28 Figura 3.1 Registro de um eletrocardiograma normal ................................................. 30 Figura 3.2 Registro da onda de despolarização (A e B) e da onda de repolarização (C e D) em uma fibra muscular cardíaca..................................................... 31 Figura 3.3 Registro simples de um eletrocardiograma, mostrando as ondas e os intervalos .................................................................................................... 33 Figura 3.4 Disposição convencional dos eletrodos para o registro das derivações eletrocardiográficas padrão ......................................................................... 36 Figura 3.5 Eletrocardiogramas normais registrados pelas três derivações eletrocardiográficas padrão. ........................................................................ 37 Figura 3.6 Elerocardiogramas normais registrados pelas três derivações unipolares periféricas aumentadas. ............................................................................... 37 Figura 3.7 Eixo das três derivações bipolares e das três derivações polares ............... 38 Figura 3.8 Conexões do corpo com o eletrocardiógrafo para o registro das derivações precordiais ................................................................................ 38 Figura 3.9 Eletrocardiograma normal registrado pelas seis derivações precordiais .... 39 Figura 3.10 Vetor resultante pelo coração parcialmente despolarizado ........................ 40 Figura 3.11 A perda discreta da concavidade que existe normalmente na ascensão do segmento ST é o sinal mais precoce de infarto agudo do miocárdio. Fase Aguda. ................................................................................................ 41
Figura 3.12 Fase superaguda do infarto do miocárdio ................................................... 41 Figura 3.13 Fase crônica do infarto do miocárdio ......................................................... 42 Figura 3.14 Corrente de lesão em infarto agudo da parede anterior .............................. 42 Figura 3.15 Corrente de lesão em infarto agudo apical da parede posterior .................. 43 Figura 3.16 Blocos do ECG analógico .......................................................................... 46 Figura 3.17 Esquema dos Blocos de um ECG Digital ................................................... 46 Figura 4.1 Diagrama geral dos softwares de interpretação de ECG ............................ 63 Figura 4.2 Modelo de servidor ..................................................................................... 65 Figura 4.3 Exemplos de monitoramento e relatório do Cardiax ................................. 66 Figura 4.4 Exemplo de tela do Welch Allyn CardioPerfect ........................................ 67 Figura 5.1 Processo de Digitalização ........................................................................... 72 Figura 5.2 Digitalização e Interpretação ...................................................................... 74 Figura 5.3 Imagem de um ECG no formato BMP 256 cores e resolução de
X
1592x1990 pixels, após o escaneamento .................................................... 76 Figura 5.4 Imagem do ECG da Figura 5.3, após a aplicação de filtragem .................. 78 Figura 5.5 ECG recortado, desconsiderando a parte de fora do retângulo da Figura 5.4 .................................................................................................... 78 Figura 5.6 Gráfico da derivação II associada ao ECG da Figura 5.5. .......................... 79 Figura 5.7 Gráfico da derivação II, representada em relação ao eixo x y .................... 79 Figura 5.8 Gráfico associado à derivação AVL original, associado à Figura 5.5. ....... 80 Figura 5.9 Vetor amplitude correspondente à digitalização do gráfico da derivação AVL (Figura 5.8), expresso em pixels. ....................................... 80 Figura 5.10 Gráfico plotado a partir do vetor amplitude da onda AVL (Figura 5.9) .... 81 Figura 5.11 Figura 5.10 modificada para uma visualização coerente com a escala real ............................................................................................................... 81 Figura 5.12 Imagem de registro ECG digitalizada, no formato .pdf. ............................ 82 Figura 5.13 Imagem do gráfico de uma derivação ECG no formato BMP 8 bits (256 níveis de cinza), dimensão 600 x 400 e resolução de 96 x 96............. 83 Figura 5.14 Determinação do ponto inicial do gráfico .................................................. 83 Figura 5.15 Ondas e segmentos. (A) Complexos normais do ECG, (B) Segmentos PR, QRS, QT e área ST em azul ................................................................. 84 Figura 5.16 Eletroencefalograma oriundo de aparelho analógico ................................. 85 Figura 5.17 Fragmento de Eletroencefalograma para análise. ....................................... 86 Figura 5.18 Vetor Amplitude, em pixels, correspondente ao fragmento de EEG da Figura 5.17. ............................................................................................. 86 Figura 5.19 Gráfico da Figura 5.17 reconstituído a partir do vetor amplitude (Figura 5.18) ............................................................................................... 86 Figura 5.20 Recursos do software .................................................................................. 87 Figura 5.21 Janela Principal ........................................................................................... 88 Figura 5.22 Janela Ficha do Paciente ............................................................................. 89 Figura 5.23 Inserção e Novos ECGs .............................................................................. 90 Figura 5.24 Mensagem de Processamento ..................................................................... 90 Figura 5.25 Janela Principal Processada ........................................................................ 91
XI
LISTA DE QUADROS E TABELAS
Quadro 4.1. Estudos comparados por SALERNO et al. (2003) .................................. 59 Quadro 4.2. Resumos dos estudos do Quadro 4.1 ....................................................... 61 Quadro 5.1. A posição de C no mundo das linguagens ............................................... 73
XII
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
aVF Derivação periférica unipolar aumentada tornozelo
aVL Derivação periférica unipolar aumentada esquerda
aVR Derivação periférica unipolar aumentada direita
AV Atrioventricular
CO2 Dióxido de Carbono (Gás Carbônico)
CPU Unidade Central de Processamento (Central Processing Unit)
ECG Eletrocardiograma
HCU-UFU Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Uberlândia
K+ Potássio
Na+ Sódio
NSA Nodo sinusal
NVA Nodo atrioventricular
O2 Oxigênio
UTI Unidade de Terapia Intensiva
Ω Ohms
ddp Diferença de potencial
ms milisegundos
mV milivolts
s segundos
1
INTRODUÇÃO
O corpo humano funciona como uma máquina, consumindo como combustível os
nutrientes ingeridos na alimentação. O coração é o órgão encarregado de bombear o sangue
que leva esses nutrientes às células, e delas retira as impurezas geradas pelas reações
físicas e químicas que mantêm o ser humano vivo.
A bomba cardíaca é dividida em quatro partes, duas encarregadas de receber o
sangue e duas responsáveis por seu bombeamento. Esse bombeamento é feito pela
contração das fibras musculares que "expulsam" o sangue de dentro do coração com força
suficiente para que ele atinja todo o organismo. O funcionamento é autônomo, gerado por
impulsos elétricos, que regulam a atividade do coração de acordo com a necessidade do
organismo.
A boa saúde depende, portanto, do bom funcionamento do coração. Quando esse
funcionamento é alterado, todo o restante das atividades orgânicas fica comprometida. Se o
coração pára de funcionar, a continuidade da vida é garantida apenas com o uso de
equipamentos externos.
Há séculos reconhece-se a importância do coração para o ser humano. Entretanto,
somente em 1924 foi inventado, pelo médico holandês Willem Einthoven, um
equipamento que permite medir e analisar cientificamente o funcionamento elétrico do
coração. Através da colocação de sensores em locais pré-determinados, o eletrocardiógrafo
capta os impulsos elétricos que fazem o coração funcionar, registrando os sinais no
formato de um gráfico contínuo que acompanha as variações de tensão durante as diversas
fases de recebimento e bombeamento do sangue.
Com o passar dos anos, o eletrocardiograma (ECG) tornou-se um exame essencial
para verificar a existência de várias anomalias cardíacas. O estudo dos gráficos gerados
pelo equipamento permite a identificação de variações elétricas e sua associação com
doenças que possam comprometer o funcionamento do coração.
Inicialmente o ECG era registrado numa tira de papel, que se movia em velocidade
constante, sob um braço móvel que traçava os registros no formato de um gráfico. As tiras
eram então recortadas e montadas sobre uma folha de papel, o que facilitava a análise do
médico, dando-lhe uma visão mais abrangente da seqüência registrada. Com o
14
desenvolvimento da tecnologia, o ECG tornou-se digital, eliminando o uso de papel e
permitindo maior flexibilidade no processamento, armazenamento e transmissão dos sinais
registrados.
O estudo dos sinais bioelétricos responsáveis pelo funcionamento do coração
permitiu a identificação de padrões gráficos que se repetiam periodicamente. Esses padrões
foram divididos em ondas, cada uma representando uma fase da atividade cardíaca,
denominadas na seqüência pelas letras "P" a "T". A análise do formato e da amplitude
dessas ondas permite ao médico diagnosticar com precisão a existência de anomalias no
funcionamento do coração.
Uma vez que o coração é um órgão musculoso, suas células também necessitam ser
alimentadas pelos nutrientes transportados pelo sangue. Isso é feito pelas artérias
coronárias que são responsáveis pela correta irrigação do coração e, conseqüentemente, por
seu bom funcionamento. Quando há uma deficiência ou interrupção no fornecimento de
sangue para o próprio coração, toda a circulação fica comprometida, podendo levar o
paciente até à morte.
Um dos problemas cardíacos mais comuns e mais graves é exatamente o infarto,
causado pela obstrução aguda de uma das artérias coronárias que irrigam o coração.
Dependendo da gravidade dessa obstrução, a rapidez do diagnóstico e do tratamento pode
ser a diferença entre a vida e a morte do paciente.
Até há alguns anos, o paciente com suspeita de infarto tinha que ser transportado
para uma unidade médica onde houvesse um eletrocardiógrafo e um especialista que
soubesse interpretar o resultado desse exame. Os equipamentos eram onerosos e seu
tamanho praticamente impedia o fácil deslocamento. A demora nesse transporte muitas
vezes dificultava o atendimento em tempo hábil para evitar seqüelas ao paciente infartado.
A redução das dimensões e do custo desses equipamentos, bem como a facilidade
de sua operação, permitem que eles atualmente possam estar presentes em praticamente
todas as unidades móveis de atendimento de emergência. Há situações, entretanto, em que
essas condições não estão disponíveis. É o caso, por exemplo, de locais de difícil acesso,
onde, apesar do atendimento poder ser feito por técnico devidamente treinado para a
operação do ECG, nem sempre um médico cardiologista está presente para diagnosticar ou
não a existência do infarto conforme o resultado do exame.
A partir da década de 60, entidades norte-americanas e européias iniciaram o estudo
de aplicações que pudessem conectar médicos e pacientes à distância. Já havia algumas
15
experiências nesse sentido com a utilização do rádio, mas a precisão dos resultados
inviabilizava sua utilização com segurança.
O desenvolvimento tecnológico das telecomunicações permitiu o avanço dessas
pesquisas, aumentando a confiabilidade e o leque de possibilidades disponíveis para
estudo. O conjunto dessas aplicações foi denominado Telemedicina, cujos primórdios
apresentaram resultados tão promissores que receberam incentivos governamentais e o
apoio de instituições de ensino em diversas partes do mundo.
Atualmente a Telemedicina já é realidade em diversas especialidades.
Especificamente na cardiologia, é possível que um paciente situado na zona rural, por
exemplo, receba atendimento de uma unidade móvel, tenha seu exame realizado no local
enquanto os resultados são transmitidos para hospitais localizados num centro urbano
próximo, onde um especialista pode analisar e diagnosticar qual o melhor procedimento a
ser adotado até que esse paciente possa ser transportado para o setor de emergência. O
resultado dos exames pode ser enviado através da telefonia celular ou até via satélite,
sendo recebido a qualquer distância com exatidão e praticamente em tempo real.
A tecnologia também trouxe para os especialistas a vantagem da utilização de
softwares que podem auxiliar no diagnóstico. O processamento digital de sinais
biomédicos e sua comparação com padrões previamente fornecidos permite, sob certos
limites, acelerar o trabalho dos médicos, podendo alertá-los para situações que poderiam
passar despercebidas num exame feito em situação de emergência, quando o atendimento
requer iniciativas rápidas e em condições desfavoráveis para uma avaliação cuidadosa. O
computador não substitui o especialista, mas pode ser uma ferramenta importante para seu
trabalho.
O Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Uberlândia (HCU-UFU), como
diversos outros centros de educação médica que dependem de verbas públicas, possui
recursos humanos altamente qualificados para o ensino e atendimento dos pacientes. As
verbas disponíveis para a aquisição de equipamentos modernos e atualizados, entretanto,
nem sempre são suficientes. No caso dos eletrocardiógrafos, por exemplo, convivem lado a
lado equipamentos digitais de última geração e equipamentos analógicos, que apesar de
tecnicamente ultrapassados, ainda desempenham suas funções com qualidade.
Um outro fator importante que interfere nesses casos é o custo. Apesar de serem
mais dispendiosos, os equipamentos mais modernos, como é o caso dos ECG digitais,
reduzem drasticamente o custo da manipulação e do armazenamento dos resultados dos
exames quando comparados com as tiras impressas dos ECG analógicos.
16
Este trabalho buscou encontrar alternativas de baixo custo para o processamento de
ECG dos pacientes do HCU-UFU. O objetivo inicial foi encontrar uma metodologia que
permitisse a transformação dos exames impressos, originados dos ECG analógicos, em
arquivos digitais que pudessem ser facilmente processados e armazenados para posterior
utilização. Após a digitalização do registro gráfico, o software permite a comparação dos
resultados com padrões previamente fornecidos na literatura médica, identificando
alterações nas ondas que possam, por exemplo, ser indicativos da existência de um infarto.
No capítulo 2 é feito estudo do funcionamento físico-químico do coração, cuja
atividade elétrica é captada pelo ECG e transcrita no formato gráfico.
Já o terceiro capítulo apresenta a descrição do funcionamento dos
eletrocardiógrafos, com particular enfoque nos sinais biomédicos captados, nas ondas e na
identificação do infarto.
O capítulo 4 faz uma revisão da literatura publicada sobre a telemedicina, bem
como sobre softwares e estudos realizados no campo da aplicação da informática à
cardiologia. Deve-se destacar que apenas um trabalho dedicado à digitalização de registros
ECG foi encontrado, limitando o objetivo da documentação. Discutem-se também
características importantes de softwares comerciais dedicados ao processamento de sinais
cardiológicos, que se caracterizam por alto custo e pela impossibilidade de digitalização de
exames impressos, bem como de sua transformação em arquivos digitais.
No quinto e último capítulo é apresentada a proposta deste trabalho, com a
descrição dos objetivos e metodologias empregados no desenvolvimento do software
utilizado. A utilização do software é ilustrada para três situações de grande interesse, tanto
para a comunidade médica como para os engenheiros biomédicos: a digitalização de
registros gráficos associados ao ECG, ao eletroencefalograma e a transformação de
imagens de ECGs, armazenados sob formato .pdf, em vetores de dados.
A principal contribuição desta tese consiste na proposição e implementação do
software denominado Eletrocheckup, dedicado à documentação de atendimentos e de
exames clínicos cardiológicos, ao acompanhamento da evolução do quadro clínico de
pacientes, bem como à análise automática de registros ECG utilizando-se métodos
baseados no processamento de sinais. Este pacote está implementado em linguagens
computacionais de domínio público, caracterizadas por flexibilidade de operação com
diversos sistemas operacionais, alta velocidade de código executável, facilidade de uso, e,
sobretudo, simplicidade e baixo custo.
17
Em resumo, esta tese implementa uma base preliminar de trabalho que permite o
desenvolvimento futuro de aplicações auxiliares ao diagnóstico de baixo custo, incluindo
flexibilidade suficiente para sua adaptação às instituições públicas interessadas.
2
O CORAÇÃO
2.1. Introdução
O coração é um órgão oco e musculoso, especializado em bombear sangue para os
pulmões, órgãos e tecidos. Localiza-se anatomicamente um pouco à esquerda do centro do
tórax, sendo que o ápice do coração é acentuadamente deslocado para a esquerda.
A bomba cardíaca, como mostrado esquematicamente na Figura 2.1, é, na
realidade, formada por duas bombas distintas: o coração direito e o esquerdo. Ou seja, o
coração é uma bomba muscular dupla e auto-reguladora. Cada uma dessas partes, que
impelem o sangue para os pulmões e para os tecidos, é formada por um átrio e um
ventrículo. O átrio, segundo Guyton e Hall (1997), funciona como uma bomba de escorva
para o ventrículo. Este, por sua vez, é o grande responsável por impulsionar o sangue para
a circulação pulmonar e sistêmica.
A seqüência dos fenômenos fisiológicos do ciclo cardíaco serão detalhados a partir
da Figura 1. O átrio direito recebe sangue venoso (carregado de dióxido de carbono – CO2)
pelas veias cavas superior e inferior. Deve-se observar que a denominação “veia”
corresponde a todo vaso cujo sangue chega ao coração, proveniente da circulação
sistêmica. Normalmente, 75% do sangue que chega ao átrio direito flui diretamente para o
ventrículo direito, mesmo antes que o átrio se contraia. Portanto, apenas um quarto do
sangue é bombeado para o ventrículo pela contração atrial, sendo, por isso, os átrios
considerados como bomba de escorva.
O ventrículo direito, então, bombeia o sangue venoso, através da artéria pulmonar.
Deve-se observar que a denominação “artéria” corresponde a todo vaso cujo sangue sai do
coração. A artéria pulmonar direciona o sangue para os pulmões, onde ocorrem as trocas
gasosas. Esse transporte de sangue do coração para os pulmões recebe o nome de “pequena
circulação”. O átrio esquerdo recebe sangue arterial (sangue carregado de oxigênio - O2)
pela veia pulmonar, proveniente dos pulmões. Em seguida, o sangue oxigenado enche o
ventrículo esquerdo, que bombeia para todos os órgãos e tecidos do corpo humano, por
meio da artéria aorta. Este circuito é denominado “grande circulação”.
Os eventos cardíacos que acontecem do início de um batimento até o começo do
seguinte compõem o chamado ciclo cardíaco, que é regulado pelo potencial de ação gerado
19
espontaneamente e de forma rítmica pelo nodo sinusal. O ciclo cardíaco divide-se em dois
momentos: um período de relaxamento, ou diástole, durante a qual ocorre o enchimento do
coração, e outro de contração, ou sístole, durante a qual ocorre o esvaziamento do coração.
Embora o débito cardíaco seja intermitente, pode-se verificar dois momentos
distintos na contração do músculo cardíaco. A distensão da aorta e de seus ramos durante a
contração ventricular correspondendo à sístole. A retração elástica da parede das grandes
artérias, com propulsão de sangue para frente durante o relaxamento ventricular,
compreende a diástole.
Figura 2.1. Estrutura do coração e o fluxo de sangue pelas câmaras cardíacas. (GUYTON e HALL, 1997)
O coração, portanto, é uma bomba muscular altamente especializada e possui
contratibilidade rítmica e independente. Seu bom funcionamento é essencial para a
homeostase orgânica.
2.2. Histologia do Coração
O coração é formado, histologicamente, por três principais tipos de células: as
células musculares atrial e ventricular, as quais possuem contratibilidade muito semelhante
à do músculo esquelético, porém com duração de contração bem maior; e as fibras
20
musculares modificadas excitatórias e condutoras, que formam um sistema excitatório para
o coração.
A Figura 2.2 mostra a interligação das fibras musculares cardíacas, que se
ramificam, voltando a se interconectar e, novamente, se separando. Esse sistema de
treliçamento das fibras forma o músculo cardíaco, e permite às células cardíacas a rápida
transmissão de impulso elétrico de uma célula para outra.
Figura 2.2. Natureza das fibras cardíacas (GUYTON e HALL, 1997)
As fibras musculares cardíacas, por sua vez, são formadas por muitas células
individuais, ligadas entre si e separadas pelos discos intercalares. Isso faz com que a
resistência através desses discos seja de apenas 1/400Ω da resistência da membrana
externa da fibra muscular. Considerando o fato de que as membranas celulares se fundem
umas às outras de modo a formar junções comunicantes permeáveis (junções abertas), que
permitem a difusão e a movimentação relativa de íons ao longo dos eixos longitudinais das
fibras cardíacas, pode-se afirmar que os potenciais de ação passam de uma célula para a
seguinte através dos discos intercalares. Dessa forma, o músculo cardíaco é considerado
um sincício, ou seja, as células musculares cardíacas estão interligadas de tal modo que,
quando uma dessas células é excitada, o potencial de ação se propaga para todas as demais,
sendo transmitido de célula a célula, bem como por todas as interconexões da treliça
muscular.
Segundo Guyton e Hall (1997), o coração é formado por dois sincícios: o sincício
atrial, que forma a parede dos dois átrios; e o sincício ventricular, formando a parede dos
dois ventrículos.
21
2.3. Conceitos Básicos Associados à Atividade Elétrica em Células
A concentração de íons no interior de uma célula é diferente da concentração no seu
exterior, o que propicia a geração de uma diferença de potencial denominada “potencial de
membrana”. Simultaneamente, o gradiente de concentração iônica está associado ao
aparecimento de forças elétricas de difusão.
Quando não há condução de impulsos elétricos, o potencial de repouso da
membrana é de cerca de – 90mV em relação ao líquido extracelular. Este valor se modifica
devido a uma excitação externa, quando ocorre uma tendência de inversão do potencial de
membrana. Por exemplo, com a entrada maciça de íons sódio (Na+) na célula, esta começa
a se despolarizar, isto é, o potencial negativo no interior da célula desaparece, tornando-se
positivo no interior da fibra e negativo no exterior.
Figura 2.3. Representação esquemática da bomba de sódio-potássio para
a realização do transporte ativo (GUYTON e HALL, 1997)
Quando há um grande gradiente de concentração de íons, tanto fora quanto dentro
da célula, as forças de difusão elétrica fazem com que os íons positivos se desloquem para
regiões cujo potencial é predominantemente negativo, enquanto que os íons negativos se
deslocam para regiões cujo potencial é predominantemente positivo. Quando as cargas
positivas e negativas se igualam, há um equilíbrio da energia potencial, não ocorrendo,
portanto, nenhuma movimentação de íons. Para que a membrana permaneça no estado de
repouso, é necessário que o potencial elétrico se mantenha por meio da diferença de
22
concentração de íons entre o meio intracelular e o meio extracelular. No corpo humano, tal
gradiente de concentração ocorre por transporte ativo, com gasto de energia na forma de
ATP (adenosina trifosfato), proveniente do metabolismo celular. Esse processo ativo
denomina-se “bomba de sódio-potássio”, como ilustrado na Figura 2.3.
Nessa figura, a concentração de íons Na+ no líquido extracelular é 4,5 vezes maior
que no interior celular. Já a concentração de potássio no interior celular é 35 vezes maior
que no líquido extracelular. Assim, as forças elétricas geradas pela diferença de
concentração tenderiam a igualar essas concentrações se não fosse a atuação da bomba de
sódio-potássio (vide Figura 2.4). Essa bomba eletrogênica permite manter o potencial de
membrana em torno de –90 mV, através do carreamento de íons contra o gradiente de
concentração. De fato, bombeia-se um maior número de cargas positivas para fora da
célula (3 íons Na+ para o exterior, em contrapartida a 2 íons K+ para o interior),
estabelecendo assim uma diferença real de íons positivos no interior, o que produz carga
negativa na face interna da membrana celular. A passagem dos íons através da membrana
celular ocorre por pequenos poros denominados “canais iônicos”.
Figura 2.4. Diferença de concentração de íons entre o líquido
extra e intra-celular. (GUYTON e HALL, 1997)
A célula pode ser considerada fora da situação de repouso, quando sofre uma
despolarização superior ao seu limiar de ação, ou seja, ocorre uma variação brusca do
potencial de repouso negativo para um potencial positivo, que termina com um retorno
igualmente rápido ao potencial negativo. Essa cadeia de variações é conhecida como
“potencial de ação”.
Segundo Berne e Levy (2000), as etapas sucessivas do potencial de ação cardíaco
podem ser esquematizadas como apresentado logo abaixo, na Figura 2.5.
23
Figura 2.5 : Potencial de ação geral na célula cardíaca e seus
principais canais iônicos. (GUYTON e HALL, 1997)
I. Etapa de repouso: corresponde à situação estática, associada ao potencial de
repouso da membrana;
II. Etapa de despolarização: nesta fase, a membrana rapidamente torna-se altamente
permeável aos íons sódio, permitindo o fluxo intenso de íons carregados
positivamente para dentro da fibra muscular, o que eleva rapidamente o potencial
na direção da positividade, ocorre, então, a despolarização. Esse processo segue
até atingir o limiar de ação, gerando o potencial de ação.
III. Etapa de repolarização: milésimos de segundos após a membrana ter ficado
permeável aos íons sódio, os canais de sódio começam a se fechar e os canais de
potássio se abrem ainda mais. A rápida difusão de K+ para o exterior restabelece o
potencial negativo da membrana.
2.4. A Atividade Elétrica do Coração
Há mais de 200 anos, Galvani e Volta demonstraram que fenômenos elétricos
estavam intimamente ligados às contrações rítmicas e espontâneas do coração. De fato, as
células cardíacas são altamente excitáveis, ou seja, são capazes de gerar rapidamente, em
24
suas membranas, variações nos impulsos eletroquímicos, que podem ser utilizados para a
transmissão de sinais ao longo das membranas dessas células (GUYTON e HALL, 1997).
Em condições normais, os potenciais de ação só podem ser conduzidos do sincício
atrial para o sincício ventricular por meio de um sistema especializado de condução, o
feixe atrioventricular (AV), que é um feixe de fibras condutoras especializadas
A bomba cardíaca é dotada de um sistema especializado em gerar e conduzir
impulsos elétricos, formado por nodos, que são responsáveis pela origem desses impulsos e
capazes de promover a contração de forma rítmica do músculo cardíaco, e por feixes e
vias, que, por sua vez, são especializados em conduzir os impulsos para todo o coração.
O sistema rítmico e condutor do coração pode ser lesado em doenças cardíacas, em
especial pela isquemia dos tecidos cardíacos, resultante do fluxo sangüíneo coronário
insuficiente, que tem como manifestação principal, o chamado infarto do miocárdio. A
cardiopatia chagásica é também uma das causas mais freqüentes de insuficiência cardíaca
no Brasil. A doença de Chagas é adquirida pela inoculação do parasita Tripanosama cruzi
no organismo, transmitido por insetos conhecidos como barbeiros. A lesão cardíaca resulta
da invasão direta dos microorganismos nas células miocárdicas produzindo, como
conseqüência, uma reação inflamatória. O quadro inflamatório induz uma resposta auto-
imune de modo que os anticorpos e as células de defesa do organismo reagem contra as
proteínas parasitárias e exibem reação cruzada com células miocárdias e nervosas do
hospedeiro. A lesão das células miocárdicas e das vias de condução de impulsos elétricos
do coração, principalmente as Fibras de Purkinje, causa uma miocardiopatia dilatada, além
de gerar arritmias cardíacas.
A maioria das fibras cardíacas possui capacidade de auto-excitação, processo que
pode provocar descargas e contrações automáticas e rítmicas. Todavia, o nodo sinusal
(NSA) é o responsável por controlar, normalmente, a freqüência de batimento de todo o
coração, por possuir uma auto-excitação em maior grau, e, portanto, gerar os impulsos
elétricos que ocasionam toda a excitabilidade do coração.
O nodo sinusal, segundo Guyton e Hall (1997), é uma estrutura pequena, formada
por músculo especializado em forma de elipse, com cerca de 3 mm de largura, 15 mm de
comprimento e 1 mm de espessura. O NSA está situado na parede lateral superior do átrio
direito, imediatamente abaixo ou quase ao lado do orifício da veia cava superior, segundo a
Figura 2.1.
As fibras do nodo sinusal possuem seu diâmetro, em média, 3 ou 4 vezes menores
que as das fibras atriais circundantes, as quais estão conectadas diretamente às fibras
25
sinusais. Assim sendo, qualquer impulso elétrico gerado pelo NSA se propaga
imediatamente para todas as regiões dos átrios, em uma velocidade de aproximadamente 1
m/s. Uma via especial, a faixa miocárdica interatrial anterior, conduz o impulso do NSA
diretamente para o átrio esquerdo. A onda de impulsos elétricos, responsáveis pela
excitação, que prossegue inferiormente através do átrio direito, finalmente alcança, por
meio das vias internodais, o nodo átrio ventricular (NVA), e são consideradas
normalmente, a única via de condução entre os átrios e os ventrículos.
Segundo Ganong (1998), existem três feixes de fibras atriais que contêm fibras do
tipo Purkinje e que conectam o nodo SA ao nodo AV:
• o trato anterior internodal de Bachman;
• o trato mediano internodal de Wenckebach;
• o trato posterior internodal de Thorel.
Já o nodo átrio ventricular, segundo Berne e Levy (2000), tem comprimento de
aproximadamente 22 mm, 10 mm de largura e espessura de 3 mm. Esse nodo situa-se
posteriormente na face direita do septo interatrial, próximo ao óstio do seio coronário. A
Figura 2.6 mostra a organização estrutural do nodo átrio ventricular e suas conexões com
as vias internodais atriais e com o feixe AV. Também mostra os intervalos de tempos, em
frações de segundo, desde a geração do impulso cardíaco no NSA até sua passagem pelo
septo ventricular. Nota-se um retardo de tempo na passagem do impulso dos átrios para os
ventrículos, permitindo que os átrios esvaziem seu conteúdo sangüíneo nos ventrículos
antes que comece a contração rítmica ventricular. O NAV continua como Feixe de His, que
dá origem a um ramo direito no ápice do septo interventricular e continua como ramo
esquerdo. O ramo esquerdo se divide em fascículos anterior e posterior.
Cada ramo se divide progressivamente em ramos cada vez mais finos, que cursam
pelas paredes internas das cavidades ventriculares, retornando em direção à base do
coração. Os terminais dessa complexa rede, que se espalha pelas superfícies
subendocárdicas de ambos os ventrículos, são chamados de Fibras de Purkinje, que se
disseminam por todas a regiões do miocárdio ventricular. Segundo Berne e Levy (2000), as
Fibras de Purkinje são as células mais largas do coração, tendo diâmetro de 70 a 80
micrômetros, o que lhes permitem condução rápida dos impulsos cardíacos, chegando a
uma velocidade de condução de até 4 m/s, ativando rapidamente toda a superfície
endocárdica dos ventrículos.
26
Figura 2.6. Organização do nodo atrioventricular (GUYTON e HALL, 1997)
A Figura 2.7 mostra a representação esquemática do potencial de ação cardíaco.
Nela pode-se observar a presença dos platôs, tanto no músculo atrial, quanto no músculo
ventricular, o que permite que a contração muscular seja mais prolongada.
Figura 2.7. Representação esquemática do potencial de ação (GUYTON e HALL, 1997)
Durante o platô, a permeabilidade ao potássio é reduzida devido ao influxo
excessivo do cálcio pelos canais específicos desse íon, retardando dessa maneira a volta do
potencial ao seu valor de repouso. Quando os canais lentos de cálcio e sódio terminam por
27
se fechar, ocorre o aumento instantâneo e rápido da permeabilidade da membrana ao
potássio. A perda rápida de potássio pela fibra faz com que o potencial de membrana
retorne ao seu valor de repouso, finalizando, assim, o potencial de ação.
Em termos do sistema cardiovascular, existem dois tipos principais de potenciais de
ação: os potenciais de ação rápida e de ação lenta.
O potencial de ação rápida, que também se inicia com grande velocidade a partir do
valor mais negativo de polarização da célula, é característico de células musculares atriais
e ventriculares normais e das Fibras de Purkinje. Nessas fibras, o potencial de membrana
em repouso é entre –80 a –90 mV, sendo a velocidade de ascensão do potencial de ação em
torno de 150 mV/s e uma velocidade de condução muito rápida. A rápida despolarização
celular até o ponto de potencial limiar se deve, basicamente, ao aumento extremamente
rápido da permeabilidade de íons sódio (Na+) para o interior celular. Essa permeabilidade é
resultado da abertura abrupta das comportas iônicas na membrana, que é representada pelo
movimento através dos canais rápidos de sódio. Nesse período também ocorre a redução
espontânea e rápida de íons potássio (K+).
O potencial de ação lento é característico das células nodais sinusais e
atrioventriculares normais, nas quais o potencial de repouso é de –40 a –70 mV, a
velocidade de ascenção do potencial de ação é no máximo de 10 mV/s e a velocidade de
condução do impulso é muito baixa. A despolarização lenta dessas células é devida às
correntes lentas de influxo de Na+ e Ca++. A velocidade de despolarização é em torno de 5
mV/s.
A Figura 2.8 mostra a transmissão do impulso cardíaco pelo coração humano,
enfatizando o tempo de aparecimento, em frações de segundo, do impulso em diferentes
partes do coração. Pode se observar também o retardo do impulso cardíaco ao passar do
átrio para o ventrículo, por razões já explicadas anteriormente, e a pequena diferença de
tempo das Fibras de Purkinje, no ápice do coração.
A Figura 2.9, que complementa a figura anterior, mostra o sistema especializado
excitatório do coração, ou seja, os nódulos excitatórios (nodo SA e nodo AV) e as vias de
condução (Feixe de His e Fibras de Purkinje). Mostra, também, os potencias de ação
transmembrana das diversas estruturas músculo-nervosas que compõem a bomba cardíaca.
28
Figura 2.8. Transmissão do impulso cardíaco pelo coração, mostrando o tempo de aparecimento do impulso, em frações de segundo (GUYTON e HALL, 1997)
Figura 2.9. Sistema de condução do coração (GUYTON e HALL, 1997)
.5. Conclusão
O coração é formado por uma complexa arquitetura anatômica, onde se encontram
estrutu
2
ras especializadas na geração e na condução de impulsos elétricos (nodos), câmaras
cardíacas perfeitamente ritmadas (átrios e ventrículos) e válvulas (tricúspide e bicúspide),
29
tornando possível a circulação do sangue e a alimentação de todas as células do corpo
humano.
A ocorrência dessa atividade elétrica depende do fluxo de diferentes íons através
a mem
e a avaliação clínica destes fenômenos bioelétricos é aprofundada no
óxim
d brana de células cardíacas (Na+, K+, Ca++). A atividade elétrica do coração é
regulada pelo NSA, que funciona como marcapasso, e por isso controla os batimentos da
bomba cardíaca.
A medida
pr o capítulo.
3
O ELETROCARDIOGRAMA
3.1. Introdução
À medida que o impulso elétrico gerado pelas células cardíacas percorre o coração,
correntes elétricas se disseminam para os tecidos que o cercam, sendo que pequenas
frações emergem para a superfície do organismo, o que faz gerar um campo elétrico por
toda a superfície corporal. Como mencionado por Guyton e Hall (1997), as flutuações de
potencial, que representam a soma algébrica dos potenciais de ação das fibras miocárdicas,
podem ser registradas através da colocação de eletrodos sobre a pele em pontos opostos do
coração, isto porque os líquidos corporais são bons condutores. Esse registro, realizado
através de um amplificador apropriado, é denominado de eletrocardiograma, conforme
mostrado na Figura 3.1.
Figura 3.1. Registro de um eletrocardiograma normal (GUYTON e HALL, 1997)
Na Figura 3.1, a voltagem é apresentada no eixo vertical e o tempo no eixo
horizontal, durante um período de tempo igual a um ciclo cardíaco. O ECG normal é
formado por uma onda P, um complexo QRS e uma onda T. Muitas vezes, o complexo
QRS é subdividido em onda Q, onda R e onda S.
A onda P é caracterizada pela geração do potencial elétrico da despolarização atrial,
antes do mesmo se contrair. O complexo QRS é a manifestação dos potenciais gerados
quando os ventrículos se despolarizam, antes dos mesmos se contraírem. E, finalmente, a
onda T é resultado dos potenciais gerados à medida que os ventrículos se recuperam do
31
estado de despolarização, sendo conhecida, portanto, como onda de repolarização. Maiores
detalhes destas ondas serão fornecidos logo adiante.
A interpretação do ECG é necessária para monitorar o funcionamento do coração,
identificando a propagação anormal da excitação elétrica ao longo do sistema de condução
e dos músculos cardíacos, que pode estar associada a lesões cardíacas, ritmos cardíacos
irregulares, cardiopatias etc.
3.2. Teoria do Dipolo Elétrico Cardíaco
À medida que o impulso elétrico percorre as fibras musculares cardíacas, no
momento da ativação das células do miocárdio, ocorre a despolarização elétrica do
músculo cardíaco, o que faz com que o ponto externo da membrana torne-se
imediatamente negativo em relação ao interior, assim como todos os pontos situados ao
redor. Isto se deve ao fluxo de corrente de eletrólitos (no caso, Na+) da zona positiva para a
zona negativa. Com a propagação dos estímulos elétricos, os pontos adjacentes irão se
tornando, cada um por sua vez, negativos, sempre em relação ao positivo imediato (deve-se
lembrar que a classificação de negativo é devida à menor concentração de íons positivos
fora da membrana em relação ao seu interior, ou vice-versa). Esses dois pontos justapostos
e de cargas contrárias é chamado de “dipolo”.
Figura 3.2. Registro da onda de despolarização (A e B) e da onda de repolarização (C e D) em uma fibra
muscular cardíaca. (GUYTON e HALL, 1997)
32
Na Figura 3.2, observa-se uma fibra muscular em quatro estágios de despolarização
e repolarização. Durante a despolarização ocorre a entrada de íons positivos na célula
muscular cardíaca, e o potencial negativo natural da fibra desaparece, tornando
gradativamente positivo, invertendo o potencial de membrana.
Na repolarização ocorre o inverso, os íons positivos migram para o exterior da
célula, permitindo que a célula se repolarize por completo.
Segundo Guyton e Hall (1997), quando um fragmento isolado de músculo cardíaco
é estimulado por ondas elétricas em uma das suas extremidades, é possível fazer o registro
do potencial através de um galvanômetro de alta velocidade, como indicado na Figura 3.2.
Na Figura 3.2 (A), a despolarização, demonstrada pelas cargas negativas
externamente e positivas internamente, está progredindo da esquerda para a direita. Como
o eletrodo esquerdo está ligado a uma área negativa da célula e o eletrodo direito a uma
área positiva, observa-se o registro do aparelho em um valor positivo. Nota-se que, quando
a despolarização atingiu o ponto médio da fibra, o registro atingiu seu valor máximo.
Na Figura 3.2 (B), a despolarização já percorreu toda a fibra muscular, com isso o
registro retornou ao potencial zero, pois os dois eletrodos estão em área de igual
negatividade. O resultado da despolarização ao longo de toda a extensão da fibra muscular
é chamado de onda de despolarização.
Na Figura 3.2 (C), observa-se a repolarização da fibra muscular, com retorno da
positividade ao exterior da fibra. No ponto indicado pela figura, o eletrodo esquerdo está
ligado em região de positividade da célula, enquanto o eletrodo da direita em área de
negatividade. Esta situação corresponde exatamente ao inverso do que ocorre na Figura 3.2
(A), gerando uma deflexão negativa da onda.
Na Figura 3.2 (D), a fibra muscular possui exterior celular completamente positivo
em relação ao interior e os eletrodos estão ligados em áreas igualmente positivas, de modo
que não é registrada qualquer diferença de potencial (d.d.p.) entre eles. O potencial elétrico
retorna, mais uma vez, ao seu valor zero, completando a onda negativa, denominada onda
de repolarização. Com isso, tem-se a fibra muscular completamente repolarizada.
A teoria de dipolo elétrico cardíaco baseia-se na despolarização e repolarização das
fibras musculares, sendo que a amplitude de voltagem gerada depende do número relativo
de células que estão sendo despolarizadas nas diversas regiões do coração, em um
determinado instante.
33
3.3. Ondas Cardíacas
A Figura 3.3 ilustra o registro simples de um eletrocardiograma, mostrando a
nomenclatura das ondas e dos intervalos, que serão detalhadamente explicados logo a
seguir.
Figura 3.3. Registro simples de um eletrocardiograma, mostrando as ondas e os intervalos
(GUYTON e HALL, 1997)
Quando ocorre a ativação da musculatura atrial, surge a onda P, que é arredondada
e cujo potencial de ação dura aproximadamente 60 ms. A morfologia da onda P é
determinada pela relação do local onde é gerado o impulso no nodo sinusal e pela massa
relativa dos dois átrios. Conforme a Figura 3.3, a onda P resulta da soma dos potenciais de
ação associados ao NSA e ao músculo atrial.
Os átrios se repolarizam em torno de 0,20 s após a onda P, no instante em que a
deflexão QRS aparece no eletrocardiograma. O complexo QRS, portanto, representa o
início da contração ventricular, ou seja, da despolarização dos ventrículos. Conforme a
Figura 3.3, o complexo QRS resulta da soma dos potenciais de ação associado aos
ventrículos.
A onda T representa a repolarização. O processo de repolarização dos ventrículos
ocorre durante longo período, da ordem de 0,15 s. Devido a isso, a onda T é, muitas vezes,
uma onda prolongada, mas a amplitude da voltagem da onda T é bem menor em
comparação com a voltagem do complexo QRS. Conforme a Figura 3.3, a onda T resulta
do somatório das ondas de repolarização associadas aos potenciais de ação dos ramos,
Fibras de Purkinje e músculos ventriculares.
34
O intervalo P-R mostra o tempo entre o início de ativação sinusal e o início da
despolarização ventricular. O tempo de duração desse intervalo é em torno de 160 ms, em
condições normais.
O complexo QRS reflete o período que compreende desde o início da fase de
despolarização ventricular até o início da repolarização dos ventrículos. Os ramos do Feixe
de His e suas ramificações distais formam as Fibras de Purkinje. Este sistema tem como
característica a velocidade de condução do impulso, muito rápida, razão pela qual se
atribui a baixa duração do QRS. A morfologia do QRS é determinada, principalmente, pela
seqüência de ativação ventricular e pela espessura dos ventrículos.
Em condições normais, a repolarização do músculo ventricular começa cerca de 0,2
a 0,35 s após o começo da onda de despolarização. Às vezes, devido à repolarização lenta
dos músculos papilares, é possível encontrar uma onda U, que consiste em um pós-
potencial, ocorrendo após a onda T.
3.4. Funcionamento do Aparelho Registrador de Eletrocardiograma
O eletrocardiógrafo é um instrumento bastante útil para a avaliação do impulso
cardíaco, simplesmente por registrar as variações do potencial elétrico em vários pontos da
superfície do corpo. Ao mesmo tempo, ao se analisar as flutuações do potencial elétrico
cardíaco, é possível obter importantes informações, tais como:
a) a orientação anatômica do coração;
b) as dimensões relativas de cada câmara cardíaca;
c) extensão, localização e progressão de lesões isquêmicas do coração (entre elas o
infarto do miocárdio);
d) diversos distúrbios do ritmo;
e) efeito da alteração das concentrações dos eletrólitos;
f) influência de certos medicamentos.
O registro do eletrocardiograma é feito através de eletrodos, em forma de placas
metálicas, aplicados ao paciente. Essas placas ficam presas a fios e são fixadas no tórax e
nos membros. Usa-se um eletrodo ativo ou explorador, conectado a um eletrodo de
referência com potencial zero (derivação unipolar), ou dois eletrodos ativos (derivação
bipolar). Os eletrodos são conectados ao paciente em 5 posições:
• em cada punho, recebendo as denominações de R (right) e L (left) para os
punhos direito e esquerdo, respectivamente;
35
• em cada tornozelo, recebendo o denominação de F (foot);
• no tórax, conhecido como eletrodo torácico, denominado de C (central) e
aplicado, sucessivamente, em seis posições sobre o tórax. A variação das
posições dos eletrodos é que define as diversas derivações eletrocardiográficas .
3.5. As Derivações Eletrocardiográficas
As derivações eletrocardiográficas são eletrodos que captam a atividade elétrica
cardíaca. Esses eletrodos são ativados mediante ações elétricas do coração, causando
deflexão positiva, quando a despolarização está direcionada para uma derivação, e
deflexão negativa, quando a despolarização se afasta da derivação. Quando a
despolarização é perpendicular à derivação não há uma deflexão única, ao que se dá o
nome à onda de “isodifásica”.
Existem doze derivações no eletrocardiograma de rotina. As três derivações
bipolares periféricas, propostas pelo método clássico de Einthoven, as derivações torácicas,
também conhecidas como derivações precordiais, e as derivações unipolares periféricas
aumentadas (CARNEIRO, 1997).
As derivações bipolares, ou derivações clássicas dos membros, são classificadas
como derivações periféricas I, II e III, obtidas através do registro das diferenças de
potencial (d.d.p.) entre dois membros, superiores e/ou inferiores. A Figura 3.4 mostra a
disposição convencional dos eletrodos para as derivações periféricas. O termo “bipolar”
significa que o eletrocardiograma é registrado por meio de dois eletrodos localizados nos
diferentes lados do coração, neste caso, nos diferentes membros. Ou seja, cada derivação é
uma combinação de dois fios e seus eletrodos são aplicados aos membros para formar um
circuito completo com o eletrodo.
No registro da derivação periférica DI, o terminal negativo do eletrocardiógrafo é
aplicado ao braço direito, e o terminal positivo, ao braço esquerdo. A derivação DI mede a
diferença de potencial entre os lados direito e esquerdo do coração. No registro da
derivação periférica DII, o terminal negativo do eletrocardiógrafo é aplicado ao braço
direito e o terminal positivo à perna esquerda. A derivação DII, então, registra a d.d.p.
entre o braço direito e a perna esquerda. Finalmente, no registro da derivação periférica
DIII, o terminal negativo é aplicado ao braço esquerdo, e o terminal positivo, à perna
esquerda. Essa derivação também é utilizada para registrar a d.d.p. entre o braço esquerdo
e a perna esquerda.
36
Figura 3.4. Disposição convencional dos eletrodos para o registro das derivações eletrocardiográficas padrão. (GUYTON e HALL, 1997)
A disposição dos dois braços e da perna esquerda formam, esquematicamente, os
vértices de um triângulo eqüilátero que circunda o coração. Essa representação, como
mostrado na Figura 3.4, é conhecida como “Triângulo de Einthoven” (DUBIN, 1999). A
denominação advém do sobrenome de um fisiologista holandês, que também estabeleceu
um postulado clássico, a “Lei de Einthoven”, resumida pela equação logo abaixo:
kVjViV += ; kiji ≠≠ ; (1)
Onde
Vi : Potencial elétrico de qualquer uma das três derivações periféricas.
Vj: Potencial elétrico de qualquer uma das três derivações periféricas, exceto da
derivação i.
Vk: Potencial elétrico de qualquer derivação periférica restante.
A Figura 3.5 mostra os registros eletrocardiográficos das três derivações bipolares
periféricas (I, II, e III) para uma pessoa normal
37
Figura 3.5. Eletrocardiogramas normais registrado pelas três derivações eletrocardiográficas padrão.
As derivações periféricas unipolares aumentadas (aV) são mais amplificadas do que
gura 3.6. Eletrocardiogramas normais registrados pelas três derivações unipolares periféricas aumentadas.
s(BERNE e LEVY, 2000)
as derivações bipolares, o que aumenta a amplitude dos potenciais em 50%, sem qualquer
alteração na configuração do registro não amplificado. Nesse tipo de registro, dois dos
membros são conectados, por meio de resistências elétricas, ao terminal eletrocardiográfico
negativo, e o terceiro membro é conectado ao terminal positivo, conforme mostrado na
Figura 3.4. A derivação é denominada aVR, quando o terminal positivo está aplicado ao
braço direito, aVL ,quando está aplicado ao braço esquerdo, e aVF, quando é na perna
esquerda. A Figura 3.6 apresenta os registros eletrocardiográficos destas derivações para o
caso de uma pessoa normal.
Fi(BERNE e LEVY, 2000)
38
As três derivações bipolares e as três derivações unipolares juntas formam um sistema
hexaxial de referência, no plano frontal, como mostrado na Figura 3.7
Figura 3.7. Eixo das três derivações bipolares e das três derivações polares (GUYTON e HALL, 1997)
Quanto às derivações torácicas ou precordiais, o eletrocardiograma é registrado
com o eletrodo colocado diretamente na superfície anterior do tórax, sobre o coração, em
um dentre os seis pontos marcados por números na Fgura 3.8. O eletrodo aplicado a um
desses pontos, distribuídos na região precordial, está conectado ao terminal positivo do
eletrocardiograma, e o eletrodo negativo, denominado de eletrodo indiferente, está
conectado, por meio de resistências elétricas, ao braço direito, ao braço esquerdo, e à perna
esquerda ao mesmo tempo. Tais derivações são abreviadas como V1, V2, V3, V4, V5, V6.
Figura 3.8. Conexões do corpo com o eletrocardiógrafo para o registro das derivações precordiais (BERNE e LEVY, 2000)
39
As derivações V1 e V2 são colocadas, respectivamente, no quarto espaço
intercostal e nas bordas esternais direita e esquerda. A derivação V3 encontra-se na linha
média que liga as derivações V2 e V4. A derivação V4 situa-se na intersecção do quinto
espaço intercostal esquerdo com a linha hemi-clavicular, na região onde se encontra o Ictus
Cordis (o ápice do coração). As derivações V5 e V6 são colocadas nas linhas axilares
anterior e média, no mesmo nível horizontal da derivação V4.
Cada derivação precordial registra, principalmente, o potencial elétrico da
musculatura cardíaca imediatamente abaixo do eletrodo. Dessa forma, as derivações
torácicas possibilitam uma visão do coração e da onda de despolarização no plano
horizontal.
A Figura 3.9 mostra os eletrocardiogramas normais registrados pelas seis
derivações precordiais. Desta figura, observa-se que nas derivações V1 e V2 os registro
QRS do coração são negativos, devido ao fato de seus eletrodos se situarem próximos à
base do coração, que corresponde ao potencial negativo de referência durante a maior parte
do processo de despolarização ventricular. Por outro lado, nas derivações V4, V5 e V6, os
registros QRS do coração são positivos, pela proximidade dos eletrodos com o ápice
cardíaco, que é a região onde ocorre o potencial positivo durante a maior parte da
despolarização.
Figura 3.9 – Eletrocardiograma normal registrado pelas seis derivações precordiais (BERNE e LEVY, 2000)
3.6. Análise Vetorial dos Eletrocardiogramas
Para compreender como o batimento cardíaco é codificado, é necessário o
entendimento do conceito de vetor e de como é realizada a análise vetorial.
40
Quando a corrente elétrica cardíaca gerada pelo impulso elétrico flui pelo coração
em uma direção determinada, cria-se um campo elétrico e a representação desse campo é
feita por um vetor, que é uma seta que aponta na direção do fluxo de corrente, com sua
ponta voltada para a direção positiva.
A Figura 3.10 mostra o vetor resultante da despolarização do septo interventricular
e de partes das paredes endocárdicas laterais dos dois ventrículos. A corrente elétrica flui
pelo interior das câmaras cardíacas, das áreas despolarizadas para as polarizadas, tendo
como resultado o vetor resultante, que é traçado a partir do centro dos ventrículos, na
direção da base do coração.
Figura 3.10. Vetor resultante pelo coração parcialmente despolarizado (GUYTON e HALL, 1997)
É válido ressaltar que um vetor projetado positivamente em uma direção fará com
que o registro eletrocardiográfico fique acima da linha de base (linha do zero), enquanto
que o vetor projetado negativamente fará com que o registro fique abaixo da linha de base.
3.7. O Eletrocardiograma Associado ao Infarto do Miocárdio
O infarto do miocárdio caracteriza-se pela depressão do metabolismo cardíaco
devido ao fluxo insuficiente de sangue, em decorrência de uma obstrução de vasos
derivados de alguma das artérias coronárias, que levam sangue ao miocárdio. Essa
obstrução pode produzir-se de forma lenta e progressiva, como conseqüência de placas nas
paredes arteriais causadas pelo acúmulo de gorduras. A fase final desse processo é
acelerada pela formação de um trombo ou coágulo sangüíneo, que em última instância é
responsável pela obstrução arterial ou trombose coronária. A obstrução também pode se
41
apresentar, de forma brusca, em conseqüência de uma embolia, ou seja, a presença de um
coágulo transportado pela corrente sangüínea na artéria. Como conseqüência desta
obstrução, tem-se:
a) falta de oxigênio para o tecido cardíaco;
b) acúmulo excessivo de dióxido de carbono (CO2);
c) falta de nutrientes suficientes.
Quando isso acontece, não há repolarização das membranas nas áreas de isquemia
miocárdica intensa. Enquanto persiste esse estado, uma corrente de lesão continuará a fluir
durante o período diastólico de cada batimento cardíaco.
O infarto agudo do miocárdio pode ser dividido em três fases: aguda, seperaguda e
crônica, conforme ilustrado nas Figuras 3.11-3.13. O primeiro sinal eletrocardiográfico de
infarto miocárdio, caracterizando a fase aguda, é um aplanamento do segmento ST, como
demonstrado na Figura 3.11. A evolução do infarto é observada no traçado por uma
gradual inversão da onda T, com o aparecimento da onda Q patológica. A fase crônica é
caracterizada, dessa forma, pela presença da onda Q, com o segmento ST agora convexo
para cima e a onda T invertida. As Figuras 3.12 e 3.13 mostram a evolução do infarto,
migrando da fase superaguda para a fase crônica.
Figura 3.11. A perda discreta da concavidade que existe normalmente na ascensão do segmento ST é o sinal
mais precoce de infarto agudo do miocárdio. Fase Aguda. (TRANCHESI, 1982)
Figura 3.12. Fase superaguda do infarto do miocárdio. (TRANCHESI, 1982)
42
Figura 3.13. Fase crônica do infarto do miocárdio (TRANCHESI, 1982)
Quando o segmento ST se mantém com pequenos infradesníveis, e quando se
percebe alterações primárias da onda T, pode-se constatar insuficiência coronária crônica.
Como mostrado nas Figuras 3.11-3.13, após a obstrução coronária, ocorre intensa
isquemia do músculo cardíaco e uma forte corrente de lesão flui da área infartada dos
ventrículos, durante o intervalo T-P, entre os batimentos.
A Figura 3.14 mostra o eletrocardiograma nas três derivações bipolares periféricas
e em uma derivação pré-cordial, registrada em paciente com infarto agudo da parede
anterior do coração. Observa-se, como característica importante, a presença de intensa
corrente de lesão na derivação pré-cordial.
Figura 3.14. Corrente de lesão em infarto agudo da parede anterior (GUYTON e HALL, 1997)
A Figura 3.15 mostra o eletrocardiograma em três derivações bipolares periféricas e
uma derivação pré-cordial de paciente com infarto da parede posterior.
43
Segundo Guyton e Hall (1997), com base na análise da corrente de lesão, é possível
determinar precisamente o local da área infartada. Dessa forma, nota-se a importância da
análise do eletrocardiograma para o diagnóstico de cardiopatias.
Figura 3.15. Corrente de lesão em infarto agudo apical da parede posterior (GUYTON e HALL, 1997)
3.8. Propedêutica Cardiológica
Segundo Tranchesi (1982), para se conseguir um diagnóstico satisfatório da
cardiopatia, é necessária a obtenção de um histórico clínico igualmente satisfatório, logo
no primeiro contato com o paciente.
O histórico ainda consiste na obtenção e registro do estado de saúde do paciente.
Deve-se indagar sempre alguns itens: queixa principal e duração, histórico da doença atual,
revisão de sistemas (interrogatório sobre diversos aparelhos), antecedentes pessoais,
familiares, fisiológicos e patológicos. Esta seria uma seqüência ideal, porém deve-se levar
sempre em consideração o estado paciente no momento da consulta, o que pode
impossibilitar o interrogatório, objetivando sempre a queixa do paciente, ou seja, o real
motivo da consulta.
A obtenção de uma boa história clínica é imprescindível para o diagnóstico e
possível tratamento. Para isso, o examinador se preocupa em conquistar a confiança do
paciente, desde o primeiro contato, no qual a empatia é fundamental e em seguida, durante
toda consulta.
Em consideração ao caso específico deste trabalho, para se conseguir um
diagnóstico satisfatório dos cardiologistas, é necessário o conhecimento adequado da
44
história das doenças do coração, especialmente de suas principais manifestações. Deve-se
encaminhar o interrogatório para que o diagnóstico seja completo em seus diversos
aspectos: anatômico, fisiológico, etiológico.
O diagnóstico etiológico é conseguido quando se identifica o agente etiológico, ou
seja, o fator causal da cardiopatia. O diagnóstico anatômico refere-se às alterações
morfológicas ou estruturais do coração/vasos sanguíneos. O diagnóstico fisiológico
relaciona-se às modificações da funcionalidade normal do coração e das estruturas
relacionadas. O diagnóstico funcional esclarece o grau de suficiência do coração, bem
como a capacidade de desempenhar o papel de bombeamento.
Para se analisar as diversas cardiopatias, deve-se considerar alguns aspectos
importantes: idade, sexo, cor, tendência hereditária, distribuição regional, hábitos e vida
(tabagismo, etilismo, sedentarismo). Deve-se considerar, primordialmente, as
manifestações clínicas que, isoladas ou associadas, constituem elementos essenciais de
diversos quadros. Uma vez identificado o sintoma, é necessário reconhecer suas diversas
peculiaridades: caráter, intensidade, freqüência, fatores de piora e melhora, relação com
outros sintomas.
Alguns sintomas observados na inspeção são indicadores de cardiopatia, entre eles:
• Dispnéia: manifestação subjetiva e/ou objetiva de desconforto e esforço para
respirar.
No cardiopata, o fator mais comum responsável pela dispnéia é a hipertensão
veno capilar pulmonar. Quando ocorre falência do ventrículo esquerdo, em
várias formas de insuficiência cardíaca, há redução da fração de ejeção e
aumento dos volumes sistólico e diástolico finais do ventrículo esquerdo, com o
conseqüente aumento da pressão diástolica final ventricular, que transmite-se
retrogradamente para o átrio esquerdo e daí para as veias e capilares
pulmonares, causando portanto hipertensão no território pulmonar e dispnéa.
• Edema: acúmulo de líquido no espaço intersticial devido a distúrbios do
metabolismo.
Espaço intersticial é o espaço entre as células presentes nos tecidos o acúmulo
de líquido nesse espaço provoca aumento de volume, ou seja, edema.
O edema deve ser considerado como resultado do desequilíbrio entre ingestão e
excreção de sódio e água. No cardiopata, a insuficiência cardíaca provoca
redução do volume de sangue circulante efetivo, desencadeando eventos cujo
45
resultado final é a retenção de sódio e água e, conseqüentemente, acúmulo de
líquido intersticial.
Na verdade, durante o exame físico cardiológico, inspeção e palpação são
empregadas. A palpação, em linhas gerais, confirma achados obtidos pela inspeção.
A ausculta é uma das semiotécnicas mais importantes durante o exame físico
cardiológico, exigindo cuidado apurado para ser realizada. O estetoscópio, instrumento
médico que permite a ausculta, deve ser aplicado nas seguintes áreas de auscultação:
a) tricuspídea, na parte baixa do esterno, junto à linha paraesternal esquerda ;
b) mitral, no local do choque da ponta;
c) aórtica, no segundo espaço intercostal direito, junto ao esterno;
d) pulmonar, no segundo espaço intercostal esquerdo, junto ao esterno;
e) aórtica acessória, no terceiro espaço intercostal esquerdo junto ao esterno;
f) mesocárdica, no quarto espaço intercostal esquerdo, na linha hemiclavicular.
A palpação verifica principalmente os pulsos arteriais. Todos os pulsos devem ser
palpados, focando-se o pulso carotídeo, por ser o que mais se assemelha ao pulso central
aórtico, e a palpação da artéria braquial (braço), que permite a melhor avaliação da
amplitude, forma e velocidade de ascensão do pulso, além da consistência das artérias
periféricas.
A importância do eletrocardiograma é fundamentalmente diagnóstica.
3.9. ECG Analógico x Digital
Na década de 20, o surgimento do eletrocardiógrafo, e na década seguinte, do
eletroencefalógrafo, permitiram uma maior aproximação entre a Medicina e a Engenharia
(ESCOLA, 2004).
Um aparelho para o registro de sinais biológicos convencional, também
denominado analógico, é formado por três componentes (Figura 3.16):
• Um elemento de captação do sinal biológico, que é ligado ao paciente;
• O amplificador, que aumenta a amplitude desse sinal elétrico; e,
• O registrador, normalmente um tubo de raios catódicos que registra o sinal de
maneira visível, ou um traçador sobre o papel.
46
Fig 3.16 - Blocos do ECG analógico
A partir do desenvolvimento dos computadores e da representação digital, a
captação e o processamento dos sinais biológicos foram simplificados. Os modernos
aparelhos de ECG mantêm, em geral, o esquema da Figura 3.16, sendo que apenas o
registrador foi modificado, sendo substituído por um computador associado a um periférico
adequado para a recepção do sinal e sua interpretação digital. Entretanto, outros elementos
precisaram ser criados para melhorar a segurança e a confiabilidade dos registros.
Os aparelhos ECG digitais operam de forma semelhante aos analógicos. A
diferença consiste na quantização do tempo e da amplitude, ou seja, os sinais elétricos são
transformados em número digital, em intervalos regulares de tempo. Para fazer a conversão
do sinal elétrico analógico para o sinal digital é utilizado um circuito denominado
“conversor analógico-digital”, ou conversor A/D, geralmente representado por uma placa
que se insere no microcomputador (ESCOLA, 2004).
Fig. 3.17 - Esquema dos Blocos de um ECG Digital
47
Mais complexos, os ECG digitais são formados pelos seguintes componentes,
conforme o esquema mostrado na Figura 3.17 (WEBSTER, 1998):
1) Circuito de proteção: esse circuito é formado por unidades que evitam altas
voltagens que eventualmente podem resultar de transitórios elétricos do
aparelho, para não prejudicar o paciente.
2) Seletor de derivações: cada eletrodo ligado ao paciente é conectado a um
seletor de derivações do eletrocardiógrafo. A função desse bloco é determinar
quais eletrodos são necessários para cada derivação, conectando-os ao
restante do circuito. É nesta parte que as conexões ao terminal central são
feitas. Esse bloco é controlado manualmente pelo operador ou
automaticamente pelo microcomputador, e seleciona uma ou mais derivações
a serem registradas. No modo automático, cada uma das 12 derivações é
gravada por um curto período, por exemplo, 10 segundos.
3) Sinal de calibragem: é introduzido periodicamente no eletrocardiógrafo para
cada canal a ser registrado.
4) Pré-amplificador: responsável pelo primeiro estágio de amplificação do sinal.
Precisa de uma impedância de entrada bastante alta, e também de uma grande
rejeição de sinal comum, ou rejeição de ruído.
5) Circuito de isolamento: cria uma barreira contra a passagem de corrente
associada à alimentação da rede, no sentido do paciente para o aparelho.
6) Circuito induzido da perna direita: fornece um ponto de referência no
paciente, cujo potencial é considerado terra. Essa conexão é feita através de
um eletrodo ligado à perna direita do paciente.
7) Amplificador: amplifica o sinal cardíaco até um nível que possa ser registrado
pelo gravador. As voltagens de corrente contínua, se amplificadas neste
estágio, podem causar saturação. Este estágio também é responsável pelo
filtro de banda do eletrocardiógrafo. Geralmente possui um controle para
ajuste da posição do sinal.
8) Sistema de memória: os eletrocardiógrafos mais modernos armazenam o sinal
em memória enquanto o imprimem no papel. O sinal é primeiramente
digitalizado por um conversor analógico-digital, e exemplos de cada
derivação são armazenados na memória. Os dados do paciente, digitados no
teclado por um operador, também são armazenados nessa memória. O
microcomputador controla a atividade de armazenamento.
48
9) Microcomputador: controla todo o funcionamento do eletrocardiógrafo. O
operador pode escolher diversos modos de registro, através da seleção dos
programas disponíveis. Em alguns equipamentos, o microcomputador
também pode fazer uma análise preliminar dos resultados, como determinar a
freqüência cardíaca, identificar alguns tipos de arritmias, calcular os eixos de
alguns sinais do ECG e suas distâncias etc. A comunicação é feita através de
um teclado e um mostrador alfanumérico.
10) Gravador/impressora: esse bloco é responsável pela saída do sinal ECG
gravado. Também imprime a identificação do paciente as informações
clínicas digitadas pelo operador e o resultado das análises automáticas feitas
pelo microcomputador. Os ECGs modernos utilizam técnicas de impressão
térmica ou eletrostática, onde a única parte móvel é o papel que passa sob a
cabeça de impressão. ECGs digitais também podem gravar os sinais em
mídias digitais, como fitas ou disquetes.
3.9.1. Monitores Cardíacos
Há diversas situações em que o monitoramento constante do ECG e da freqüência
cardíaca é importante para o tratamento do paciente. Nos casos de cirurgias, por exemplo,
esse monitoramento permite acompanhar a situação do paciente durante e após a cirurgia.
Trata-se também do caso de pacientes infartados, onde o acompanhamento da fase crítica e
dos primeiros dias subseqüentes permite a detecção precoce de possíveis arritmias.
Esse acompanhamento constante é possível utilizando-se monitores cardíacos ou
cardioscópios. Seu circuito é semelhante ao do ECG (Figura 3.17). Um par de eletrodos é
colocado no tórax do paciente e conectado ao circuito de entrada, que também possui uma
proteção contra altas voltagens transientes que podem aparecer em procedimentos de
defibrilação.
O próximo estágio também é um pré-amplificador, como no aparelho de ECG. Para
o monitor cardíaco, entretanto, as freqüências de resposta são levemente menores, pois o
movimento do paciente pode gerar freqüências muito baixas. Pela filtragem dessas
freqüências pode-se conseguir uma melhora significativa da estabilidade dos sinais
monitorados.
O circuito de proteção do paciente aparece logo após o pré-amplificador, seguido
de outro amplificador, que eleva a amplitude dos sinais para níveis adequados, com
49
objetivo de monitoramento, gravação e/ou análise. A saída do amplificador também pode
alimentar outras unidades, como por exemplo, um monitor analógico.
Um monitor desse tipo é comumente utilizado em centros cirúrgicos ou em
ambulâncias, para monitorar os pacientes durante cirurgias, ou durante transportes de
emergência.
Na maioria dos monitores cardíacos modernos, o sinal ECG amplificado é
digitalizado através de um conversor analógico-digital e o restante do processo é feito por
um computador. A unidade central de processamento (CPU) e seus periféricos
desempenham as demais funções.
Monitores cardíacos podem ser utilizados para o acompanhamento individual de
pacientes, como é o caso das unidades de terapia intensiva (UTIs), ou conectados a
unidades centrais. Essas unidades contêm um cardioscópio que mostra o ECG de cada
paciente monitorado, um medidor de freqüência cardíaca e um alarme para situações
críticas.
Os microcomputadores conectados aos monitores cardíacos desempenham duas
funções básicas: gerenciamento e análise de dados. Formalmente, o microcomputador
controla os diversos componentes do sistema e o transporte dos dados de um bloco para
outro. O processo de análise envolve a filtragem do sinal e a identificação de seus diversos
componentes para a determinação da freqüência cardíaca e identificação de eventuais
arritmias. O microcomputador é controlado por um programa geralmente armazenado em
memória ROM (Read Only Memory)1, o que permite sua atualização pela simples
substituição desse componente. A memória RAM (Random Acess Memory)2 é utilizada
para armazenamento temporário dos sinais e seu envio para outras mídias.
Os monitores cardíacos podem ser interligados numa rede hospitalar que permita
sua interação com outros equipamentos de monitoramento do paciente (pulso, oxigênio
etc), e até a transmissão de seus dados para médicos que possam estar distantes da
unidade de tratamento intensivo.
Os modelos ambulatoriais, como é o caso do Holter, são muito usados para o
acompanhamento e o diagnóstico de disfunções cardíacas. Seu tamanho reduzido permite
que o paciente possa transportá-lo até no cinto, garantindo a gravação de longos períodos
de sinais cardíacos para posterior interpretação.
1 Tipo de memória que só permite leitura. Os dados são inseridos no chip e não podem ser apagados, mesmo em caso de queda de energia. 2 É o tipo de memória comumente referida nos computadores e pode tanto ser lida quanto gravada.
50
3.10. Conclusão
Estudos da Organização Mundial de Saúde (OMS) revelam que os problemas
cardiovasculares, dentre eles o infarto do miocárdio, são responsáveis por cerca de 15
milhões de mortes no mundo, anualmente. Assim o aumento indiscriminado de doenças
cardiovasculares na população em geral, devido a hábitos inadequados, tais como estresse,
tabagismo, e sedentarismo, faz necessário o mapeamento completo e detalhado do coração,
na tentativa de identificar e tratar precocemente as cardiopatias. Isto explica a grande
importância do eletrocardiograma.
Tendo em vista a moderna tecnologia de captação da atividade elétrica cardíaca,
pode-se indagar qual o papel da informática para apoiar o médico que se dedica ao desafio
da urgência cardiológica. Isto será tratado no próximo capítulo.
.
4
TELEMEDICINA
4.1. Introdução
O Conselho Federal de Medicina (2002) define a Telemedicina como sendo
"exercício da Medicina através da utilização de metodologias interativas de comunicação
audio-visual e de dados, com o objetivo de assistência, educação e pesquisa em Saúde." Já
a definição da Organização Mundial de Saúde (OMS) é mais abrangente:
[...] a oferta de serviços ligados aos cuidados com a saúde, nos casos em que a distância é um fator crítico. Tais serviços são providos por profissionais da área de saúde, usando tecnologias de informação e de comunicação para o intercâmbio de informações válidas para diagnósticos, prevenção e tratamento de doenças e a contínua educação de provedores de cuidados com a saúde, assim como para fins de pesquisa e avaliações. O objetivo primeiro é melhorar a saúde das pessoas e de suas comunidades. (URTIGA et al., 2004)
Apesar de bastante ampla, a definição da OMS não inclui a educação dos
provedores de saúde, como acontece com o Conselho Federal de Medicina ou a Associação
Americana de Telemedicina (“American Telemedicine Association” - ATA). Segundo
Urtiga et al (2004), como a Telemedicina ainda é uma tecnologia emergente, é normal que
ainda não haja uma definição universalmente aceita.
O prefixo grego "telos" significa "distância", o que justifica a existência de outros
termos correlatos, tais como "telediagnóstico", "telessaúde", "telecirurgia", etc. (URTIGA
et al., 2004).
A primeira preocupação da telemedicina foi o atendimento de regiões distantes dos
principais centros médicos ou de difícil acesso, onde pessoas com pouco treinamento na
área pudessem auxiliar na obtenção e envio de informações que fossem remotamente
diagnosticadas, e cujo retorno poderia ajudar no atendimento de urgência ou no
acompanhamento constante de pacientes que necessitassem desse tipo de terapia
(ZUNDEL, 1996).
No aspecto de atendimento médico à distância, uma típica instalação de
telemedicina consiste numa comunicação de dupla via entre um centro médico
especializado e estações remotas operadas por enfermeiras, técnicos ou socorristas que
52
prestam atendimento de urgência pré-hospitalar. Essa tecnologia permite que o paciente
possa ser diagnosticado e avaliado à distância, através do envio de sinais fisiológicos e sua
interpretação. Além da rapidez no diagnóstico e tratamento, a telemedicina reduz os custos
do atendimento, já que transmitir informações é muito mais barato do que transportar
pessoas. O acompanhamento remoto de pacientes que necessitam de cuidados constantes
também reduz o custo do tratamento, dispensando a internação e permitindo que o mesmo
seja feito até mesmo em regiões distantes (ZUNDEL, 1996).
4.2. Histórico
Segundo Zundel (1996), o conceito da telemedicina já existe há séculos, a partir da
preocupação dos médicos em trocar informações a respeito de epidemias e descobertas
feitas através dos tempos. Os métodos de transmissão dessas informações evoluíram junto
com a tecnologia. Há registros, por exemplo, do uso do telégrafo durante a Guerra Civil
norte-americana (1861-1865), para a transmissão do registro de mortos e feridos, bem
como para pedidos de suprimentos médicos a serem enviados ao campo de batalha.
A partir do final do século XIX, a invenção do telefone aumentou as possibilidades
de comunicação. Os médicos foram os primeiros a adotar a novidade, principalmente em
função da facilidade de acesso para os pacientes. Durante mais de 50 anos o telefone
permaneceu como o principal veículo de comunicação para esses profissionais, e ainda é
um dos mais importantes recursos utilizados para localização e acionamento do serviço
médico, principalmente em casos de urgência (ZUNDEL, 1996).
O aperfeiçoamento da comunicação por rádio, a partir da década de 30 do século
passado, tornou ainda mais fácil a transmissão de informações para áreas remotas,
principalmente por não depender da instalação de infra-estrutura. Isto ocorreu em
particular no Alasca e na Austrália, durante o período de colonização. Nas guerras da
Coréia e do Vietnã, o rádio também foi o principal canal utilizado pelas equipes médicas e
de transporte de feridos (ZUNDEL, 1996).
A corrida espacial, a partir da década de 50, abriu um novo desafio para a medicina,
pelo desconhecimento das reações fisiológicas dos astronautas em ambientes de baixa ou
nenhuma gravidade e atmosfera. O departamento de pesquisa e desenvolvimento em
telemetria da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (“National Aeronautics
and Space Administration” - NASA), EUA, criou equipamentos sofisticados de
monitoramento à distância, iniciando uma nova era da telemedicina. Também nessa época
53
começaram a surgir as primeiras iniciativas privadas de telediagnóstico de exames
radiológicos, através de facsímiles de exames transmitidas por rádio ou telefone para
longas distâncias. Anos depois, essa comunicação começou a ser feita através de circuitos
fechados de microondas (ZUNDEL, 1996).
Logo em seguida, o surgimento da televisão aumentou as possibilidades de
comunicação através da transmissão de imagens a longa distância. Em 1964, foi criada a
primeira ligação de vídeo interativa entre o Instituto de Psiquiatria de Nebraska e o
Hospital Estadual de Norfolk (EUA). Três anos depois, o posto médico do Aeroporto
Logan, de Boston, e o Hospital Geral de Massachusetts, iniciaram a operação de um
sistema de comunicação através de imagens entre paramédicos e uma equipe especializada,
demonstrando excelentes resultados no intercâmbio de informações e telediagnóstico
(ZUNDEL, 1996).
Durante a década de 70, o governo norte-americano patrocinou a criação de sete
centros de pesquisa em telemedicina em diversos estados, visando, principalmente, as áreas
rurais, onde os recursos humanos eram escassos. As conclusões desses projetos levantaram
mais dúvidas do que respostas, evidenciando a necessidade de maiores pesquisas sobre o
assunto. Apesar de ainda rudimentares, os recursos de telecomunicações então disponíveis
demonstraram sua viabilidade na eliminação da necessidade do translado do paciente para
tratamento no centro médico, facilitando o atendimento principalmente em casos de
emergência (ZUNDEL, 1996).
O incremento das comunicações audiovisuais por satélite, a partir da década de 80,
facilitou a criação de sistemas de videoconferência em diversos centros médicos de todo o
mundo, tanto para troca de experiências quanto para o tratamento especializado de
pacientes situados em regiões distantes dos institutos de pesquisa. Em 1989, foi testado
pela primeira vez, com sucesso, o sistema de desfibrilação por telefone (TTD) do Hospital
Judeu de St. Louis, EUA. Esse aparelho havia sido aprovado pelo Departamento norte-
americano de regulamentação e aprovação de alimentos e medicamentos (“Food and Drug
Administration” - FDA), dois anos antes, para atendimento a pacientes em locais remotos
que precisavam de monitoramento constante. Através da comunicação telefônica, os
médicos podiam orientar os acompanhantes, diagnosticando a situação e intervindo, se
necessário. O sistema era composto por uma unidade base, instalada na unidade de
cuidados cardíacos do hospital, e uma unidade portátil, instalada na residência do paciente,
ligadas através de conexão telefônica comum. Somente os médicos podiam interferir na
unidade portátil, quando necessário (ZUNDEL, 1996).
54
Nos anos 90, a Comunidade Econômica Européia (CEE) disponibilizou uma verba
inicial de US$ 15 milhões para a pesquisa e desenvolvimento de diversos projetos em todo
o continente. Entre os principais projetos desse período podem ser citados o
monitoramento domiciliar de gestantes e cardíacos (França e Inglaterra), tele-socorro para
idosos (Itália e Suíça), teleconsulta em redes de hospitais (Holanda, Alemanha, Suécia e
Itália), telediálise (Itália), etc. (MACERATINI e SABBATINI, 1994).
Especialmente na Itália, a telemedicina teve avanços significativos a partir da
década de 70. A Universidade de Roma iniciou seus experimentos com tele-ECG ao
mesmo tempo que em Udine começavam os trabalhos com tele-EEG. Esses estudos deram
origem, em 1976, à primeira rede nacional de transmissão de ECG, envolvendo 52
hospitais de todo o país. Sete anos depois foi criado o projeto TELECOS, uma rede de
teleconsultas envolvendo quatro regiões italianas. O sucesso dessas iniciativas incentivou a
criação de um consórcio envolvendo universidades, centros de pesquisa, empresas de
telecomunicações e informática para a criação de equipamentos e softwares especializados,
dentre eles o cardiotelefone, o cardiobip, o telesocorro, a telediálise etc. Dos projetos
iniciados pelo consórcio, destaca-se o TELEMISM, uma rede telemédica de emergência
abrangendo as pequenas ilhas italianas e que posteriormente foi interligado também à
Grécia para atendimento de telemedicina em todas as ilhas da região. A partir de 1990, o
Ministério de Pesquisa Científica e Tecnológica da Itália assumiu o projeto de telemedicina
como prioritário, alocando recursos de US$ 80 milhões para seu desenvolvimento
(MACERATINI e SABBATINI, 1994)..
A telemedicina também foi aprovada para outras especialidades, como a psiquiatria
(consultas através de circuitos fechados de TV), radiologia (exames enviados por fax),
anestesia (monitoramento remoto), dermatologia, oncologia, etc. (ZUNDEL, 1996).
No Brasil, as primeiras iniciativas em telemedicina começaram a ser estruturadas a
partir da década de 90, pelo Grupo de Telemática do Hospital das Clínicas da Faculdade de
Medicina da Universidade de São Paulo (USP), que trabalha com sistemas de tele-
educação e telediagnóstico; pelo InCor (Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da
Universidade de São Paulo), que possui um serviço de telecardiologia desde 1994; pela
Rede Sarah de Hospitais de Reabilitação, que iniciou uma rede de videoconferência e
videodiagnósticos ainda em 1995; e outras instituições de saúde em todo o país (URTIGA
et al., 2004).
55
4.3. Tendências no Brasil e no Mundo
Os avanços em telemedicina têm acompanhado o desenvolvimento tecnológico das
telecomunicações, explorando novos recursos disponibilizados. Atualmente há diversos
estudos em andamento, procurando explorar as potencialidades já existentes e inovando
nas aplicações da área da saúde em todos os campos. Algumas linhas de trabalho têm
demonstrado ser bastante promissoras, enquanto outras ainda se encontram em fase inicial
de desenvolvimento e testes.
Uma das áreas que vêm sendo exploradas com grande sucesso é a educação de
pacientes à distância, principalmente através da Internet. Há trabalhos interessantes no
acompanhamento de pacientes portadores da síndrome de Alzheimer, em Cleveland
(EUA), onde os acompanhantes têm suporte em tempo real, transmitem e recebem
informações diariamente, participam de grupos de discussão e recebem treinamento
constante à distância. Também uma comunidade de Harvard (EUA) utiliza uma rede de
internet para receber informações sobre saúde, descrever sintomas, e receber um pré-
diagnóstico sobre a potencial gravidade do problema, marcar consultas e receber instruções
de primeiros socorros no caso de acidentes (ZUNDEL, 1996).
O monitoramento doméstico remoto também é uma aplicação em grande
desenvolvimento. Pacientes idosos, com dificuldade de locomoção ou residentes em áreas
remotas, podem ser continuamente avaliados através de sistemas de telefonia ou TV,
através de equipamentos que enviam dados sobre sinais vitais (pulso, pressão, temperatura
etc.) e podem ativar alarmes de emergência ou receber sinais dos centros médicos para
atuação direta, como é o caso de marca-passos. Em San Francisco (EUA), há uma unidade
de monitoramento remoto para pacientes com distúrbios do sono, onde o exame é feito na
própria residência do interessado (ZUNDEL, 1996).
Para Utterback (2005), a telemedicina tende a revolucionar o atendimento
domiciliar à saúde, ainda restrito apenas às emergências. O aumento da incidência de
doenças crônicas, aliado à maior demanda da população e ao número restrito de
profissionais para atendimento, vêm forçando as agências governamentais a repensar toda
a estrutura atualmente implantada. A potencialidade da telemedicina permite imaginar um
cenário em que os dados vitais dos pacientes sejam periodicamente enviados para os
especialistas, através de redes telefônicas comuns, permitindo um acompanhamento
constante de suas condições de saúde e aumentando a eficiência da atuação preventiva.
Esse tipo de monitoramento, além de garantir uma melhoria acentuada nas condições de
56
saúde da população, reduz drasticamente os custos públicos nessa área, ampliando também
a produtividade dos profissionais médicos.
A educação à distância é outra área muito importante da telemedicina, permitindo
que profissionais de qualquer parte do planeta possam se comunicar com os grandes
centros de pesquisa e desenvolvimento médico, mantendo-se atualizados, trocando
experiências e sanando dúvidas quanto às melhores práticas terapêuticas. Essa
comunicação tem sido feita através de teleconferências, por satélite, mas a cada dia abrem-
se melhores perspectivas através do uso da internet. Esta já é uma importante fonte de
pesquisa para profissionais da área médica, disponibilizando o acesso às publicações
médicas especializadas e a bancos de dados dedicados à publicação de pesquisas e estudos
de todas as áreas, como é o caso do MedLine (http://medline.cos.com/), do PubMed
(http://www.pubmedcentral.nih.gov) e do DocLine (http://docline.gov/). Há também
diversos endereços com grupos de discussão para a troca de informações da área da saúde
(ZUNDEL, 1996; UTTERBACK, 2005).
Para Urtiga et al (2004), uma grande barreira para o desenvolvimento da
telemedicina é o financiamento. Além do alto custo dos equipamentos, que podem se
tornar obsoletos em pouco tempo, o treinamento de pessoal especializado na operação
desses sistemas e a pesquisa de novas tecnologias necessitam de investimentos
públicos/privados, que possam manter os custos desse ramo da medicina até que ele
consiga se auto-financiar.
No Brasil, há diversos projetos em desenvolvimento, principalmente ligados às
faculdades de Medicina. Uma boa parte se dedica à educação e ao compartilhamento de
informações entre profissionais, tanto para fins didáticos quanto para a criação de
protocolos de atendimento terapêutico. Esse é o caso, por exemplo dos projetos Oncoweb e
Telecolaboração, da Faculdade Paulista de Medicina (UNIFESP, 2003) ou o Tele-
Educação, da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP, 2004).
Outra grande preocupação dos profissionais da área de saúde é com a ética,
principalmente na relação do médico com o paciente e com a possível violação do sigilo
nas informações transmitidas através de meios de comunicação não seguros. Nesse sentido,
o Conselho Regional de Medicina do Estado de São Paulo (CREMESP) aprovou a
Resolução nº 97, de 20 de fevereiro de 2001, contendo diversas regras, que vão desde a
regulamentação das informações disponibilizadas em páginas da internet até a
responsabilização dos profissionais quanto à transmissão de imagens ou o envio de exames
e prontuários através dessa rede (CREMESP, 2002).
57
4.4. Telemedicina em Cardiologia
A telemedicina é aplicada em praticamente todas as áreas da Medicina, apesar dos
estágios de desenvolvimento e maturidade das diversas pesquisas se encontrarem em
etapas diferentes. Nos casos da Patologia e da Radiologia, as aplicações estão mais
avançadas, enquanto que na Pediatria, na Cirurgia e no atendimento de emergência, as
iniciativas ainda estão na fase inicial. Segundo Krupinski et al (2002), essas diferenças
podem ser atribuídas, em parte, às próprias características dessas especialidades. O
patologista e o radiologista já executam seu trabalho com pouco ou nenhum contato com o
paciente. Assim, a realização de diagnósticos através da telemedicina praticamente não
modifica a forma tradicional de atendimento. Esse não é o caso das demais especialidades.
Para Lehmann (2004), com o aumento da expectativa de vida da população
mundial, principalmente nos países desenvolvidos, há o aumento proporcional de doenças
crônicas, como o diabetes e os problemas cardíacos, que exigem acompanhamento longo,
sem necessitar, na maioria das vezes, de internações hospitalares. O custo desses
atendimentos tende a sobrecarregar os serviços públicos e as empresas privadas de saúde,
podendo comprometer seriamente toda a atividade.
A Cardiologia possui pelo menos dois atributos que a tornam particularmente
interessante para a telemedicina: a importância crítica do intervalo de tempo entre o
aparecimento dos sintomas e o início do tratamento para a sobrevivência do paciente, e a
alta participação das doenças cardíacas nos índices de mortalidade e morbidade da
população (KRUPINSKI et al, 2002).
As pesquisas nesse campo envolvem desde os primeiros estudos de viabilidade da
auscultação cardíaca eletrônica até a transmissão de imagens para diagnóstico remoto. Há
um volume considerável de literatura a respeito da transmissão de ecocardiogramas,
cineaortografias (angiogramas), monitoramento remoto de pressão sangüínea e
eletrocardiogramas, tanto em tempo real quanto em modo assíncrono. Todavia, as
pesquisas sobre atendimento em tempo real têm sido mais enfocadas, até em função da
necessidade da rápida tomada de decisões. Nesse caso, o avanço das comunicações por
58
linha telefônica, tanto em T13 quanto em banda larga, através da internet, é um fator que
favorece o aumento das aplicações (KRUPINSKI et al, 2002).
Uma boa parte das pesquisas se refere à transmissão de sinais de ECG e o
monitoramento residencial de pacientes que necessitam de acompanhamento constante.
Um estudo a respeito do tratamento de hipertensos à distância demonstrou que houve uma
sensível redução na pressão arterial dos pacientes que utilizavam equipamentos domésticos
para medição e envio de informações para centros de monitoramento a intervalos
periódicos, quando comparados àqueles submetidos ao mesmo tratamento de forma
tradicional. Aplicações que utilizam o acompanhamento remoto de ECG e marca-passos
através de linha telefônica convencional, celular, internet ou satélite também apresentam
resultados positivos, tanto no aspecto clínico quanto na redução de custos (KRUPINSKI et
al, 2002).
Estudos mais recentes têm procurado técnicas de utilização do monitoramento
remoto de sinais cardíacos para aplicação em biofeedback4. Ahuja et. al (2004)
apresentaram um estudo em que os sinais ECG são enviados para uma central hospitalar
para análise, sendo que os resultados retornavam para o paciente através da tela de um
computador, alertando para possíveis alterações fisiológicas, passíveis de serem
controladas. A pesquisa demonstrou que os sinais cardíacos são indicadores importantes
das situações de stress, e seu controle por esse método pode ser uma terapia preventiva
auxiliar para pacientes que já apresentam cardiopatias.
4.5. Softwares para Análise de ECGs
Para Petrucci et al (1996), apesar de produzirem resultados relativamente precisos,
os softwares de análise de ECG não podem ser considerados perfeitos nem infalíveis. Os
clínicos devem considerar também que há vantagens em sua utilização, como os aspectos
operacionais (melhoria na qualidade do sinal, capacidade de edição e armazenamento,
possibilidade de verificação posterior etc) e a facilidade de obtenção de dados adicionais,
tais como avaliação do segmento ST, correlação entre ST e batimentos cardíacos,
amplitude da onda R etc.
3 Padrão norte-americano que define a linha digital de alta velocidade, com capacidade de transmissão de 1,544 Mbps. Termo crido pela AT&T, T1 é amplamente utilizado em redes privadas e na interconexão entre redes locais e redes públicas de telecomunicações (GLOSSÁRIO, s. d.). 4 Técnica em que o paciente aprende a controlar o Sistema Nervoso Autônomo, interferindo nas funções involuntárias, tais como ritmo cardíaco, freqüência respiratória etc.
59
De acordo com Zywietz et al. (1990), uma avaliação de programas para
interpretação de ECG deve considerar estes como partes de um sistema, já que os
resultados obtidos dependem também do elemento considerado como hardware. Se os
sinais emitidos pelo eletrocardiógrafo ou recebidos pelo computador não forem
suficientemente precisos, a análise do programa também pode sofrer distorções. Além
disso, a precisão dos resultados desses sistemas não é o único critério que deve ser
considerado. Fatores como dimensões físicas, segurança, velocidade de processamento,
praticidade da operação, custos etc, também são importantes e devem ser avaliados pelo
usuário potencial.
Salerno et al. (2003) efetuaram uma avaliação dos estudos publicados a respeito
dos programas de interpretação de ECG entre os anos de 1996 e 2003. O objetivo foi
comparar as diversas propostas de padronização para treinamento, teste e avaliação dessa
interpretação, principalmente em relação aos testes comparativos com casos clínicos, já
que a maioria dos estudos baseia-se em recomendações consensuais e não em dados
obtidos de pacientes. Foram selecionados 39 artigos, divididos em três categorias: estudos
que incluíam dados clínicos, estudos de discussão da precisão do diagnóstico obtido pelos
softwares e outros estudos comparativos de padrões de cardiologistas e não cardiologistas.
Desses artigos, alguns envolviam a análise dos especialistas em comparação com a análise
dos softwares, ou a avaliação destes utilizando os laudos de especialistas como padrão de
referência. O Quadro 4.1 resume as conclusões obtidas pelo autor.
Quadro 4.1. Estudos comparados por (SALERNO et al. 2003)
Artigo Resultados Goodacre et al (2001) - Inglaterra Pacientes do setor de emergência
Especialistas - sem computador = 36,4% de concordância* 22,4% de erros com computador = 41,6% de concordância 18,4% de erros Software = 4,0% de erros * com padrões de referência
Massem et al (2000) - Canadá Pacientes internados em tratamento trombolítico
Cardiologistas - κ = 0,78 para elevação do segmento ST κ = 0,89 para infarto agudo transmural Computador - 61,5% de sensibilidade, 100% de especificidade κ = 0,68 em relação ao padrão de referência
Sekiguchi et al (1999) - Japão Detecção de ECG anormais
Médicos residentes - 96,3% de sensibilidade 99,1% de especificidade Computador - 87,4% de sensibilidade 83,5% de especificidade
60
Quadro 4.1. Estudos comparados por (SALERNO et al. 2003) (continuação)
Artigo Resultados de Bruyne et al (1997) - Holanda Análise de infarto agudo do miocárdio, hipertrofia ventricular
Pesquisadores - 71,8% a 96,9% de sensibilidade 96,3% a 99,6% de especificidade Computador - 73,8% a 92,9% de sensibilidade 97,5% a 99,8% de especificidade
Brailler et al (1997) - EUA Interpretação de ECGs selecionados
Cardiologistas - com computador: 61% de concordância* 4,5% de interpretação falso-positiva - sem computador: 53% de concordância 7,0% de interpretação falso-positiva *com padrões de referência
Heden et al (1996) - Suécia e EUA ECGs selecionados - Pacientes saudáveis com histórico de infarto e pacientes cateterizados
Computador - 77% de concordância com padrões de referência
Heden et al (1996) - Suécia e EUA Pacientes em emergência
Computador - 57,6% a 83,0% de sensibilidade 99,8% a 99,9% de especificidade
Widman e Tong (1996) Suécia e EUA Disritmias de exames arquivados e da literatura
Computador - 82,1% de concordância com padrões de referência
Wooley et al (1992) - EUA Pacientes em clínica de medicina familiar
Médicos - 67,0% de concordância com padrões de referência 14,3% de erros em evidências clínicas potenciais Computador - 88,0% de concordância Cardiologistas - 91,0% de concordância
Willems et al (1991) - Europa ECGs de infartos e hipertrofia ventricular - População de referência
Cardiologistas - 76,3% de concordância Computador - 69,7% de concordância
Willems et al (1990) - Europa ECGs de infartos e hipertrofia ventricular - População de referência
Cardiologistas - 77,7% de concordância Computador - 76,6% de concordância Concidência entre cardiologistas e computador - κ = 0,61
Thomson et al (1989) Austrália Interpretação de ECGs de um hospital-escola
Computador - Hipertrofia: 94,0% sensibilidade / 84,3% especificidade - Arritmias: 89,0% sensibilidade / 90,5% especificidade - Infarto: 86,5% sensibilidade / 93,9% especificidade - Alterações ST-T: 83,1% sensibilidade / 83,1% especificidade
Observações:
a) A estatística "κ" (kappa) foi criada por Cohen, em 1960, e é um indicador de
confiabilidade que leva em conta a concordância inter-observadores registrada
ao acaso;
61
b) O termo "concordância" se refere à obtenção do mesmo diagnóstico a partir de
fontes diferentes;
c) O termo "erros" significa a obtenção de um diagnóstico diferente do adotado
como padrão de referência, teoricamente correto sob o ponto de vista clínico;
d) Em estatísticas médicas, o termo "sensibilidade" se refere à probabilidade de
um indivíduo doente ter seu teste avaliado como doente. Da mesma forma, o
termo "especificidade" se refere à probabilidade de um indivíduo normal ter seu
teste avaliado com resultado também normal.
Com o objetivo de sintetizar os resultados de Salerno et al. (2003) o Quadro 4.1 foi
cuidadosamente analisado. Todos os valores de especificidade (E), concordância (C) e
sensibilidade (S) foram separados em duas categorias: dados E, C, S associados a um
diagnóstico realizado por um clínico e dados E, C, S associados por computador. Em
seguida, calcularam-se os valores médios para as duas categorias conforme mostrada no
Quadro 4.2.
Quadro 4.2. Resumos dos estudos do Quadro 4.1
Especificidade Concordância Sensibilidade Médico 98,3% 66,90% 88,33% Computador 95,80% 70,86% 79,40%
Cada um dos experimentos analisados em Salerno et al. (2003) utilizou padrões
diferentes, amostras diferentes, softwares diferentes e condições de avaliação diferentes.
Não há como fazer uma média de coisas diferentes sem incorrer em erro científico.
O trabalho de Salerno et al. (2003) destaca que há uma divergência substancial
entre as interpretações de diferentes cardiologistas, o que pode causar resultados adversos
para os pacientes cujos ECGs são incorretamente interpretados. Em treze estudos avaliados
foram encontrados erros graves de interpretação em até 33% dos casos. Uma avaliação
posterior feita por grupos de especialistas determinou que entre 0% e 11% desses erros
deram origem a tratamentos inadequados para os pacientes.
Como a pesquisa não levou em consideração as metodologias utilizadas e sim os
resultados obtidos, a grande variação na precisão das análises realizadas por computador
poderia ser atribuída aos algoritmos utilizados ou até a casos clínicos específicos estudados
por cada experimento. Como exemplo podemos citar o estudo de Heden et al. (1996, apud
SALERNO et al, 2003) com pacientes em emergência hospitalar, onde a precisão do
62
diagnóstico variou entre 57,6% e 83,0% (sensibilidade), um intervalo bastante grande sob
o ponto de vista estatístico.
Os índices de especificidade e sensibilidade situados acima de 80%, obtidos na
maioria das pesquisas, indicam a viabilidade do uso do computador como auxiliar no
diagnóstico de anomalias detectáveis através de ECG. O mesmo pode ser dito sobre os
critérios de concordância, situados ao redor de 60-70%.
Apesar das limitações, as evidências sugerem que os softwares de interpretação de
ECG são importantes como ferramentas auxiliares para os cardiologistas. Em alguns
estudos avaliados por Salerno et al. (2003) o computador detectou anomalias que não
foram percebidas pelos médicos. Em relação aos médicos residentes, um dos estudos
demonstrou que o auxílio do computador para a análise reduziu os erros de interpretação
entre 18% e 22%. Outra vantagem importante é a redução do tempo de diagnóstico em até
28%, apontada em dois dos estudos avaliados. Os autores, entretanto, reiteram a
necessidade de pesquisas mais específicas para avaliar tanto a redução de erros quanto a
redução do tempo de diagnóstico.
4.6. Principais Métodos Utilizados, Estrutura e Linguagem
Segundo Zywietz et al. (1990), a exatidão dos diagnósticos resultantes deve ser
relativizada, já que não existe uma única solução possível para as condições paramétricas
analisadas. Os algoritmos de análise precisam ser constantemente avaliados e
aperfeiçoados, preferencialmente com o acompanhamento dos médicos especialistas, de
forma a ampliar as possibilidades de interpretação de acordo com as inúmeras variáveis
envolvidas no processo.
De uma maneira geral, os softwares avaliados na literatura são compostos por um
ou mais blocos de processamento de sinais: filtragem, pré-processamento por segmentação
ou por avaliação de modelos, compressão, armazenamento e/ou transmissão do arquivo,
descompressão e análise (Figura 4.1). Há diversas propostas de metodologias para cada um
desses blocos. Pela inexistência de parâmetros uniformes de avaliação, é muito difícil a
comparação dos resultados obtidos.
Um dos aspectos a serem considerados no pré-processamento é a possibilidade de
interferência de fatores externos na qualidade do sinal. Por exemplo durante testes de
exercício, a movimentação muscular, o aumento da transpiração e da respiração podem
aumentar o nível de ruído, que devem ser levados em conta (PETRUCCI et al., 1996).
63
Figura 4.1. Diagrama geral dos softwares de interpretação de ECG
De acordo com Petrucci et al. (1996), a remoção de ruídos dos sinais ECG através
de filtros pode ser feita por algoritmos digitais ou pelo cálculo do modelo "QRS médio",
obtido pela avaliação de diversos segmentos QRS consecutivos, desconsiderando-se os
exemplares aberrantes.
Também durante o pré-processamento, muitos programas executam a segmentação
do sinal para detecção das ondas PQRST. Alguns, como o Glasgow (MACFARLANE et
al, 1990), baseiam-se na detecção do segmento QRS, e a partir dele as demais informações
são comparadas e extraídas. No método proposto por Caroubalos et al. (1988), a onda R foi
utilizada como referência por ser a mais larga e a de maior pico positivo.
O programa Glasgow (MACFARLANE et al., 1990) foi inicialmente desenvolvido
em FORTRAN5, em um equipamento PDP11/60, posteriormente substituído por um
Microvax, com sistema operacional ULTRIX-32. O primeiro módulo é encarregado da
preparação dos dados, através da descompressão dos sinais e aplicação de um filtro que
remove o ruído e os sinais considerados insatisfatórios. A seguir é feita a detecção dos
segmentos QRS e das ondas T e o estabelecimento de classes de sinais por comparações
consecutivas. É calculado o modelo médio que servirá de modelo para avaliação dos
demais segmentos do ciclo. Em versões mais recentes, as ondas P também são avaliadas. A
seção de diagnóstico está dividida em várias subseções: comentários preliminares,
intervalos, anormalidades atriais, desvios axiais, defeitos de condução, hipertrofia
ventricular, infarto miocárdico, anormalidades ST, alterações ST, anormalidades diversas,
comentários finais e sumário. Para cada subseção um bloco do programa é encarregado da
análise dos sinais. Para algumas anormalidades, informações como idade é sexo são
utilizadas como parâmetros.
5 FORmula TRANslation - Primeira linguagem de programação de alto nível para computadores, criada em 1957 pela IBM.
64
O método proposto por Caroubalos et al. (1988) foi desenvolvido em FORTRAN
77 e é composto de três partes: pré-processamento, análise do sinal e identificação das
ondas ECG. No pré-processamento, são detectadas as cúspides das ondas para posterior
redução. A seguir é feita a análise do sinal, identificando as ondas e medindo sua duração,
amplitude e posição relativa ao complexo. A onda R é usada como referência e as demais
são determinadas em relação a ela.
Lehtinen et al. (1996) relataram um programa para avaliação das alterações do
segmento ST e sua correlação com os batimentos cardíacos. O código foi escrito em
Borland C++ e utilizado em plataforma Windows 3.1. Os sinais de entrada eram fornecidos
em formato ASCII6, podendo analisar de 1 a 20 derivações do ECG. Após o cálculo, os
resultados poderiam ser fornecidos também em formato ASCII ou como gráficos.
Garcia et al. (2002) apresentaram a proposta de um servidor remoto, conforme
Figura 4.1, para transmissão de sinais ECG através da internet, de uma central remota para
um centro médico, incluindo diversas opções à escolha do usuário. Nesse projeto, o
computador instalado no cliente utiliza apenas um software para internet (browser),
enquanto a interpretação é feita no servidor. Assim, na central, é necessária a instalação de
um servidor de internet (web server), a ferramenta MATLAB web server e o interpretador
MATLAB. A interface do cliente é bastante amigável e serve para selecionar entre as
diversas opções disponíveis. A compressão dos sinais é feita através de utilitários de
compactação clássicos, como o Winzip ou o GZip. Uma série de menus permite que o
usuário escolha entre diversas técnicas de processamento, que incluem:
• Processamento básico (ECG em repouso): detecção dos complexos QRS,
determinação de picos, classificação de morfologia, etc.
• Análise do QT e de outros intervalos: detecção dos diferentes pontos de
referência que compõem o sinal. Podem ser estimadas as amplitudes das ondas
P, Q, R, S e T e os intervalos de interesse como a duração QT ou QRS.
• LP (low potentials): permite a detecção de sinais de baixíssima amplitude,
identificando pacientes propensos a desenvolver taquicardia ventricular após
infartos do miocárdio.
• Monitoramento de Isquemia: baseado nas séries de tempo KLT (Karhunen-
Loève transform), que capturam informações contidas no sinal e concentram em
alguns coeficientes. 6 American Standard Code for International InterExchange - Padrão de codificação numérica para caracteres
65
• Detector de modificações isquêmicas: baseado nas modificações globais
ocorridas no período de repolarização, permitindo a detecção tanto de desvios
no segmento ST quanto no complexo ST-T inteiro.
Após a seleção desses e de outros parâmetros, o sistema envia o sinal para o
servidor e recebe uma mensagem de confirmação de recebimento.
Figura 4.2. Modelo de servidor. Adaptado de GARCIA et al (2002)
4.7 Recursos Necessários para Implementação
Os recursos utilizados pelos softwares de interpretação de ECG são adaptados de
acordo com a evolução da tecnologia disponível e sua viabilidade econômica. Por
exemplo: as primeiras versões do programa Glasgow foram desenvolvidas para gravação
dos sinais em fita cassete. Nas versões mais recentes foi agregado um módulo de
transmissão dos sinais através de redes de banda larga (MACFARLANE et al., 1990).
De acordo com Zywietz et al. (1990), todos os monitores de ECG fabricados na
atualidade possuem saídas digitais, além das analógicas. Além disso, uma boa parte deles
já conta com softwares conversores que permitem a ligação direta a computadores, através
de saídas seriais ou USB7, ou então diretamente à linha telefônica, permitindo a
transmissão através de modems.
7 Universal Serial Bus - Porta padrão de conexão ao computador
66
Além disso, já existem no mercado alguns softwares de tratamento e interpretação
de sinais ECG, prontos para serem instalados e de fácil utilização. É o caso, por exemplo,
do Cardiax, desenvolvido pela Medusoft Pty Ltd., da Austrália (CARDIAX, s.d.). O
Cardiax é composto por uma placa de expansão, a ser instalada num computador
compatível com IBM-PC; e um software de tratamento, armazenamento e interpretação
dos sinais (Figura 4.3). A interface possui opção para diversos idiomas (inclusive
português) e permite a gravação de amostras de 8, 16 e 32 segundos. Os dados são
apresentados na tela durante o monitoramento e podem posteriormente ser impressos com
diversas opções de relatórios. Pode ser utilizado tanto para ECG em repouso quanto para
teste de esforço. O módulo de interpretação, entretanto, só avalia a mediana do complexo
QRS, oferecendo sugestões de diagnósticos possíveis.
A configuração mínima recomendada para a instalação do Cardiax é (CARDIAX, s.
d.):
• Pentium 600 Mhz ou compatível
• 64 Mbytes RAM
• 2 Gbytes em HD para instalação
• Monitor VGA
• Impressora jato de tinta ou laser com resolução 300 dpi
• Windows 98, Me, 2000 ou XP
O software não pode ser utilizado em ECG analógico.
Figura 4.3 - Exemplos de monitoramento e relatório do Cardiax (CARDIAX, s. d.)
Outro pacote disponível para comercialização é o Welch Allyn CardioPerfect
(Figura 4.4), composto por um gravador, cabos para conexão ao computador (padrão
67
RS232 ou USB) e um software de tratamento, gravação e interpretação dos sinais ECG.
Esse equipamento foi desenvolvido para análise de ECG para paciente em repouso. O
software possui filtros para eliminação de ruídos de CA e musculares, analisa os intervalos
QT, permite a visualização de complexos separadamente, realiza medições entre ondas
determinadas pelo usuário, compara ECGs e armazena todos os dados do paciente. A
interpretação é feita através do módulo MEANS, desenvolvido pela Universidade de
Roterdan (Holanda), mas o algoritmo utilizado não é informado pelo fabricante. Também
estão disponíveis diversos tipos de relatórios (12 derivações médias, maior complexo
médio, ritmos etc). O manual do usuário, entretanto, alerta que o diagnóstico feito pelo
software deve ser acompanhado pelo especialista pois não substitui avaliações subjetivas
que possam estar envolvidas na interpretação geral do paciente (WELCH ALLYN, 2005).
Figura 4.4. Exemplo de tela do Welch Allyn CardioPerfect (WELCH ALLYN, 2005)
Assim como o Cardiax, o Welch Allyn CardioPerfect somente pode ser utilizado
em equipamentos de ECG analógicos se estes possuírem um conversor analógico/digital de
sinais.
A configuração recomendada pelo fabricante do Welch Allyn CardioPerfect é
(WELCH ALLYN, 2005):
• Pentium III ou compatível
• Memória RAM de 256 Mbytes
• Monitor com resolução de 1024x768 pixels
• CD-Rom
68
• Windows 95, 98, Me, 2000, XP, NT 4
• Impressora jato de tinta ou laser (estas com 2Mbytes de memória)
4.8. Avaliação de Softwares de Interpretação de ECG
O estudo realizado por Zywietz et al. (1990) destacou os resultados obtidos pelo
projeto europeu Padrões Comuns para Eletrocardiografia Quantitativa (“Common
Standards for Quantitative Electrocardiography” - CSE) que avaliou dez programas de
análise de ECG e nove de análise de vectorcardiografia (VCG), ressaltando que esses
resultados apresentaram referências e padrões a serem utilizados para o desenvolvimento
de programas futuros, bem como para a avaliação independente desses sistemas.
Os autores também relatam a importância do uso de dados clínicos reais para a
avaliação da performance dos softwares de análise de sinais biológicos, preferencialmente
no lugar dos dados artificialmente gerados ou, na impossibilidade dessa substituição, ao
menos em paralelo. Esses dados clínicos devem representar o maior número possível de
situações reais, utilizando um conjunto de referência baseada na experiência de
interpretação humana, ao contrário dos dados atualmente utilizados, que são definidos pela
lógica matemática.
Zywietz et al. (1990) sugerem que esses testes sejam efetuados em diversas etapas,
durante o desenvolvimento do software, o que facilita a avaliação de cada algoritmo
utilizado. Ao término deste processo, uma nova bateria de testes com dados reais garante
que a performance final do sistema seja a melhor possível.
Para os autores, os testes dos sistemas de análise de sinais biológicos possuem duas
características:
a) A obrigatoriedade do uso de diferentes conjuntos de dados para teste durante o
desenvolvimento e após este. O primeiro conjunto é denominado de "conjunto
de aprendizagem", enquanto o segundo é denominado "conjunto de teste".
Somente quando os resultados de ambos forem confirmados é que se pode
assegurar com alguma certeza que o software é confiável.
b) As medidas exatas de diferenças obtidas na comparação dos dois conjuntos de
dados nunca são consideradas, e isso tem que ser levado em conta na escolha e
composição dos dados a serem utilizados.
69
Segundo Zywietz et al. (1990), um único registro de ECG contendo dez ciclos pode
gerar até 1023 vetores diferentes, se todas as possibilidades forem avaliadas. Esse número,
multiplicado pelo número de casos a serem testados justifica o tempo e o esforço
necessários para o desenvolvimento de programas de interpretação de ECG em diversos
centros de pesquisa. A intenção do CSE, destacado pelos autores, é oferecer uma
padronização e um programa de aprimoramento para o desenvolvimento de softwares. A
utilização de um conjunto de registros iguais nos testes para diversos programas
desenvolvidos permite uma melhor avaliação dos resultados finais, que deverão estar
dentro de limites razoavelmente previstos.
4.9. Conclusão
Para Zywietz et al. (1990), o desenvolvimento de programas de interpretação de
ECG ainda necessita de muita pesquisa e avaliação. Esta última indica que a maioria dos
programas é mais precisa em uns aspectos do que em outros quando comparados entre si,
apresentando diferenças de desempenho em relação à taxa de compactação, manutenção da
qualidade do sinal, resposta a ruídos etc. O estudo feito pelos autores, utilizando bancos de
dados de sinais, demonstrou que os melhores resultados foram obtidos por sistemas que
pré-processam o sinal e executam a análise pulso a pulso.
O estudo de Salerno et al. (2003) demonstra as dificuldades para se obter um
produto ideal, levando em conta a própria divergência existente entre os cardiologistas para
análise de ECGs, causa principal da grande diferença de resultados encontrados na
comparação feita pelos autores dos diversos trabalhos avaliados. A principal conclusão
desse estudo aponta para a indeterminação no volume de dados a ser utilizado nesses
testes, até se obter um diagnóstico preciso, já que há uma grande variação entre o número
de amostras utilizadas em cada um, tornando difícil a comparação dos resultados.
Apesar das limitações, o estudo de Salerno et al. (2003) concluiu que o uso de
softwares de análise de ECG reduziu em 18% a 22% a possibilidade de erros graves de
diagnóstico feito por médicos residentes. Para médicos experientes, a redução em
diagnósticos falso-positivos foi de 4,5% a 7%. Além disso, obteve-se a redução de 28% no
tempo de interpretação para os especialistas, demonstrando a utilidade desses softwares
como ferramentas auxiliares de avaliação dos pacientes, em particular para a situação de
emergência cardiológica, que caracteriza o trabalho dos setores de Pronto Socorro e UTI.
70
A constante atualização e aperfeiçoamento das ferramentas de software é
conseqüência da própria característica do problema. O trabalho de Salerno et al. (2003)
demonstrou que a habilidade de interpretação e diagnóstico é uma qualidade adquirida, que
requer experiência e educação contínuas.
Neste capítulo foram relatados dois exemplos de programas comerciais (Cardiax e
CardioPerfect) disponíveis no mercado. Estes programas, entretanto, não dispõem de
recursos para tratamento de ECG analógico, exceto se os sinais forem convertidos para o
formato digital durante a execução do exame. Não foram encontrados programas que
façam interpretação.
Conseqüentemente, o próximo capítulo apresenta uma proposta de um software
dedicado a análise automática de um ECG analógico.
5
PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA A ANÁLISE AUTOMÁTICA
DE ECGS
5.1. Objetivos
O objetivo deste trabalho é digitalizar eletrocardiogramas impressos e a
metodologia aplicada nos ECGs serve para digitalizar eletroencefalogramas impressos a
partir de aparelhos analógicos, bem como gerar arquivos de dados a partir de arquivos
contendo imagens digitalizadas de registros ECG. Este processo visa aprimorar o
armazenamento de informações no Hospital de Clínicas (HCU) da Universidade Federal de
Uberlândia (UFU), ao mesmo tempo que possibilita a representação digital destes registros
para processamento através de técnicas modernas da teoria do sinal. Com estes objetivos
em mente, desenvolveu-se uma proposta de um software denominado “Eletrocheckup”,
que é descrito neste capítulo.
Em particular, detalham-se a metodologia utilizada na conversão para o formato
eletrônico, as características do software, os formatos de arquivos utilizados, o processo de
armazenamento e as formas de recuperação dos registros digitalizados.
5.2. O Processo de Digitalização
A informação digital é um complemento da informação impressa,
conseqüentemente uma não exclui a outra. A versão eletrônica abre a possibilidade de
gerenciamento da informação de muitas formas, desde sua criação até seu acesso,
incluindo técnicas de armazenamento e recuperação que podem ser adaptadas às
necessidades do usuário.
Esse armazenamento deve levar em conta a possibilidade de acesso a longo prazo
da informação eletrônica recém-criada, tenha ela origem digital ou não. Digitalizando um
eletrocardiograma, por exemplo, e armazenando seus dados no formato eletrônico, inicia-
se um ciclo de vida com características próprias e que depende de softwares e hardwares
adequados para sua recuperação e reprodução. Todavia, deve-se focar a confiabilidade da
tecnologia utilizada para nos processos de digitalização e armazenamento, para que o
documento original tenha seu conteúdo preservado e passível de recuperação no futuro.
72
Quando imagens são digitalizadas através de um scanner (vide Figura 5.1), estas
são gravadas em arquivos com formatos próprios, por exemplo, os formatos *.bmp, *.jpg,
*.gif, *.pgm, etc. Estes arquivos armazenam a matriz de dados que descreve a imagem em
questão.
Os arquivos de imagens de entrada para o software Eletrocheckup são BMP, do tipo
256 níveis de cinza. Se os arquivos forem escaneados em um formato que não seja BMP,
estes podem ser convertidos através de softwares como o Jasc Paint Shop Pro ou
Photoshop, que também podem ser utilizados para o redimensionamento das imagens
(resolução espacial) e a quantização de cores ou níveis de cinza (resolução de cores).
Figura 5.1. Processo de Digitalização
5.3 A Estrutura da Programação
Após a leitura do documento através do scanner, esse arquivo é processado por um
software desenvolvido nas linguagens C e C++, (compilador da Borland). Parte da
interface e das bibliotecas utilizadas pelo software foram desenvolvidas tanto para
utilização sob o sistema operacional Windows quanto para o Linux.
A linguagem C foi desenvolvida e implementada primeiramente por Dennis Ritchie
em uma máquina que utilizava Sistema Operacional UNIX (SCHILDT, 2004). C é o
resultado de um processo de desenvolvimento que começou com uma linguagem mais
antiga, denominada BCPL, que ainda está em uso na Europa. A BCPL foi implementada
por Martin Richards, influenciando uma linguagem denominada “B”, que levou ao
desenvolvimento da linguagem C, fato esse ocorrido durante a década de 70.
Por muitos anos, o formato de linguagem-padrão para C foi a versão fornecida
junto ao sistema operacional UNIX (versão 5). Com a popularidade dos
microcomputadores, um grande número de implementações em C foi criado. Porém, os
73
códigos em C eram compatíveis, podendo ser compilados com sucesso, usando qualquer
outro Sistema Operacional.
O C é freqüentemente chamado de linguagem “de médio nível” para computadores,
porque combina elementos de linguagens de alto nível com a funcionalidade da linguagem
assembler. O Quadro 5.1 mostra como C se enquadra no espectro das linguagens de
computador.
Quadro 5.1. A posição de C no mundo das linguagens (SCHILDT, 2004)
Níveis Linguagens
Ada
Modula-2
Pascal
COBOL
FORTRAN
Nível mais alto
BASIC
C++
C
Nível Médio
FORTH
Macro-assembly Nível mais baixo
Assembly
O C não é, tecnicamente, uma linguagem estruturada em blocos, visto que estas
últimas permitem a declaração de procedimentos e funções dentro de procedimentos e
funções.
O principal componente estrutural de C é a função – a sub-rotina isolada de C. Em
C, funções são os blocos de construção em que toda a atividade do programa ocorre. Elas
permitem a definição e codificação de um programa modular. O fato de se poder criar
funções isoladas é extremamente importante em projetos de grande porte, nos quais um
código de um programador não deve afetar acidentalmente aquele de outro.
A escolha da linguagem C foi baseada nas seguintes características:
• Portabilidade – permite que um programa seja facilmente migrado entre
máquinas e sistemas operacionais, desde que o sistema de destino tenha um
compilador C.
74
• Velocidade – C é uma linguagem compilada, fornecendo códigos executáveis
de alta velocidade, sendo superior neste aspecto a todas as linguagens de alto
nível.
• Programação estruturada - divisão hierárquica dos programas em módulos e
sub-módulos.
• Riqueza de Recursos – a linguagem permite a execução de diversas instruções,
desde manipulação de arquivos até acesso ao sistema.
• Facilidade no desenvolvimento de interfaces gráficas.
5.4. Digitalização do ECG Analógico Através do Software Eletrocheckup
A Figura 5.2 resume as principais etapas efetuadas pelo Eletrocheckup para a
digitalização de ECGs, que são discutidas detalhadamente logo a seguir. Antes das etapas
citadas abaixo os exames passam primeiro pelo operador, que tem que escanear o ECG e
salvar na pasta do paciente. Esta pasta é gerada automaticamente pelo software, após
cadastrar o mesmo.
Figura 5.2. Digitalização e Interpretação
1) Conversão manual de formato - a imagem é processada por um scanner óptico
e convertida para o formato "bmp" (bitmap), com profundidade de 256 cores.
75
Apesar da perda inevitável de resolução gráfica, as linhas pretas
características do traçado ECG são preservadas. Em geral, quanto maior a
quantidade de cores da imagem, mais complexo será seu processamento.
2) Leitura - a imagem em bmp é processada, transformada em bits e armazenada
na memória de alocação dinâmica, gerando uma imagem com 2000 x 1600
bits (pixels), aproximadamente. A alocação estática de memória não permite
atingir essa dimensão.
3) Redução de cores - a imagem colorida, em formato RGB, é convertida para
escala de cinza, reduzindo a quantidade de matrizes de cor. Inicialmente, são
necessárias três matrizes (dados correspondentes às tonalidades vermelho,
verde e azul), e posteriormente, apenas uma (dado correspondente à
tonalidade preta). Novamente, neste processo, há perda de informação, sendo
que os traçados em preto são preservados.
4) Estabelecimento de eixos - algumas vezes pode ocorrer distorção no
enquadramento da imagem, mesmo quando o escaneamento é feito de
maneira cuidadosa. Por esse motivo, é necessário efetuar pequenas correções
na rotação, para eliminar inclinações que possam posteriormente interferir na
determinação do eixo central da imagem. Uma dificuldade desse processo
consiste na localização das bordas externas da grade, que servem como
referência, e que muitas vezes apresentam qualidade ruim, podendo deteriorar
ainda mais durante o processo de digitalização e redução de cores.
5) Separação das derivações - após o enquadramento e a detecção das bordas,
espera-se que os gráficos de interesse se iniciem no centro axial, dentro desses
limites. Após a localização do início dos gráficos (ou ondas), associados às
diversas derivações do ECG, com base na grade, inicia-se o processo de
separação dos diversos segmentos do registro ECG. Este processo fornece 6
subimagens para cada registro ECG, onde cada subimagem está associada a
uma derivação. O gráfico da primeira derivação inicia-se aproximadamente
90 pixels após a primeira linha e tem largura pré-determinada de 296 pixels,
facilitando a divisão dos gráficos das derivações posteriores, que apresentam
a mesma dimensão. Nesta etapa, o arquivo encontra-se em formato de matriz,
ou seja, de números.
6) Localização do vetor amplitude - a imagem do ECG já segmentada permite
que se determine o ponto inicial de um sistema de referência coordenado.
76
Fazendo-se uma varredura na horizontal e encontrando-se o próximo ponto,
convenciona-se atribuir a todos os pontos acima dessa linha valores positivos,
correspondentes à sua distância em pixels. O mesmo ocorre com o sinal
inverso, para os pontos que estiverem abaixo dessa linha. Caso haja uma falha
no gráfico, o último ponto é considerado exatamente no local desta falha,
buscando-se evitar perda ou mistura de informação.
7) Determinação da amplitude máxima e mínima - após a criação do vetor
amplitude, não há qualquer dificuldade na determinação dos valores máximos
e mínimos nele contidos.
5.5. Exemplo de Digitalização de Imagens Impressas
5.5.1. Etapa da digitalização 1: Conversão manual
Primeiramente o operador escanea o arquivo pelo aparelho scanner e salva a figura
com extensão bmp com 256 cores, na pasta do paciente, gerada pelo software após o
cadastramento deste.
O programa EletroCheckUp utiliza, como dados de entrada, arquivos impressos
contendo registros ECG, sob formato padrão A4 ou tiras (3 cm x 75 cm). Tais registros
foram obtidos junto ao setor de Nosologia do Hospital de Clínicas de Uberlândia (HCU).
Após a digitalização e conversão para arquivo padrão bmp de 256 cores, a imagem
produzida é mostrada na Figura 5.3.
Figura 5.3. Imagem de um ECG no formato BMP 256 cores e resolução de 1592x1990 pixels, após o
escaneamento
77
5.5.2. Etapas da digitalização 2 e 3: Leitura e redução de cores
Em seguida, para o processamento das imagens ECG digitalizadas, deve-se
eliminar as informações irrelevantes. Foi criado um filtro com essa finalidade, que produz
uma imagem em preto e branco a partir da original, facilitando sua utilização nas etapas
seguintes.
Após a eliminação das imagens de fundo, o resultado ainda apresenta "impurezas"
em tons de cinza. Como o registro dos gráficos é sempre mais escuro, devido ao fato de
empregar cor preta ou próxima dela, é necessária uma nova filtragem para eliminação
desses pontos ambíguos. Neste intuito, foi utilizada a filtragem por limiar ou filtro por
binarização. Considerando-se que o preto é representado pelo valor 0 e o branco pelo valor
255, os pontos com valores intermediários são forçados a assumir um desses dois valores.
Ou seja, os pontos com valores até 100 são tratados como pontos pretos (valor = 0). Os
pontos com valores acima de 100 são tratados como pontos brancos (valor = 255).
O código-fonte do filtro foi feito da seguinte forma:
// filtro for(i=0; i<Header.Tamanho_Dados; i++) if(imagem[i] > 100) imagem[i] = 255; else imagem[i]= 0;
Onde a variável imagem[n] contém a matriz de dados correspondente ao ECG. A imagem
final é formada por pontos com somente duas cores, de tal forma que os diversos gráficos
(ou ondas), associados às derivações dos ECGs, tenham valor zero, correspondente à cor
preta; e o plano de fundo tem o valor 255, correspondendo à cor branca.
A Figura 5.4 mostra o resultado da filtragem da Figura 5.3, após a aplicação dos
procedimentos descritos na presente seção.
78
5.5.3. Etapas da digitalização 4 e 5: Estabelecimento de eixos e separação dos gráficos das
derivações
Após a aplicação do filtro, procede-se ao recorte da imagem, considerando-se
apenas a área retangular ocupada pela impressão gráfica do ECG. Para completar este
procedimento, são empregadas bibliotecas desenvolvidas em linguagem C, que se
encontram em anexo, ao final da dissertação. Esse recorte pode ser visto na Figura 5.5.
Figura 5.4. Imagem do ECG da Figura 5.3, após a aplicação de filtragem
Figura 5.5: ECG recortado, desconsiderando a parte de fora do retângulo da Figura 5.4
79
A próxima etapa consiste na separação dos gráficos registrados para cada derivação
do ECG. Essa separação é facilitada porque a altura de cada faixa é sempre a mesma e
igual a 296 pixels (Figura 5.6).
Figura 5.6. Gráfico da derivação II associada ao ECG da Figura 5.5.
Após o gráfico ser corretamente alinhado e separado, traçam-se eixos virtuais que
representam as coordenadas X e Y (Figura 5.7). O eixo X corresponde à linha de base do
ECG, ou seja, o tempo; e o eixo Y, corresponde às amplitudes da atividade elétrica
cardíaca, ou seja, tensão.
Figura 5.7. Gráfico da derivação II, representada em relação ao eixo x y
5.5.4. Etapa da digitalização 4: Geração do vetor amplitude
Traçados os eixos, a amplitude associada à tensão elétrica é determinada como a
distância do ponto (x,y) ao eixo X, expressa em pixels, assumindo valores positivos
quando o ponto estiver acima do eixo de referência e negativos quando estiver abaixo
deste. Apesar de aparentemente simples, deve-se considerar a existência de pontos
externos ao gráfico durante esse processo, que devem ser eliminados. Para se fazer isto,
foram utilizadas bibliotecas em linguagem C, que se encontram anexadas ao final do
capítulo.
A seguir, ilustram-se os resultados da digitalização de um registro ECG, através da
derivação aVL associada ao ECG da Figura 5.5. A Figura 5.8 mostra o gráfico antes de ser
processado pelos procedimentos discutidos anteriormente. Na Figura 5.9, mostra-se o vetor
80
amplitude já calculado, expresso em pixels. A Figura 5.10 mostra o gráfico da derivação
aVL plotado a partir do vetor amplitude,, e a Figura 5.11 mostra o mesmo gráfico após a
modificação da escala para o retorno à dimensão real da onda. O gráfico reconstruído
(Figura 5.11) é bastante semelhante à imagem original (Figura 5.8).
Deve-se observar que, para transformar a unidade “pixels” em unidades físicas
concretas, segue-se a seguinte regra: cada amplitude de 10 pixels equivale a 0,1 mV.
Figura 5.8. Gráfico associado à derivação aVL original, associado à Figura 5.5.
0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -3 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 7 10 17 22 36 41 49 51 51 51 50 44 32 24 18 13 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 2 2 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3 3 3 3 2 2 1 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 -1 -1 -1 -1 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 1 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 4 6 8 17 22 34 45 50 55 55 55 54 48 40 29 20 14 9 4 3 1 0 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 0 0 0 0 0 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -2 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -4 -5 -5 -5 -5 -4 -3 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -3 -3 -2 -2 -3 -4 -4 -4 -4 -3 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -4 -4 -4 -4 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -5 -5 -5 -2 -1 0 0 0 0 0 0 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -3 -3 -2 -2 -1 -1 -1 0 0 0 0 -3 -4 -5 -5 -5 -5 -4 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -2 -2 0 1 1 3 4 8 11 19 32 38 42 43 43 43 43 33 24 13 9 3 -2 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -5 -4 -4 -4 -4 -7 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -5 -5 -5 -5 -6 -6 -6 -7 -7 -7 -7 -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -5 -6 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -6 -6 -6 -6 -6 -4 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -4 -4 -6 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -5 -6 -6 -6 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -3 -1 0 1 8 19 28 36 40 40 40 40 40 32 25 20 24 5 1 -1 -1 -1 -2 -3 -5 -6 -6 -6 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -6 -6 -6 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -4 -4 -3 -3 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -2 -1 0 0 0 0 0 0 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 0 0 0 1 3 9 14 23 31 41 49 53 53 53 53 46 36 25 14 6 3 2 1 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 0 0 0 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 3 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 5 5 5 5 3 3 3 3 3 4 4 5 5 5 5 5 5 4 3 3 3 3 4 4 4 4 5 6 11 15 24 34 42 48 50 50 50 50 49 37 30 19 12 8 5 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 2 1 0 0 0 0 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 0 -1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 3 9 15 19 28 35 39 46 46 46 46 46 41 32 27 19 12 7 2 0 -1 -1 -1 -1 0 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 0 -1 -1 -1 -1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 0 -1 -1
Figura 5.9. Vetor amplitude correspondente à digitalização do gráfico da derivação aVL (Figura 5.8), expresso em pixels.
81
Figura 5.10. Gráfico plotado a partir do vetor amplitude da onda aVL (Figura 5.9)
Figura 5.11. Figura 5.10 modificada para uma visualização coerente com a escala real.
Nem todos os testes realizados apresentaram a mesma fidelidade demonstrada
acima. O processo de digitalização é influenciado pela qualidade da imagem impressa e
pelo seu correto posicionamento. Neste último caso, possíveis desvios de enquadramento
podem ser corrigidos através de rotações pré-calculadas. A qualidade da imagem,
entretanto, não pode ser melhorada através de software, influenciando a precisão dos dados
digitalizados.
5.6. Exemplo de Obtenção de Vetores de Dados a partir de Arquivos contendo
Imagens Digitalizadas de Registros ECG
Supõe-se que a imagem do ECG a ser processada encontra-se originalmente no
formato "pdf", que é gerada automaticamente pelo aparelho (isto é realizado por qualquer
aparelho digital), e que possa ser manipulada através do programa Acrobat Reader. Para o
exemplo mostrado a seguir (Figura 5.12), utilizaram-se arquivos de ECGs fornecidos pelo
banco de dados eletrônico do Instituto de Telemedicina do Brasil (ITMS-Brasil), associado
ao Hospital Santa Genoveva, em Uberlândia.
O retângulo contendo o gráfico desejado é selecionado, copiado para a área de
transferência, e a seguir, colado em um editor de imagens (preferencialmente o
PhotoShop). Em seguida, a imagem é filtrada, sendo formatada em escala de cinza.
Diferentemente da digitalização de um ECG analógico, a imagem do ECG sob
formato .pdf permite um melhor aproveitamento do processamento. Por esse motivo,
82
procede-se à separação manual das ondas, obtendo-se uma imagem final com 600 x 400
pixels e resolução de 96 x 96.
Figura 5.12. Imagem de registro ECG digitalizada, no formato .pdf.
Apesar da dificuldade causada durante o processo de recorte, a imagem do ECG
sob formato .pdf utiliza uma grade de tom cinza mais claro do que o traçado do gráfico, o
que facilita a detecção. A remoção da grade é opcional, já que o Eletrocheckup procura
apenas os pontos de cor preta, ignorando aqueles de tonalidade cinza. Podem ocorrer
complicações nos pontos onde o gráfico intercepta a grade, levando à perda da informação
por sobreposição.
Em seguida, a imagem é manualmente convertida para o formato "bmp" 8 bits, o
que corresponde a 256 tons de cinza. Conforme já discutido, há perda na qualidade; porém
o traçado do gráfico não se altera, devido ao fato de ser mais espesso do que a grade, e de
apresentar a cor preta. Através da leitura da imagem resultante, os pontos são convertidos
num vetor e armazenados dinamicamente em memória. Nessa fase do processo, os gráficos
estão quase livres das informações inexpressivas, o fundo praticamente desaparece a as
grades pouco interferem (Figura 5.13).
83
Figura 5.13. Imagem do gráfico de uma derivação ECG no fomato BMP 8 bits (256 níveis de cinza), dimensão 600 x 400 e resolução de 96 x 96.
Para o cálculo do vetor amplitude, traçam-se os eixos X e Y que servirão de
referência para a atribuição dos demais valores. Considerando-se que o canto inferior
esquerdo da imagem é o ponto de coordenada (0,0), transfere-se essa coordenada para o
ponto situado 200 pixels acima deste, ou seja, para a metade da altura da imagem. Este
passa a ser a origem dos dois eixos.
A determinação do início do gráfico é feita iniciando-se a leitura da imagem acima
e abaixo desse ponto, da esquerda para a direita. Espera-se que o ponto inicial seja
encontrado próximo ao eixo X. Encontrado esse ponto, este passa a ser a origem dos eixos
X e Y. Para a detecção dos demais pontos do gráfico, caminha-se na horizontal à procura
do próximo ponto. Encontrado acima do eixo X, sua distância até este é representada por
um valor positivo. Se o ponto estiver abaixo do eixo X, o valor é negativo (Figura 5.14).
Figura 5.14. Determinação do ponto inicial do gráfico
Continua-se a busca por pontos, de forma linear seguindo o eixo horizontal, até o
final da imagem (composta por 600x400 pontos), atribuindo-lhes valores de acordo com
84
sua localização. A seqüência destes valores compõe o vetor amplitude, que contém os
valores de tensão elétrica do ECG. A partir desse vetor, é possível determinar diversas
grandezas, como a amplitude máxima, a amplitude mínima, a área abaixo da curva definida
pelo pico de uma onda, a área do segmento ST etc.
5.7. Cálculo do Supradesnivelamento de ST - T
Por definição, o segmento ST é o período de inatividade elétrica depois da
despolarização do miocárdio até o início da onda T. Em situações de infarto agudo do
miocárdio, o segmento esta supradesnivelado em relação a linha da base. Neste estudo
indicador toma-se como, para o cálculo da área, o fim da onda S até o momento em que a
linha descendente ultrapassa ou encontra a linha da base, conforme mostrado na Figura
5.15.
Figura 5.15 – Ondas e segmentos. (A) Complexos normais do ECG,
(B) Segmentos PR, QRS, QT e área ST em azul
5.7.1. Primeiro Método (Contagem dos Pontos)
Para a localização da onda S, toma-se como referência o pico da onda R, valor de
maior amplitude do vetor. Avança-se até localizar a próxima inversão de sinal dos valores,
ou seja, até que o valor deixe de ser decrescente. Esse valor indica o pico da onda S e é o
ponto inicial para o cálculo da área.
Continuando a pesquisa, o final da região ST é reconhecido quando o eixo X é
cortado (valor = 0, inatividade elétrica), ou seja, quando a amplitude do ECG cruza
novamente a linha de base. Para cálculo da área, todos os pontos situados nesse intervalo
são contados.
85
5.7.2. Segundo Método (Interpolação)
A localização do início da onda S e final da região ST é feita da mesma maneira do
método anterior, todavia, neste método, os pontos do intervalo não são contados.
São escolhidos pontos regularmente espaçados no gráfico. Para cada um destes,
define-se um retângulo delimitado pelo próprio ponto, pelo ponto anterior e pelo eixo X.
Somando-se todas as áreas desses retângulos, estima-se a área total sob o segmento ST.
Quanto menor for o intervalo entre os pontos escolhidos, maior será a precisão do
método, todavia maior será o tempo para cálculo.
5.8. Digitalização de outros registros analógicos
O princípio da digitalização do eletroencefalograma (EEG) analógico é semelhante
ao do ECG analógico. O software Eletrocheckup também mostrou eficiência na sua
conversão em vetor amplitude, que poderá ser posteriormente utilizado em estudos
neurológicos.
Na Figura 5.16, temos o exemplo do traçado de um EEG, fornecido pelo setor de
eletroencefalografia do HCU/UFU. Analogamente ao que já foi discutido para o ECG,
podem ser extraídos fragmentos do traçado do EEG para análise. Visto que o objetivo não
é processar toda a onda, foram feitos testes utilizando-se apenas fragmentos do EEG, para
comprovar a eficiência do método apresentado. Vide Figura 5.17.
Figura 5.16. Eletroencefalograma oriundo de aparelho analógico
86
Figura 5.17. Fragmento de Eletroencefalograma para análise.
Diante desse pequeno fragmento pode-se gerar o seguinte vetor amplitude abaixo:
4 3 2 0 -2 -2 -2 -2 -1 -1 0 0 0 0 0 -2 -4 -5 -7 -8 -8 -8 -8 -7 -6 -6 -5 -5 -5 -4 -2 -1 1 1 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -5 -5 -3 -2 1 2 2 3 3 2 2 2 2 3 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 3 2 2 2 2 3 6 9 9 9 9 7 5 4 4 4 5 7 9 9 9 8 6 4 3 3 4 5 6 8 9 9 7 3 0 -4 -6 -7 -7 -6 -4 -4 -4 -4 -6 -7 -10 -12 -13 -14 -14 -14 -14 -12 -12 -11 -10 -7 -5 -2 2 2 2 2 0 -4 -6 -6 -6 -6 -4 -2 -1 -1 -2 -5 -8 -11 -12 -12 -12 -12 -10 -9 -9 -10 -11 -13 -13 -13 -12 -10 -8 -7 -6 -6 -7 -10 -11 -12 -12 -10 -6 -3 1 4 4 4 3 2 1 0 0 0 0 1 1 2 2 1 1 1 2 3 4 4 4 2 -1 -4 -8 -8 -8 -8 -4 0 2 2 2 2 1 -1 -2 -2 -2 -1 0 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 2 1 0 -1 -2 -2 -3 -4 -5 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -5 -4 -4 -3 - 0 1 1 1 -1 -2 -2 -2 0 1 3 6 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 0 -1 -2 -3 -3 -3 -3 -2 -1 -1 -1 -3 -5 -6 -9 -9 -9 -8 -7 -5 -4 -2 0 1 1 1 0 0 -2 -2 -3 -3 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -5 -4 -4 -3 -3 -4 -4 -5 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -7 -8 -10 -12 -12 -12 -12 -11 -9 -7 -5 -4 -3 -3 -4 -4 -5 -5 -4 -1 1 3 4 4 4 2 2 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 -1 -2 -2 -3 -3 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -2 -2 -2 -2 -1 -1 0 1 2 4 6 7 8 9 10 10 11 12 13 14 15 18 18 18 17 17 16 15 14 14 13 11 10 8 6 6 6 6 6 6 5 3 1 -1 -2 -2 0 3 5 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 8 6 5 5 5 5 5 18 17 17 16 15 14 14 13 11 10 8 6 6 6 6 6 6 5 3 1 -1 -2 -2 0 3 5 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 8 6 5 5 5 5 5
Figura 5.18. Vetor Amplitude, em pixels, correspondente ao fragmento de EEG da Figura 5.17.
A Figura 5.19 mostra uma representação gráfica do vetor de dados da Figura 5.18.
Comparando-se a Figura 5.19 à Figura 5.17, pode-se constatar que o gráfico é reproduzido
corretamente:
-20
-10
0
10
20
1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 379 393 407 421 435 449 463 477 491 505 519 533 547 561 575 589
Figura 5.19. Gráfico da Figura 5.17 reconstituído a partir do vetor amplitude (Figura 5.18)
5.9. Utilização do Software
O programa EletroCheckup permite o armazenamento de informações dos
pacientes, bem como dos dados digitalizados associados aos exames ECG. Seus principais
recursos estão mostrados na Figura 5.20.
87
Figura 5.20 Recursos do software
Os dados armazenados são de dois tipos:
• Informações textuais: cadastro do paciente, contendo informações como nome,
endereço, anamnese etc. São dados apenas documentais para posterior
acompanhamento do médico.
• Marcação: exames ECG do paciente, já escaneados, que podem ser fornecidos
de três maneiras:
- Tipo A - Exame impresso em formato A4, contendo as derivações I, II,
III, aVR, aVF e aVL, traçadas no sentido horizontal, supondo uma
derivação impressa embaixo da outra, de forma seqüencial (Figura 5.3).
- Tipo B - Exame em arquivo “PDF” contendo uma única derivação em
separado. Retirados do aparelhos digitais.
- Tipo C - Contém as mesmas derivação do Tipo A, porém é formado pela
sobreposição de papéis tipo tira.
Deve-se notar que a informação do tipo de exame é importante, e caso seja feita
incorretamente, pode ocasionar erro, visto que se utiliza de um processamento diferente
para cada situação.
Independentemente da escolha, as imagens devem ser preparadas anteriormente e
obedecer as seguintes especificações:
• Formato "bmp", em 256 cores
• Resolução 300x300 dpi
A configuração mínima, recomendada para a instalação do Eletrochekup, é
apresentada a seguir:
• Processador K6 II 500 Mhz ou compatível
88
• RAM 64 Mbytes
• HD 160 Mbytes, para instalação
• Monitor VGA
• Impressora jato de tinta ou laser com resolução 300 dpi
• Windows 98, Me, 2000 ou XP
5.9.1. Operação do Software
A janela principal do EletroCheckup apresenta cinco seções: (Figura 5.21)
Figura 5.21. Janela Principal
a) Dados do paciente: nesta seção são listados os pacientes cadastrados, com a
opção de inclusão, exclusão e consulta das informações.
I. Janela listagem: mostra o nome de cada paciente cadastrado.
II. Botão "Add Novo": permite a inclusão de novos pacientes.
III. Botão "Delete": exclui o paciente.
IV. Botão "Ver Ficha": mostra na tela os dados textuais do paciente.
V. Botão "Ver Eletros": mostra a lista dos exames ECGs cadastrados para
esse paciente.
b) ECGs cadastrados: nesta seção são listados os exames cadastrados para o
paciente selecionado anteriormente.
I. Janela listagem: mostra o nome dos arquivos onde estão armazenados os
ECGs.
II. Botão "Add ECGs": permite a inclusão de novo exame para o paciente
89
III. Botão "Delete": permite a exclusão de um ECG já cadastrado
IV. Botão "Ver ECG": mostra na tela o exame selecionado na janela listagem
V. Botão "Processar": realiza a separação das ondas e o cálculo do vetor
amplitude para o exame selecionado na janela listagem.
c) Ondas: após o processamento do ECG, a janela mostra os gráficos (ou ondas)
associados às várias derivações do ECG selecionado na seção anterior.
I. Botão "Analisar": efetua os cálculos de área e amplitude para a onda
selecionada.
d) Relatório: após a análise das ondas, o programa oferece a interpretação dos
dados calculados, podendo apresentar dois tipos de resultados
I. paciente dentro das condições normais, ou
II. paciente sob suspeita de infarto, fornecendo-se a área do
supradesnivelamento de ST, juntamente com o diagnóstico.
5.9.2 Janelas adicionais
a) Inclusão de novo paciente (Figura 5.22)
Figura 5.22. Janela Ficha do Paciente
Esta janela é auto-explicativa. O campo "Observações" pode ser utilizado para a
inserção de dados relevantes que auxiliem na posterior interpretação do diagnóstico
fornecido pelo programa.
90
b) Inclusão de ECG (Figura 5.23)
No campo "ECG", deve-se fornecer um nome para o exame, com objetivo de
facilitar sua posterior localização. Pode ser utilizado, por exemplo, a data de realização ou
sua origem. Nesta janela também é informado o tipo do gráfico que será inserido,
conforme foi explicado anteriormente (Tipos A, B ou C)
Figura 5.23 Inserção de Novos ECGs
c) Mensagem de término do processamento do ECG (Figura 5.24)
Figura 5.24. Mensagem de Processamento
Depois de selecionado o ECG que se deseja analisar, a seleção do botão "Processar"
inicia a etapa de separação das ondas e a criação do vetor amplitude. O programa informa
o término desses cálculos através da mensagem mostrada na Figura 5.24.
Após a etapa de processamento do ECG, as ondas disponíveis são mostradas na
janela correspondente. A seleção do botão "Analisar" efetua os cálculos básicos para a
onda selecionada.
91
d) Relatório e Diagnóstico
O cálculo do supradesnivelamento de ST - T pode originar um diagnóstico de
suspeita de infarto ou considerar um paciente como normal. O resultado dessa análise
aparece na janela superior da seção de Relatório, denominada "Diagnóstico". Além disso, o
resultado dos outros cálculos efetuados na onda selecionada são mostrados nos campos
abaixo dessa janela (Figura 5.25).
Figura 5.25. Janela Principal Processada
Para se fazer os cálculos abaixo discutidos, foram desenvolvidas as bibliotecas que
estão em anexo, utilizando a linguagem C. Os valores calculados são:
Área do Segmento ST - T - Depois de localizar a onda S e T, encontra-se a
amplitude máxima entre eles através da função maximo (vide bibliotecas em anexo). Em
92
seguida, a área é calculada através da contagem dos pixels sob a curva situada entre o fim
da onda S e retorno da curva à linha da base.
Amplitude máxima – maior distância de um ponto da curva, situado acima do eixo
de referência, ao próprio eixo de referência
Amplitude mínima – maior distância de um ponto da curva, situado abaixo do eixo
de referência, ao próprio eixo de referência.
Amplitude média – somatória de todas as amplitudes de uma onda, dividida pelo
comprimento da onda.
5.10 Análise Estrutural do Software
5.10.1. Importância de se Usar Uma Metodologia
Para haver sucesso no desenvolvimento de um sistema, torna-se necessária a
utilização de uma metodologia de trabalho. Ela é um caminho que organiza os passos
necessários para se alcançar o objetivo desejado, ou seja, um meio que possibilita o
percurso transcorrido da idéia inicial ao projeto final.
Um método pode ser entendido como um procedimento a ser adotado para se atingir um objetivo. Para tanto, o método se vale de um conjunto de técnicas. Uma técnica pode ser entendida como sendo o modo apropriado de se investigar sistematicamente um determinado universo de interesse ou domínio de um problema. Para se expressar, uma técnica faz uso de uma notação. Uma notação é um conjunto de caracteres, símbolos e sinais formando um sistema convencionado de representação ou designação. (POMPILHO, 2004).
A metodologia define, inclusive, as fases de trabalho previstas no desenvolvimento
de um sistema, além das técnicas a serem utilizadas em cada fase do trabalho.
5.10.2 Metodologia Utilizada
Dentre as metodologias e técnicas existentes para o desenvolvimento de sistemas,
foi escolhida a Análise Essencial, que [...] tem como uma de suas propostas fundamentais usar-se os eventos como base para o particionamento dos sistemas,..., garantindo, desta forma, que o
93
modelo de dados e o de funções possam ser construídos simultaneamente (POMPILHO, 2004).
Na técnica da Análise Essencial - adotada para o desenvolvimento deste projeto -
foram utilizadas as abordagens “funcional” e “dados”,com as seguintes ferramentas de
trabalho:
• Requisitos do Sistema
• Diagrama de estrutura
• Diagrama de fluxo de dados
• Dicionário de dados
• Especificação de processos
5.10.3. Requisitos do Sistema
1) O médico poderá cadastrar pacientes
2) Fazer a digitalização de ECGs, podendo escolher os três tipos citados neste
capítulo
3) Listar pacientes cadastrados
4) Caso o ECG seja analógico, o médico selecionará a onda para fazer análise
5) O médico visualiza os ECGs dos pacientes
6) Após cadastro do paciente e dos ECGs efetuará o processamento
7) Efetua o cálculo da área de ST, amplitude máxima, mínima e média
8) Gera o diagnóstico do paciente
5.10.4. Diagrama de Contexto
94
Diagrama de Fluxo de Dados Nível “0”
.10.5. Diagrama de Fluxo de Dados - Níveis Subseqüentes
rocesso 1 - Adicionar ECG
5
P
95
Processo 2 - Cadastrar Paciente
rocesso 3 - Processar ECG
AS
ENTO MÉDICO
Outro nome Não tem
rocheckup podendo nele:
trar Pacientes
P
5.10.6. Dicionário de Dados
I. ENTIDADE EXTERN
ENTIDADE DEPARTAM
Descrição Pessoa que acessa o software Elet
• Cadas
• Cadastra ECGs
• Processar ECGs
96
• Analisar estado clínico do paciente
ENTIDADE
Descrição Faz todo processo de inclusão de ECGs
lizar seções produtos
os por nome
II. FLUXO DE A
MPOSIÇÃO
Dados ECG = Nome do arquivo % com extensão bmp%
o+
apel A4, Analógico Tira e Digital %
CG n enco do o arquivo
ados o paci
xame+
ões+
CG o eletrocardiograma
ndas scolhi o ECG %Tipo da onda para fazer análise %
o paci
esulta os So Ond po+
ECG ADICIONADO
Outro nome Não tem
• Visua
• Efetuar pedidos
• Cadastrar-se
• Consultar produt
D DOS
NOME DO FLUXO CO
ECG localizado =Nome do arquiv
Data+
Tipo % Analógico p
E ão ntra =Nome d
D d ente =Nome+
Idade+
Peso+
Altura+
Último E
Observaç
Médico+
ECGs
E =Arquivo d
O E das =Onda d
Dados d ente =Nome+
Idade+
Peso+
R d bre as =Ti
97
Área+
ude Máxima+
nima+
nálise se existe infarto no miocárdio,
ea%
III. DEPÓSITO DE DADOS
s Pacientes
Outro nome: Nenhum
Leia dados do ECG
então disponível
contrado
lher tipo ECG
Obter dados do processo Localizar ECG
Amplit
Amplitude Mí
Tempo+
Amplitude Média+
Diagnóstico %A
com o cálculo da ár
Nome do Depósito: Arquivo
Composição: Nome+
Idade+
Peso+
Altura+
Último Exame+
Observações+
Médico+
ECGs
5.10.7. Especificação de Processos
1 - Localizar ECG
Se ECG encontrado
Senão
Emita mensagem ECG Não En
Fim se
2 – Esco
Se ECG = A
ECG tipo Analógico A4
98
Senão se ECG = B
co Tira
im se
ficar paciente
Leia dados do paciente
tão inserir dados do paciente
rir Dados Paciente
Obter dados do paciente no processo verificar paciente
tro do paciente ou não cancela cadastro
Pacientes
Fim Enquanto
das
Leia arquivo de ECG
nalógico A4” ou C “tipo Analógico tira” então
s ondas
r Resultados
Obter dados das ondas escolhidas
ECG tipo Digital
Senão
ECG tipo Analógi
F
3 – Veri
Se cliente não existe en
Senão
Emita mensagem paciente existente
Fim se
4 – Inse
Enquanto não finaliza cadas
Leia dados do paciente digitados
Se paciente não existe
Inclui paciente no Arquivos
Fim Se
5 – Escolher On
Se ECG = A “tipo A
Faça a separação da
Senão
Leia onda ECG analógico
Fim se
6 – Gera
Processar as ondas
Emitir resultados sobre ondas
99
.11. Conclusão
tulo, apresentou-se uma proposta para o processo de escaneamento e
igitalização de imagens impressas, geradas por aparelhos analógicos e/ou digitais. A
de aparelhos
• e imagens digitalizadas de ECG, sob formato
consideradas de nível médio, e que oferecem vantagens significativas sobre outras
. Além da facilidade de armazenamento e manutenção
ST. Não
substitui, entretanto, a avaliação médica, que deve ser feita de acordo com todas as
5
Neste capí
d
digitalização é necessária para que se possa armazenar eficientemente os dados desses
exames, e permite a criação de um módulo de software que ofereça uma sugestão de
diagnóstico a partir de cálculos efetuados sobre os registros ECG e/ou EEG.
Em particular, o Eletrocheckup é capaz de:
• Digitalizar dois tipos básicos de registros ECG oriundos
analógicos (formatos A4 e tira).
• Digitalizar registros EEG oriundos de aparelhos analógicos (formato A4).
Gerar vetores de dados a partir d
pdf.
O programa EletroCheckup foi implementado utilizando-se as linguagens C e C++,
linguagens de programação: podem ser utilizadas conjuntamente com diversos sistemas
operacionais, oferecendo grande facilidade para o trabalho com grandezas numéricas e
cálculo matemático, além de possuírem interfaces gráficas amigáveis para o usuário final.
Deve-se destacar também a alta velocidade dos códigos executáveis, o que permite
processamento em tempo real, bem como o fato dessas linguagens serem consideradas de
domínio público. Por outro lado, a interface gráfica do EletroCheckup foi criada com vistas
à facilidade de utilização e eficiência na recuperação das informações. Em poucos passos é
possível incluir novos pacientes e seus exames, sem perda de dados, com rapidez para
avaliação posterior do especialista.
O Eletrocheckup viabiliza a criação de um cadastro que agregue dados do paciente
e seus exames de ECG digitalizados
dessas informações para consultas futuras, é possível a realização do acompanhamento da
evolução desse paciente através da comparação dos dados obtidos a cada exame.
O software também oferece a possibilidade de análise do provável diagnóstico para
os casos com suspeita de infarto, baseado em cálculos efetuados a partir do
100
possíveis variáveis envolvidas, inclusive na anamnese, que também pode ser armazenada
junto com os demais dados.
Em resumo, o Eletrocheckup se constitui numa plataforma computacional simples,
barata e versátil, adaptada ao contexto das necessidades dos principais hospitais públicos
brasileiros, em particular, ao HCU / UFU. Além disso, a configuração mínima necessária
para s
icionamento manual do registro
ua execução é de baixo custo, tomando por base equipamentos facilmente
encontrados nessas instituições, diferentemente do que ocorre com os softwares
comerciais, que necessitam de plataformas mais robustas e atualizadas para um correto
funcionamento e aproveitamento dos recursos disponíveis.
Todavia, o software apresenta diversas limitações e problemas. O Eletrocheckup
exige que os exames sejam previamente preparados para o armazenamento, em particular
no que concerne possíveis rotações oriundas de um mal pos
gráfico no scanner. Além disso, o tipo de imagem fornecida precisa ser informada
corretamente para que não ocorram erros nos cálculos e na interpretação.
6
CONCLUSÃO
O bom funcionamento do organismo humano depende diretamente do
funcionamento adequado do coração. Funcionando como uma máquina, o músculo
cardíaco pode ser comparado a uma bomba movida em resposta a impulsos elétricos, que
podem ser monitorados externamente através do eletrocardiógrafo. A análise do traçado
gerado por esse aparelho permite aos especialistas detectar eventuais patologias que afetam
o coração, auxiliando no diagnóstico e tratamento e/ou na prevenção de danos que possam
comprometer a saúde do paciente.
Até há alguns anos, somente estavam disponíveis eletrocardiógrafos analógicos,
que captavam os sinais elétricos através de eletrodos colocados em locais pré-
determinados, traduzindo em um gráfico as variações de voltagem detectadas durante as
diversas fases do ciclo cardíaco. O desenvolvimento da tecnologia permitiu a conversão
desses sinais para a representação digital, abrindo um enorme leque de perspectivas para os
dados captados no eletrocardiograma (ECG). Os novos equipamentos podem se utilizar de
microprocessadores para oferecer ao especialista diversas outras formas de apresentação
dos dados do exame.
A conversão analógico-digital dos sinais cardíacos permitiu também a adoção da
informática como ferramenta auxiliar de manipulação e processamento dos resultados.
Uma dessas aplicações é o uso de softwares de análise que, através da comparação com
bases de dados previamente determinadas, permitem a localização de eventuais problemas
cardíacos, como o infarto, arritmias etc. Em situações de emergência ou na ausência de um
cardiologista especializado no local do exame, como é o caso dos atendimentos remotos,
por exemplo, essa pré-análise pode ter importância vital no atendimento de urgência de um
paciente.
Os softwares de avaliação de ECG não substituem a análise dos especialistas. Sua
função é auxiliar, apontando eventuais distorções que possam passar despercebidas pelo
exame do ser humano. Como pôde ser visto, os estudos disponíveis na literatura apontaram
a importância dessa ferramenta em diversas situações pesquisadas.
Uma grande parte desses estudos foi desenvolvida no exterior e é baseada no
tratamento de sinais originados de eletrocardiógrafos digitais. Em nosso país, entretanto,
102
assim como em outras nações onde o desenvolvimento tecnológico depende de recursos
limitados, há ainda um grande número de equipamentos analógicos, bem como de arquivos
de exames realizados em papel e que contêm dados importantes de acompanhamento do
histórico médico dos pacientes. Para esses casos, a avaliação dos especialistas ainda
depende exclusivamente do exame visual das tiras de ECG, tornando os exames lentos e de
difícil manipulação e arquivamento.
A proposta deste trabalho foi criar uma alternativa para a digitalização de exames
ECG originalmente analógicos, impressos em papel. A conversão dos dados para o formato
digital permite que essas informações possam ser processadas da mesma forma que os
exames mais modernos, além de facilitar sua pesquisa e armazenamento.
A conversão de exames impressos para o formato digital, com o escaneamento e
tratamento da imagem até sua interpretação, é um procedimento complexo e que deve ser
desenvolvido com maiores pesquisas e aprimoramento das técnicas utilizadas. A proposta
exposta baseou-se num número limitado de amostras e bases de dados comparativas,
oriundas de uma só fonte. Os resultados, entretanto, mostraram-se promissores, mesmo
tendo sido uma primeira abordagem para o problema levantado.
O desenvolvimento de um software desse padrão apresenta outras vantagens, além
daquelas já demonstradas pelos estudos feitos por pesquisadores internacionais. Como
exemplo, pode ser citada a redução de custos, tanto no aproveitamento de equipamentos
analógicos que ainda estão em pleno funcionamento quanto na padronização dos exames,
permitindo a comparação de exemplares mais antigos com amostras atuais, realizadas em
equipamentos digitais.
A metodologia e os recursos utilizados neste trabalho levaram em conta vários
aspectos: custo, disponibilidade de equipamentos e precisão dos resultados obtidos. A
etapa inicial, que é a transformação da imagem escaneada em uma tabela de valores,
demonstrou resultados positivos. A análise posterior desses dados necessita de um
aprofundamento maior, já que a análise informatizada baseia-se em modelos matemáticos,
não considerando possíveis variantes que somente a experiência humana pode avaliar.
Eventuais falhas ou distorções, entretanto, também foram encontradas na literatura
pesquisada, demonstrando que, apesar da incorporação da informática, ainda há muito a ser
desenvolvido na aproximação dos resultados obtidos pelos softwares daqueles relatados
pelos especialistas. Por outro lado, o uso do computador como auxiliar não pode ser
descartado, já que os resultados também apontam para a importância dessa ferramenta
auxiliar na detecção de situações onde a avaliação humana pode falhar.
103
Considerando as limitações do estudo inicial proposto neste trabalho, sugerimos
que novas pesquisas sejam feitas no aprimoramento das metodologias utilizadas,
principalmente no que se refere à parte de análise das informações digitalizadas,
procurando acompanhar os trabalhos que vêm sendo desenvolvidos em outros centros
internacionais, na busca de uma maior precisão em relação aos resultados que se deseja
obter. Um dos obstáculos encontrados foi a pequena amostragem de exames disponíveis
para teste, o que reduz a segurança quanto aos resultados obtidos. Outra limitação é a
necessidade de enquadramento e corte manual dos exames, o que aumenta o tempo para a
digitalização.
Os resultados obtidos demonstraram a validade da continuidade no
desenvolvimento deste software. Utilizando-se de algoritmos semelhantes, o vetor
resultante permite o cálculo de praticamente qualquer indicador que possa ser útil para a
análise do ECG. Para o enquadramento e corte das imagens, como foi citado acima, podem
ser criadas rotinas seletivas que detectem e corrijam eventuais distorções causadas pelo
escaneamento.
Outra possibilidade levantada durante o desenvolvimento foi o uso da mesma
metodologia para a avaliação de outros exames que gerem gráficos semelhantes, como é o
caso do eletroencefalograma. Talvez fosse necessária alguma adaptação de grandezas, já
que a amplitude dos sinais, nesse caso, é bem menor.
A conversão da imagem em valores também permite a utilização deste software
para aplicações de Telemedicina, reduzindo significantemente o volume de dados e o
tempo para a transmissão do exame entre o local de sua realização e a central de
recebimento, onde, além da interpretação, o gráfico também poderia ser reconstruído.
104
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
AHUJA, N. D.; RAGHAVAN, V.; LATH, V.; PATIL, A.; PILL, S. Heart rate variability
and its clinical application for biofeedback. In: Proceedings of 17th IEEE Symposium on
Computer-Based Medical Systems. p. 263-266, 2004.
BERNE, R. M.; LEVY, M. N. Fisiologia Médica. 4 ed. Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan, 2000.
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108
ANEXO
Biblioteca genérica
pBitmap *Aloca_Bitmap( int Tamanho_Dados ); - aloca a memória necessária para
armazenar a matriz de dados da imagem e retorna o apontador da região de memória para a
função LE_BitmapB ou a função LE_Bitmap.
struct cantos LE_Bitmap( const char *Nome_Arq ); - faz a leitura de uma imagem BMP
para a variável global imagem1, e retorna uma estrutura contendo as posições dos cantos
que definem a área de impressão do ECG.
void Free_Memo( pBitmap *Bitmap ); - libera a memória alocada pela função
Aloca_Bitmap.
void Save(int *imagem, char * name_file); - salva os dados contidos em imagem. Por sua
vez o nome do arquivo imagem será <name_file>.
void LE_BitmapB( const char *Nome_Arq ); - faz a leitura de uma imagem .BMP para a
variável global “imagem1”, porém, não retorna.
Biblioteca AuxImage.h
Propósito: funções auxiliares para encontrar os pontos que delimitam a área de impressão
de um ECG. Além disso, contém uma função que converte os índices de uma representação
matricial para vetorial (denominados coordenadas); funções que recortam as imagens
considerando somente a área onde foi impresso o Eletrocardiograma (duas funções, já que
são considerados dois tipos de ECGs) e funções que separam as ondas dos ECGs de acordo
com o tipo do mesmo (também duas). A função save desta biblioteca foi utilizada para
salvar as ondas recortadas, onde se deve fornecer o número de linhas e colunas da imagem.
109
int coordenadas(int i, int j, int horiz) - função onde as variáveis “i” - índice da linha; “j” -
índice da coluna e “horiz” - número de colunas da matriz retornam a posição
correspondente em uma representação vetorial.
struct ponto encontraPontoSE(int *imagem1); - função que encontra o primeiro ponto a
partir do qual foi impresso o ECG, varrendo a imagem no sentido de diagonais ( / ), a partir
do canto superior esquerdo. A variável “struct ponto” retornada tem a mesma estrutura da
variável global “struct canto”.
struct ponto encontraPontoSD(int *imagem1); - realiza as mesmas operações da função
encontraPontoSE, porém varre a imagem no sentido das diagonais ( \ ), a partir do canto
superior direito.
struct ponto encontraPontoIE(int *imagem1); - idem à anterior, porém varre a imagem no
sentido das diagonais ( \ ), a partir do canto inferior esquerdo.
struct ponto encontraPontoID(int *imagem1); - idem à anterior, entretanto varre a imagem
no sentido das diagonais ( / ), a partir do canto inferior direito.
struct cantos encontraPontos(int *imagem1); - função que permite acessar as funções
encontraPonto acima. Esta função retorna a variável “struct cantos”, estrutura formada por
quatro pontos, que definem os cantos associados ao retângulo (área) onde foi impresso o
ECG.
void Recorta_imagem_tp1(int *imagem1, struct cantos c); - função que realiza o recorte da
imagem de entrada, a partir das variáveis “imagem1” e “struct cantos”, e grava tal imagem
na variável global “imagem_recortada_tp1”.
void Recorta_imagem_tp2(int *imagem1); - função que realiza o recorte de imagens, sem
levar em conta os pontos que definem a área de impressão do ECG. A imagem recortada
armazenada na variável global “imagem_recortada_tp2”.
110
void Separa_Ondas_tp1(int *imagem_recortada_tp1); - função que separa os gráficos (ou
ondas) associados a cada derivação de um ECG Tipo 1. Visto que são seis ondas para este
tipo de ECG, as linhas da imagem foram divididas em seis intervalos uniformes, cada qual
correspondente a uma onda, sendo que o número de colunas é o mesmo para todas as estas.
As subimagens são armazenadas nas variáveis globais “ondaI”, “ondaII”, “ondaIII”,
“ondaAVR”, "ondaAVL”, “ondaAVF”.
void Separa_Ondas_tp2(int *imagem_recortada_tp2);
void Save(int *imagem1, char * name_file, int horiz, int vertic); - função que armazena
uma subimagem correspondente a uma onda, com objetivo de auxiliar a verificação da
eficiência do processo de separação das ondas. O parâmetro “imagem1” corresponde aos
dados da onda a ser armazenada; “name_file” é o nome do arquivo; “horiz” e “vertiz” são
as dimensões da matriz imagem, associadas à onda a ser armazenada.
void achaVetorAmplitude(int *onda); - analisa uma onda da imagem, obtendo o vetor
amplitude. Inicialmente acessa a função achaInicioOnda, que determina o ponto inicial da
onda. Em seguida, ativa-se a função buscaProxPreto, a qual, varrendo o eixo dos tempos
(X), determina a amplitude f(X), associada ao ponto X. Neste caso, f(X) representa a
ordenada de X, ou seja, o valor em pixels de uma tensão elétrica.
struct ponto achaInicioOnda(int *onda); - determina o início da onda, através de uma reta
que define o início da impressão do ECG, o qual é localizado após a marca de estabilização
inicial dos ECGs.
struct ponto buscaProxPreto(int * onda, struct ponto anterior); - procede à busca do
próximo ponto da onda. Ou seja, depois de determinar f(X), esta função executa a busca de
f(X+1). Esta amplitude é estabelecida tomando como referência f(X), e realizando uma
varredura para baixo e para cima, até se encontrar um ponto preto.
111
void SegmentoST(); - encontra o período do segmento ST, que é expresso em segundos.
int Encontra_S(int n); - Encontra o instante de tempo em que ocorre o ponto S (início do
segmento ST)
int Encontra_T(int n); - Encontra o instante de tempo em que ocorre o ponto T (final do
segmento ST)
int EncontraPico1(); - encontra o pico máximo (ou máximo local) em uma onda. Em
seguida, verifica-se se a amplitude de f(X) retorna à amplitude relativa zero, ou seja, à linha
de base. Caso sim, não há um supradesnivelamento do segmento ST. Caso contrário,
identifica-se o ponto T como o instante de tempo subseqüente, quando f(X) retorna à linha
de base. De qualquer forma, esta função retorna o período do segmento ST encontrado.
int maximo();- encontra o instante de tempo X quando ocorre o pico máximo entre os
segmentos S e T. Esta função, juntamente com a função Área, é utilizada apenas quando for
detectada uma suspeita de infarto. Deve-se observar que a amplitude máxima é necessária
para se estimar o supradesnivelamento do segmento ST.
int área(); - estima á área associada ao supradesnivelamento do segmento ST. Após marcar
os pontos S e T, encontra-se a amplitude máxima entre S e T através da função maximo,
calculando-se a área do supra-ST através da contagem de pixels, o que é realizado da
seguinte forma. A partir do pico, consideram-se todos os pixels situados abaixo do lado S,
realizando-se um somatório que inclui todos os pixels, inclusive aqueles de mesma
amplitude situados no lado T.
int simetrico(int aux_s, int i, int vet[]); - função auxiliar para encontrar a área do supra-ST.
Conta a quantidade de pixels situada entre as amplitudes simétricas de uma curva.
void converte(double n, char *str); - converte um número ponto flutuante em string, que é
armazenada na variável “str”.
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