Aplicación 2: Cálculo latido a latido de la presión arterial media

Métodos Computacionales en Ingeniería Biomédica

Aplicación 2: Cálculo Latido a Latido de la Presión Arterial Media

17/10/2009

SÁNCHEZ CEDILLO CRISTINA REYES LAGOS JOSÉ JAVIER

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Aplicación 2: Cálculo latido a latido de la presión arterial media

En México los problemas relacionados con la presión arterial principalmente la hipertensión (aumento de la presión arterial 140/90 mmHg sobre la presión normal 120/80 mmHg) se encuentra entre las 10 principales causas de muerte [1], además de tener consecuencias y complicaciones en varios órganos del cuerpo así como infartos o fallas cardiacas, derrame cerebral, problemas renales y dilataciones arteriales.

La importancia de la presión arterial media radica en que su magnitud, junto con la resistencia periférica, es decisiva para el transporte sanguíneo en las regiones cardiovasculares sucesivas. [2]

Pensamos que es relevante resolver este problema debido a que como ingenieros biomédicos, poder establecer un algoritmo sencillo para poder relacional la presión arterial con la presión arterial media (PAM), es un claro ejemplo de cómo poder generar un método computacional en un problema de aplicación real de fisiología. Esto podría ayudarnos a darnos una idea del principio de funcionamiento de ciertos aparatos médicos que registran la presión arterial (monitor de signos vitales, esfigmomanómetros, etc.)

Para la realización de esta aplicación planteamos el siguiente algoritmo con el cual calculamos la presión arterial media:

Ilustración 1: Diagrama de bloques del algoritmo usado para el cálculo de la PAM.

Utilizamos la señal MIT-BIH Polysomnographic de la página de physionet usando el registro slp03, con una duración de 60 segundos, descargamos todas las señales que nos muestra a continuación:

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Dividir en intervalos los datos del registro

Presión Arterial Sistólica (PAS)Representa la presión máxima ejercida cuando el corazón se contrae.Buscaremos el punto máximo de cada intervalo.

Presión Arterial Diastólica (PAD)Representa la presión en las arterias cuando el corazón se encuentra en reposo.Encontraremos el punto minimo de cada intervalo.

Presión Arterial Media (PAM)Es la presión promedio en un ciclo cardiaco completoPAM= PAD+(1/3)(PAS-PAD)Graficar los resultados

obtenidos.

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Tabla 1: Señales usadas para la realización de esta aplicación, en ella podemos observar la frecuencia de muestreo, la ganancia de cada señal, la base que le debemos sumar y las unidades en las que se

encuentra cada una de las graficas.

Estas son las graficas de ECG y BP para usarse en la aplicación:

Gráfica 1: Registro de ECG usado para esta aplicación, en unidades reales.

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Gráfica 2: Registro de la presión arterial usado en la aplicación, en las unidades reales.

Para esta aplicación usamos un algoritmo muy sencillo el cual si bien nos muy preciso fue útil en esta aplicación, los pasos para el algoritmo son los siguientes:

Crear intervalos: para esta parte usamos intervalos de 0.84 segundos, esto debido a que era la duración promedio entre cada pico del complejo QRS del ECG.

Presión sistólica: para conocer la presión sistólica en cada intervalo buscamos el valor máximo de la curva de presión arterial.

Presión diastólica: para conocer la presión diastólica en cada intervalo buscamos el valor mínimo de la curva de presión arterial.

Presión media: calculamos esta presión mediante la siguiente fórmula:

PAM=PD+ 13(PS−PD ) (Ecuación 1).

Repetimos el ciclo hasta encontrar todos los valores de PAM durante el minuto que tenia nuestro registro, en este caso teníamos 72 curvas de presión y obtuvimos 71 PAM esto debido a que la última curva como se puede apreciar en la gráfica 2 no se distingue el valor relacionado a la presión diastólica.

Graficamos los valores obtenidos y los comparamos en cada curva de presión.

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Nota: Como se mencionó anteriormente, en la gráfica 2 se presentan unidades en valores reales, por lo que de la tabla 1 se le restó el valor de la base y se dividió entre la ganancia.

Obtuvimos la siguiente gráfica mediante el algoritmo planteado:

Gráfica 3: Presión arterial media calculada mediante nuestro algoritmo.

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Gráfica 4: Aquí se muestra la BP y la PAM que calculamos.

De acuerdo al algoritmo planteado es posible que lleguemos a tener un error en la PAM debido a que no todas las curvas de presión eran de la misma duración (y se asume un valor constante de duración para cada una, lo cual es erróneo desde un principio), aun así podemos observar en la gráfica 4 que los resultados obtenidos se comportan de la misma forma que la curva de presión. Los resultados arrojados en presión sistólica y presión diastólica con nuestro algoritmo parecen ser razonables (se tiene un valor grande y otro pequeño análogamente) y si calculamos la presión media por medio de la ecuación 1, notamos que la señal de presión media (línea en color morado) parece oscilar a la mitad de la señal de presión arterial (en color verde), esto parece ser una aproximación razonable. Por otro lado se dice que “desde la adolescencia hasta la mediana edad la PAM no varía considerablemente alrededor del valor normal de 100 mmHg.”4, en nuestros valores calculados se observa que varían desde aproximadamente de [100-140] mmHg, por lo que se podría decir que el sujeto de experimentación es ligeramente hipertenso.

Preguntas guía:1·¿Cuáles son las variables cardiovasculares más relevantes en el estudio de la función cardiaca? Define cada una de ellas.2·¿Cuál es la relación entre la señal electrocardiográfica y la señal de presión sanguínea durante el ciclo cardiaco?3·¿Cómo se define la presión arterial diastólica, sistólica y media? ¿Cuáles son los valores de normalidad?4·¿Cómo determinar latido a latido la PAM a partir de un registro de presión sanguínea? Describe detalladamente el algoritmo y los métodos computacionales empleados para ello.

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5·¿Se mantiene constante la PAM durante varios ciclos cardiacos? ¿Qué método computacional puede emplearse para justificar tu respuesta y por qué?

No, ya que el valor de la presión arterial no es constante en cada cardíaco y por lo tanto, de igual manera varían los valores de la presión sistólica y diastólica en cada ciclo, provocando que también se tenga una variación en la

presión arterial media debido a la relaciónPAM=PD+ 13(PS−PD ).

Conclusión

Por medio del presente trabajo de aplicación se logró poder desarrollar un algoritmo muy sencillo en Octave que se aproximara de una forma razonable el valor de la presión arterial media (PAM) a través de un registro de presión sanguínea. Sin embargo, se tomó como un hecho que el valor entre cada curva de presión fuera de 0.84 segundos (duración promedio de pico a pico del complejo QRS del ECG del mismo registro), cosa que no sucede para todas éstas ya que no es una señal periódica completamente. Aún así, haciendo uso de las funciones max y min de Octave se pudieron aproximar los valores de las presiones sistólica y diastólica y con esto, lograr aproximar el valor de la presión arterial media con la Ecuación 1. Como se mencionó anteriormente, se investigó que los valores normales para un sujeto desde la adolescencia hasta la edad madura son de aproximadamente de 100 mmHg, por lo que éste sujeto de experimentación probablemente tenga un caso de prehipertensión. También se probó variar los intervalos en los que se obtendrían la presión sistólica y diastólica, generando un nuevo valor de presión media (esto ocurre ya que los máximos y mínimos se mueven de su lugar y no resultar ser los mismos), pero al traslaparlos con la gráfica 2 parecían no estar oscilando a la mitad de esta, por lo que elegir un intervalo de 0.84 segundos fue la mejor opción. Con respecto a la presión arterial media, nuestros resultados arrojan que ésta varía de ciclo a ciclo cardíaco, en este caso particular, la variación es muy poca, pero no es exactamente igua

Bibliografía:

[1] http://portal.salud.gob.mx/sites/salud/descargas/pdf/gaceta_junio_06.pdf

[2] G Thews, Anatomia, Fisiologia y Patofisiologia, 1983, pag. 245

[3] Radiología: Publicación oficial de la Sociedad Española de Radiología Médica, ISSN 0033-8338, Vol. 49, Nº. 3, 2007 , pags. 157-164

[4]http://www.psicologiacientifica.com/bv/psicologia-340-2-control-elemental-de-las-emociones-a-traves-de-tecnicas-de-relajacion-en-pacientes-con-infarto-agudo-del-miocardio-con-riesgo-vital.html

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