ALARME DE ACIDENTE CARDIOVASCULAR

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO ALARME DE ACIDENTE CARDIOVASCULAR Mariana Avelar, nº 50778, AE de SDC Sérgio Silva, nº 50861, AE de SDC LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA E DE COMPUTADORES Relatório de Trabalho Final de Curso 63/2005/ Prof. Orientador: João Sanches Junho de 2006

Agradecimentos Ao Professor João Sanches agradecemos pelo apoio e orientação que nos deu ao longo do desenvolvimento do projecto. Agradecemos também aos nossos familiares, pelo apoio constante que nos têm dado ao longo dos anos, incutindo-nos um espírito trabalhador que nos ajudou durante todo o percurso académico. Para que fosse possível testar e validar os algoritmos desenvolvidos ao longo do projecto utilizaram-se os sinais que estão disponíveis na base de dados de sinais biológicos da Physionet, a qual pertence ao projecto de recursos de pesquisa de sinais fisiológicos complexos. Sendo assim, agradecemos também a disponibilização dos sinais. i

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Resumo O trabalho em estudo consiste em desenvolver um Alarme de Acidente Cardiovascular. Este divide-se em três partes fundamentais: aquisição do sinal, segmentação do ECG e desenvolvimento dos algoritmos de detecção de anomalias. A aquisição do sinal pode ser efectuada através de um ficheiro ou através da placa de aquisição desenvolvida no presente trabalho (via porta paralela). Existe a possibilidade de filtrar o sinal adquirido de forma a obter melhores resultados. A implementação dos algoritmos foi feita em C++ através do programa Visual Studio. A segmentação do ECG baseia-se no algoritmo da multiplicação das diferenças regressivas MOBD, o qual detecta as ondas características do sinal (onda P, complexo QRS e onda T). Os critérios de detecção das anomalias foram obtidos através de um estudo prévio destas e baseiam-se em limitações das características do ECG. O ECG pode ser obtido a partir de vários pontos do corpo humano, sendo este diferente em cada um deles. Neste trabalho, optou-se por usar sinais retirados da derivação DI (braço esquerdo braço direito). Para o teste deste programa usaram-se sinais retirados da base de dados de sinais biológicos da Physionet, a qual pertence ao projecto de recursos de pesquisa de sinais fisiológicos complexos. Os resultados obtidos permitem concluir que o trabalho desenvolvido é robusto, pois consegue adquirir o sinal ECG, segmentá-lo e analisar a ocorrência de anomalias em tempo real e com diferentes traçados do ECG. No entanto pode sofrer melhorias, nomeadamente nos algoritmos desenvolvidos. Palavras Chave ECG, aquisição do sinal, segmentação do ECG, MOBD e detecção de anomalias. iii

Abstract This work consists in developing a Cardiovascular Accident Alarm. It can be divided in three major parts: signal acquisition, ECG segmentation and developing algorithms of anomalies detection. The signal acquisition can be provided from a file or through the acquisition board developed in this work (via parallel port). The project also has the possibility of signal filtration, which provides better results. The algorithms implementation was made in C++ in Visual Studio program. The ECG segmentation is based on the multiplication of backward differences algorithm MOBD, which detects the characteristics waves of the signal (P wave, QRS complex and T wave). The anomalies detection criteria were obtained after a previous study and are based on the ECG characteristics limitation. The ECG can be obtained through many points of the human body, although the signal is different in each lead. In this project we work with the signal obtained in lead DI (left arm right arm). To increase the performance, the program was tested with the biologic signals of the Physionet data base, which belong to the research resource for complex physiologic signals. The results achieved show it was developed a robust project, because it can acquire the ECG signal, segmentation and diagnostic the cardiovascular anomalies in real time and with different ECG tracing. Thus, the implemented algorithms can be improved. Keywords ECG, signal acquisition, ECG segmentation, MOBD and anomalies detection. iv

Índice Pag. Agradecimentos --------------------------------------------------------- i Resumo e Palavras Chave ------------------------------------------------ iii Abstract and Keywords ------------------------------------------------ iv Índice --------------------------------------------------------------------------- v Lista de Figuras --------------------------------------------------------- vi Lista de Tabelas --------------------------------------------------------- vii Lista de Siglas --------------------------------------------------------- viii 1 Introdução ------------------------------------------------------------------ 1 2 Electrocardiograma --------------------------------------------------------- 3 3 Aquisição de sinal --------------------------------------------------------- 7 4 Segmentação do sinal ECG ------------------------------------------------ 13 5 Algoritmos de detecção de anomalias --------------------------------------- 21 6 Análise de resultados --------------------------------------------------------- 33 7 Conclusão ------------------------------------------------------------------ 41 Anexo A Datasheet do circuito integrado AD620 --------------------- 43 Anexo B Esquema da placa de aquisição ------------------------------ 65 Anexo C Variáveis utilizadas na detecção de anomalias ------------ 67 Referências ------------------------------------------------------------------ 69 Bibliografia ------------------------------------------------------------------ 71 v

Lista de Figuras Pag. Fig. 2.1 Sistema de Condução do Coração. --------------------------------------- 3 Fig. 2.2 Traçado do Electrocardiograma. --------------------------------------- 4 Fig. 2.3 Evolução do ECG. --------------------------------------------------------- 5 Fig. 2.4 Derivações dos membros. ------------------------------------------------ 6 Fig. 2.5 Derivações precordiais. ------------------------------------------------ 6 Fig. 3.1 - Estrutura da placa de aquisição de ECG. ------------------------------ 7 Fig. 3.2 - Circuito de aquisição do sinal de ECG. ------------------------------ 7 Fig. 3.3 - Diagrama de blocos do filtro e do amplificador. --------------------- 8 Fig. 3.4 - Sinal de ECG obtido na derivação DI. ------------------------------ 9 Fig. 3.5 - Sinal de ECG obtido na derivação DII. ------------------------------ 9 Fig. 3.6 - Sinal de ECG obtido na derivação DIII. ------------------------------ 9 Fig. 3.7 - Interface gráfica da aplicação. --------------------------------------- 11 Fig. 4.1 - Segmentação de um ECG. ------------------------------------------------ 13 Fig. 4.2 - Algoritmo de detecção do complexo QRS. --------------------- 15 Fig. 4.3 - Algoritmo de detecção da onda T. --------------------------------------- 17 Fig. 4.4 - Algoritmo de detecção da onda P. --------------------------------------- 18 Fig. 5.1 Extra-sístole Atrial (extraído de [13]). ------------------------------ 22 Fig. 5.2 Extra-sístole Ventricular (extraído de [13]). --------------------- 22 Fig. 5.3 Fibrilação Auricular (extraído de [14]). ------------------------------ 23 Fig. 5.4 Bradicardia Sinusal (extraído de [14]). ------------------------------ 23 Fig. 5.5 Taquicardia Sinusal (extraído de [14]). ------------------------------ 24 Fig. 5.6 Arritmia Sinusal (extraído de [14]). ------------------------------ 24 Fig. 5.7 Síndroma Wolff-Parkinson-White (extraído de [15]). ------------ 25 Fig. 5.8 Taquicardia Atrial (extraído de [15]). ------------------------------ 25 Fig. 5.9 Bloqueio AV 1º grau (extraído de [14]). ------------------------------ 26 Fig. 5.10 Bloqueio AV 2º grau tipo I (extraído de [14]). --------------------- 26 Fig. 5.11 Bloqueio AV 2º grau tipo II (extraído de [14]). ------------ 27 Fig. 5.12 Bloqueio AV 3º grau (extraído de [14]). ------------------------------ 28 Fig. 5.13 Bloqueio SA (extraído de [14]). ------------------------------ 28 Fig. 5.14 Bloqueio de Ramo (extraído de [15]). ------------------------------ 28 Fig. 5.15 Crescimento Auricular (extraído de [15]). --------------------- 29 Fig. 5.16 Hipertrofia Ventricular (extraído de [15]). --------------------- 29 Fig. 6.1 Sinal de ECG adquirido com a placa de aquisição ------------ 33 Fig. 6.2 Segmentação do ECG. ------------------------------------------------ 34 Fig. 6.3 Sinal do grupo Arritmia. ------------------------------------------------ 36 Fig. 6.4 Arritmia Supraventricular. ------------------------------------------------ 37 Fig. 6.5 Início do sinal. --------------------------------------------------------- 37 Fig. 6.6 Bloqueio Sinoatrial. ------------------------------------------------ 38 Fig. 6.7 Fibriliação. --------------------------------------------------------- 39 vi

Lista de Tabelas Pag. Tab. 6.1 Resultados da segmentação de sinais de ECG. --------------------- 35 Tab. C.1 Variáveis utilizadas na detecção de anomalias. --------------------- 67 vii

Lista de Siglas ACV ------------- Alarme de Acidente Cardiovascular; ECG ------------- Electrocardiograma; MOBD ---- Multiplication of backward differences; AV ------------- AuriculoVentricular; SA ------------- SinoAtrial; DI ------------- Derivação I; DII ------------- Derivação II; DIII ------------- Derivação III; AVR ------------- Augmented Voltage of Right arm; AVL ------------- Augmented Voltage of Left arm; AVF ------------- Augmented Voltage of left Foot; ESA ------------- Extra-sístole Atrial; ESV ------------- Extra-sístole Ventricular; FA ------------- Fibrilação Auricular; WPW ------------- Wolff-Parkinson-White; BA ------------- Bloqueio AuriculoVentricular. viii

1- Introdução O trabalho Alarme de Acidente Cardiovascular (ACV) foi proposto e desenvolvido no âmbito da disciplina de Trabalho Final de Curso com vista à conclusão da Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores leccionada no Instituto Superior Técnico. As áreas abordadas pelo trabalho são fundamentalmente processamento de sinal, electrónica e alguma biomedicina. O ACV desenvolvido pode ser dividido em três partes fundamentais: desenvolvimento da placa de aquisição do sinal de electrocardiograma (ECG) e respectiva comunicação com o computador, analise do sinal de forma a extrair as suas características e criação de algoritmos de detecção de anomalias. De forma a possibilitar uma maior diversificação dos sinais e anomalias analisados é também possível estudar um sinal a partir de um ficheiro. Um aspecto importante deste trabalho é a necessidade de toda a análise do sinal ter de ser feita em tempo real, pois as características de um ECG estão fortemente relacionadas com o tempo, ficando estas desvirtuadas caso não se tenha uma grande precisão temporal. A parte de segmentação do sinal implicou um estudo de algoritmos publicados em artigos e teve como objectivo atingir o menor número possível de falsas e/ou erradas detecções, tendo em conta uma complexidade mínima de implementação. Além destas características principais é também desejável que as detecções sejam feitas com a máxima precisão possível. O método escolhido para esta parte do trabalho foi o algoritmo da multiplicação das diferenças regressivas designado por MOBD (multiplication of backward differences). Para o desenvolvimento dos algoritmos de detecção de anomalias foi necessário pesquisar vários artigos de cardiologia de forma a definir critérios médicos para a detecção destas. As anomalias estudadas neste projecto foram escolhidas tendo em conta a derivação usada para adquirir o sinal, os seus critérios de detecção e as amostras existentes na base de dados de sinais biológicos da Physionet (para que se possa testar os algoritmos criados). Uma possível aplicação deste trabalho será a sua introdução num pacemaker, de forma a monitorizar permanentemente as pessoas mais vulneráveis a anomalias cardíacas. Deste modo poder-se-ia garantir uma melhor qualidade de vida para as pessoas, mantendo uma supervisão sobre estas. É possível efectuar melhoramentos, os quais passam por aperfeiçoar os algoritmos apresentados (quer de segmentação do ECG quer de detecção das anomalias), bem como aumentar o número de anomalias consideradas. 1

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2 - Electrocardiograma O electrocardiograma é o método complementar mais simples e mais importante no diagnóstico de doenças cardiovasculares, pois é um método não evasivo, barato e amplamente disponível. Este regista a actividade eléctrica produzida pela activação miocárdica, sendo o seu traçado constituído por várias deflexões causadas pela activação, despolarização e repolarização das células. Para que se entenda a origem das ondas que constituem o ECG apresenta-se uma breve explicação da sua evolução e dos locais de aquisição. 2.1 Traçado do ECG O coração é constituído por dois tipos principais de células: musculares e especializadas do sistema de condução. As primeiras têm função contráctil e desempenham o trabalho mecânico da contracção: as quatro câmaras cardíacas (aurícula direita e esquerda e ventrículo direito e esquerdo) que podem ser visualizadas na figura 2.1, são formadas pelas células musculares que após a diástole (período de repouso onde as câmaras acumulam o sangue) são estimuladas durante a sístole para encurtar, propulsionando o sangue para o sistema cardiovascular. As segundas não são responsáveis pelo trabalho mecânico da contracção, mas coordenam a actividade, iniciando o ritmo cardíaco e propagando o impulso eléctrico através do estímulo da contracção das células miocárdicas. Fig. 2.1 Sistema de Condução do Coração. A actividade eléctrica no coração deve-se ao facto de as células cardíacas serem carregadas ou polarizadas no estado de repouso, mas quando electricamente estimuladas, despolarizam-se e contraem-se. Assim, a contracção do miocárdio é produzido por uma onda progressiva de estimulação (despolarização) que atravessa o coração. A onda de despolarização (interior das células torna-se positivo) e a de repolarização (as células voltam a ser negativas) ao atravessarem o coração são captadas pelos detectores externos (cutâneos), registando a actividade no ECG. Quando a onda positiva de despolarização dentro 3

das células cardíacas se move em direcção do eléctrodo positivo (pele), regista-se sobre o ECG uma deflexão positiva. Como se pode observar na figura 2.2 o electrocardiograma é composto por várias ondas: P, Q, R, S (Q+R+S = complexo QRS), T e U. Fig. 2.2 Traçado do Electrocardiograma. A onda P representa a actividade eléctrica da contracção de ambas as aurículas: o nó Sinoatrial (SA) inicia o impulso eléctrico que se difunde sob a forma de onda estimulando as aurículas. O complexo QRS representa o impulso eléctrico que caminha do nó AuriculoVentricular (AV) para as fibras de Purkinje e para as células miocárdicas, ou seja, a estimulação dos ventrículos. Sendo assim, após a contracção das aurículas o impulso alcança o nó AV, onde há uma pausa de 0,1 seg, permitindo que o sangue entre nos ventrículos. Terminada essa pausa, o nó AV é estimulado, iniciando-se um impulso eléctrico que desce pelo Feixe AV (Feixe de His), para os seus Ramos (direito e esquerdo). As fibras de Purkinje transmitem o impulso eléctrico para as células miocárdicas, produzindo contracção simultânea dos ventrículos. A onda Q, quando existe, é a primeira deflexão para baixo do complexo QRS. A seguir, vem uma deflexão para cima, que é a onda R. Esta é seguida de uma onda S, dirigida para baixo. Há uma pausa após o complexo QRS, aparecendo de seguida a onda T que representa a repolarização dos ventrículos, os quais podem ser novamente estimulados. Para a origem da onda U, existem várias explicações, mas nenhuma delas é aceite universalmente. No entanto, a sua maioria justifica-a como sendo a fase final da repolarização ventricular. Na figura 2.3 observa-se a evolução do ECG, a qual resumidamente pode ser descrita como: a despolarização (contracção) auricular produz a onda P, a soma dos impulsos eléctricos produzidos pela despolarização (contracção) das células musculares ventriculares produzem o complexo QRS, e o segmento ST e onda T são gerados pela repolarização ventricular. 4

Fig. 2.3 Evolução do ECG. 2.2 Aquisição do ECG O ECG de rotina compõe-se de 12 derivações separadas (6 derivações dos membros e 6 derivações precordiais), sendo derivações electrocardiográficas eléctrodos que captam a actividade eléctrica cardíaca. Para obtenção das derivações dos membros DI, DII e DIII (periféricas), figura 2.4, colocam-se os eléctrodos sobre os braços direito e esquerdo e sobre a perna esquerda, formando um triângulo, denominado Triângulo de Einthoven. Este triângulo forma o número mínimo de pontos de aquisição para ser possível obter o sinal ECG. As derivações dos membros são adquiridas da seguinte forma: DI = AVL AVR DII = AVF AVR DIII = AVF AVL O membro não referido em cada derivação é o comum. As outras três derivações dos membros são as unipolares aumentadas: AVR, AVL e AVF. A derivação AVR utiliza o braço direito como positivo e todos os outros eléctrodos dos membros como um fio terra comum (negativo). As outras duas derivações AVL (braço esquerdo positivo) e AVF (pé esquerdo positivo) obtêm-se de modo semelhante. As seis derivações I, II, III, AVR, AVL, AVF reúnem-se para formar seis linhas de referência, que se cruzam com precisão num plano sobre o tórax do paciente (plano frontal). Cada derivação dos membros regista-se a partir de um ângulo diferente, de modo que cada uma delas representa uma visualização complementar da mesma actividade cardíaca (os pares de eléctrodos são diferentes em cada derivação e sendo assim o traçado modifica-se ligeiramente quando alteramos o ângulo de onde se regista a actividade). Ao observar-se a 5

actividade eléctrica por seis ângulos diferentes, temos uma perspectiva muito maior do controle da actividade eléctrica. Fig. 2.4 Derivações dos membros. As derivações precordiais (V 1 a V 6 ), figura 2.5, situam-se nas paredes anterior e lateral do toráx. Estas dão a vista do coração e da onda de despolarização no plano horizontal. Como está ilustrado na figura 2.5, estas derivações projectam-se do nó AV em direcção ao dorso do paciente que é o pólo negativo de cada derivação toráxica (se admitirmos que as derivações são os raios de uma roda, o centro será o nó AV). As derivações V 1 e V 2 estão sobre o lado direito do coração (derivações precordiais direitas), ao passo que V 5 e V 6 ficam sobre o lado esquerdo (derivações precordiais esquerdas). V 3 e V 5 localizam-se sobre o septo interventricular (parede comum ao Ventrículo Direito e Esquerdo). O traçado de V 1 a V 6 mostra uma mudança gradual em todas as ondas, por exemplo, normalmente o complexo QRS é negativo em V 1 e positivo em V 6, isto significa que a onda de despolarização ventricular (representada pelo complexo QRS) está-se a deslocar em direcção ao eléctrodo positivo de V 6. Fig. 2.5 Derivações precordiais. 6

3 - Aquisição de sinal O sinal de ECG pode ser adquirido de duas formas: a partir da placa de aquisição ou a partir de um ficheiro. O modo de aquisição é previamente escolhido na aplicação. Outra opção disponível ao utilizador é a selecção do filtro a usar na filtragem digital do sinal de ECG, sendo o filtro especificado pelo utilizador. 3.1 - Placa de aquisição A placa de aquisição do sinal de ECG proposta neste trabalho é constituída por três blocos principais: a aquisição de sinal, o tratamento do sinal (filtragem e amplificação) e o envio dos dados para o computador onde serão processados. Esta estrutura encontra-se exemplificada na figura 3.1, a qual contém o diagrama de blocos do circuito. Fig. 3.1 - Estrutura da placa de aquisição de ECG. 3.1.1 - Circuito de aquisição Como foi explicado no capítulo 2, onde foram abordados os conceitos teóricos de um electrocardiograma, o número mínimo de pontos de aquisição para a leitura do sinal ECG é três, os quais são colocados em posições definidas através do triângulo de Einthoven. Desta forma, e de modo a simplificar o circuito de aquisição de sinal optou-se por colocar apenas este número de entradas. O esquema escolhido fundamentou-se no datasheet do circuito integrado AD620 (anexo A), introduzindo-se alterações na parte correspondente ao tratamento do sinal, como se verá mais adiante. O esquema para esta parte do circuito encontra-se na figura 3.2. Fig. 3.2 - Circuito de aquisição do sinal de ECG. 7

Esta montagem calcula a diferença entre os sinais existentes nos dois braços (esquerdo menos o direito), tendo como referência o terminal colocado na perna esquerda, derivação DI. No entanto é possível utilizar o circuito com outras derivações. 3.1.2 - Processamento de sinal Após a fase de aquisição do sinal é necessário processá-lo de forma a ficar com os níveis de qualidade pretendidos, quer em termos da existência de ruído (o menor possível), quer em termos de amplitude (entre [ 0;5 ] V ). Para conseguir estas características efectuam-se duas operações fundamentais: a filtragem do sinal e a sua amplificação. Na figura 3.3 encontra-se a estrutura do filtro e do amplificador. Fig. 3.3 - Diagrama de blocos do filtro e do amplificador. A filtragem do sinal é feita através de um filtro passa-banda, com o qual se pretende eliminar a componente contínua e as altas-frequências, não podendo estas conter informação relevante do sinal. A análise de vários espectros de sinais de ECG permite concluir que a informação fundamental está compreendida numa banda estreita entre [ 1; 35 ] Hz, sendo então necessário dimensionar o filtro levando em consideração estes valores. A frequência de corte foi assim colocada com aproximadamente uma década de distância, entre [ 0.23;338 ] Hz. A amplitude do sinal após a sua aquisição é extremamente baixa (algumas dezenas de mv), pelo que é necessário implementar um amplificador com ganho elevado (cerca de 1000) de forma a colocar o sinal com amplitude entre [ 0;5] V. Como este valor é elevado, e de forma a não aumentar o ruído (o que aconteceria usando apenas um andar de amplificação), implementaram-se três andares de amplificação. O último andar de amplificação tem a particularidade de ter ganho variável e de introduzir offset de forma a retirar a componente contínua do sinal. 3.1.3 - Digitalização e comunicação com o computador Depois da fase de processamento dos dados, pretende-se enviá-los para o computador. A forma de comunicar entre a placa de aquisição e o computador é feita através da porta paralela, pelo que os dados são digitalizados com 8 bits por amostra. O pedido de dados à placa de aquisição é efectuado pelo computador, definindo assim o período de amostragem. O seu valor é 5 ms. Na figura 3.4 pode-se visualizar um exemplo do sinal de ECG na derivação DI, obtido através da placa. Verifica-se que o nível de ruído e a amplitude do sinal está de acordo com as especificações. 8

As figuras 3.5 e 3.6 contêm sinais de ECG obtidos com a mesma placa mas utilizando configurações diferentes (DII e DIII). Fig. 3.4 - Sinal de ECG obtido na derivação DI. Fig. 3.5 - Sinal de ECG obtido na derivação DII. Fig. 3.6 - Sinal de ECG obtido na derivação DIII. 9

Nas configurações DII e DIII o sinal medido através do eléctrodo colocado na perna deixa de ser o comum, o que aumenta o ruído no sinal ECG e torna mais difícil captá-lo. O anexo B contém o esquema completo da placa de aquisição proposta com os valores dos vários componentes utilizados. 3.2 - Aquisição dos dados a partir de um ficheiro O sinal de ECG também pode ser adquirido a partir de um ficheiro. Esta opção foi implementada de forma a estarem disponíveis para teste um maior número de exemplos de sinais ECG, com uma maior variedade de características. Desta forma também se torna mais simples testar os algoritmos de detecção de anomalias. O formato do ficheiro é o mesmo que um ficheiro de texto, com duas colunas, sendo a primeira correspondente ao tempo e a segunda ao sinal de ECG. Antes de se começar a analisar em tempo real o sinal de ECG proveniente do ficheiro este é sujeito a um pré-processamento de forma a adaptar o ficheiro aos parâmetros definidos. Para isso é calculado um ganho e um offset, os quais servem para ajustar o sinal para uma amplitude máxima de 5 V e com valores positivos. Também é necessário determinar a frequência de amostragem utilizada na digitalização do ECG de forma a verificar se está dentro dos limites de funcionamento da aplicação. Desta forma se o sinal apresentado no ficheiro tiver um período de amostragem igual ou superior a 5 ms o programa funciona com esse período, sendo que caso contrário se efectua uma sub-amostragem de forma a colocar o período igual ou superior a 5 ms. 3.3 - Filtragem do sinal ECG Na aplicação desenvolvida para a aquisição e análise do ECG foi também implementada a possibilidade de filtrar o sinal após a sua recepção. A utilização do filtro é opcional, sendo que melhora claramente o sinal. A largura de banda do sinal de ECG é de aproximadamente 35 Hz, pelo que se implementou um filtro FIR com frequência de corte igual à largura de banda e dimensão 15. O filtro analógico implementado na placa teve de ter uma frequência de corte bastante superior (uma década acima) de forma a não atenuar frequências importantes, o que não acontece através do filtro digital. O filtro com as especificações anteriores é facultado ao utilizador, no entanto caso o utilizador pretenda utilizar outro filtro este tem de ser apresentado ao programa num ficheiro de texto contendo os coeficientes do filtro FIR numa coluna. Na figura 3.7 apresenta-se a interface gráfica da aplicação desenvolvida. 10

Fig. 3.7 - Interface gráfico da aplicação. 11

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4 - Segmentação do sinal de electrocardiograma A correcta segmentação de um sinal de ECG é uma condição fundamental deste trabalho, pois de outro modo torna-se impossível aplicar qualquer algoritmo de detecção de anomalias. Nesta tarefa pretende-se obter todas as características relevantes do sinal, tais como a localização temporal (inicio, tempo de pico e fim), a amplitude do pico e a polarização das várias ondas que constituem o sinal de ECG (o complexo QRS e as ondas P e T). Fig. 4.1 - Segmentação de um ECG. 4.1 - Algoritmo MOBD Até este momento, foram propostos pela comunidade cientifica vários algoritmos para a segmentação do complexo QRS, de entre o quais se destacam o algoritmo de Okada [1], o algoritmo de Hamilton-Tompkins [2], transformadas de wavelets [3] [4] [5], multiplicação das diferenças regressivas (MOBD) [6] e redes neuronais [7] [8]. Pretende-se que o algoritmo de segmentação possibilite a correcta extracção das características do QRS, ou seja, com a máxima precisão temporal e com o menor número possível de detecções falsas ou incorrectas. A complexidade do algoritmo, quer ao nível da sua implementação, quer ao nível da rapidez de execução (o algoritmo tem de ser implementado em tempo real) é outro aspecto a ter em consideração. Nas referências [9], [10] e [11] é feita uma comparação dos resultados da aplicação destes algoritmos, tendo em atenção não só a correcta detecção do QRS mas também a complexidade necessária. Após análise destes artigos conclui-se que o algoritmo MOBD permite obter a melhor relação entre a performance e a sensibilidade pelo que é o escolhido. O algoritmo MOBD apresenta, no entanto, a desvantagem de só possibilitar a detecção do complexo QRS pelo que é necessário introduzir novos algoritmos para a detecção das ondas P e T. Estas ondas são procuradas em janelas de busca criadas após a ocorrência de um complexo QRS, tendo em conta o valor do ritmo cardíaco. Dentro destas janelas são analisadas as sequências de declives do sinal de forma a encontrar-se a localização da onda. A transformada não linear de ordem N MOBD baseia-se na detecção de zonas com elevados declives presentes num sinal, o que é claramente o caso do complexo QRS. Esta transformada é definida como: 13

N yn n x & n k [ ] = [ ] k= 0 Onde xm & [ ] é a diferença regressiva de primeira ordem no instante m e vem dada por [ ] = [ ] [ 1]. De forma a reduzir o efeito do ruído é introduzida uma restrição, a xm & xm xm qual impõe que o sinal das várias diferenças em cada instante n seja igual. Caso esta não seja respeitada a transformada toma o valor zero. A escolha da ordem N do algoritmo é um aspecto fundamental para maximizar a sua performance, pelo que tem de ser escolhida com algum cuidado. Quanto maior for o seu valor maior se tornam as diferenças entre o valor da transformada MOBD, o que simplifica a escolha do valor para o limiar de selecção. No entanto devido à restrição de sinal imposta, e tendo em conta o número de amostras presentes nos declives do complexo torna-se impossível utilizar o algoritmo com ordem elevada. Neste caso optou-se por usar o algoritmo de ordem 2. Após este processo o sinal com a transformada MOBD é constituído por picos de valor elevado nos locais de subida ou de decaimento abrupto, como é o caso do complexo QRS. O resto da transformada é constituído por valores bastante reduzidos ou mesmo nulos. A selecção do complexo QRS é feita com recurso a dois limiares, LowThres e HighThres, sendo que sempre que a transformada MOBD passa o primeiro inicia-se a análise de um possível complexo QRS, o qual só é validado após a passagem da transformada pelo segundo limiar. Este procedimento será analisado em maior detalhe no ponto 4.2. 4.2 - Algoritmo de detecção do complexo QRS O algoritmo de detecção de QRS foi implementado de acordo com a sequência lógica de passos do fluxograma da figura 4.2, o qual corresponde a uma iteração do algoritmo. Após a detecção de um complexo QRS ocorre o período refractário, o qual corresponde ao intervalo mínimo entre a ocorrência de dois complexos consecutivos. Sendo assim, a procura do QRS só é efectuada fora deste período. A parte fundamental do algoritmo consiste no cálculo da transformada MOBD, o qual é efectuado sempre que se recebe uma amostra. Quando se está fora do período refractário e o valor do MOBD ultrapassa o limiar LowThres detecta-se o início de um possível complexo QRS, o qual é sujeito durante os instantes seguintes a testes de validação. Depois de detectado o início do QRS entra-se numa nova fase onde se procura a ocorrência de picos no sinal. Esta busca é feita através da análise dos declives da transformada MOBD, os quais correspondem à segunda derivada do sinal de ECG. Quando se encontra um pico verifica-se se o valor MOBD correspondente ultrapassa o limiar HighThres, o que é guardado em memória. O final do QRS é detectado quando o MOBD tem valor inferior ao limiar LowThres e após terem-se encontrado três picos (correspondentes às onda Q, R e S). O QRS é valido caso o valor do MOBD correspondente a algum dos três picos detectados tiver ultrapassado HighThres, caso contrário considera-se uma falsa detecção. 14

Fig. 4.2 - Algoritmo de detecção do complexo QRS Para que o algoritmo de detecção do complexo QRS não entre num ciclo infinito (caso de QRS inválido) existe um tempo limite (time out) para se concluir a sua detecção. Um aspecto importante que não se encontra totalmente explicado no fluxograma da figura 4.2 consiste na adaptação do limiar HighThres. Esta adaptação é feita de três formas distintas. A primeira é feita sempre que o tempo do último QRS detectado é superior em 50% ao valor médio dos intervalos RR, caso em que se reduz o limiar para metade do seu valor. A 15

segunda adaptação tem o efeito contrário à anterior, ou seja, sempre que o último intervalo RR é inferior a 25% da média aumenta-se o limiar em 25%. Na última adaptação analisa-se o valor médio da transformada MOBD de forma a garantir que o valor de HighThres é sempre superior a 1% da média do limiar. No final da detecção de um QRS são guardados em memória os instantes de ocorrência (inicio, tempo do pico R e fim) e o valor do pico R, os quais são utilizados na detecção de anomalias. 4.3 - Algoritmo de detecção da onda T A detecção da onda T é iniciada após a finalização do último QRS. Ao terminar o algoritmo de detecção do complexo QRS é criada uma janela de procura da onda T, a qual é determinada tendo em conta o instante final do QRS e o valor do ritmo cardíaco do sinal de ECG. Os instantes inicial e final da janela de procura são dados pelas seguintes expressões. inicio = 0.08 + fimqrs fim = inicio + 0.44, intervalorr > 0.7 fim = inicio + 0.7 intervalorr 0.06,c.c. O procedimento para a detecção da onda T é explicado em detalhe no fluxograma da figura 4.3. Quando se está dentro da janela de procura da onda T, filtra-se o sinal de ECG com um filtro de média móvel de dimensão igual a f a 1% ( f a corresponde à frequência de amostragem do sinal). Este filtro tem como função suavizar o sinal de modo a minimizar o efeito do ruído. Após a preparação do sinal inicia-se a procura dos instantes inicial, de pico e final da onda T. Esta pesquisa é feita com recurso aos dois últimos declives do sinal de ECG filtrado. Sempre que os módulos dos dois declives ultrapassam o valor de limiar slope_lim_t considerase esse instante como o início da onda T. Sendo também analisada a polaridade da onda através da sua concavidade. Quando se encontra o início da onda T começa-se a procurar o seu pico, o qual é identificado na mudança do sinal do declive. De modo a evitar que possíveis irregularidades na onda durante a subida sejam consideradas erradamente como sendo o pico, continua-se a analisar os declives de modo a verificar que a mudança do sinal não é esporádica. O final da onda ocorre quando o valor dos declives, em módulo, é inferior a slope_lim_t. No fim do algoritmo de detecção da onda T são guardados em memória os instantes inicial, de pico e final, o valor do pico (correspondente ao máximo ou ao mínimo da onda consoante a polaridade) e a polaridade da onda. 16

Fig. 4.3 - Algoritmo de detecção da onda T. 4.4 - Algoritmo de detecção da onda P Como se pode verificar no fluxograma da figura 4.4 o algoritmo de detecção da onda P é muito semelhante ao algoritmo de detecção da onda T, tendo apenas uma alteração relevante: são procuradas várias ondas P. Esta alteração deve-se à possibilidade de existirem várias ondas P em simultâneo entre QRSs e ao facto da onda P poder ter uma amplitude muito pequena, a qual pode em algumas situações ser ligeiramente superior ao ruído. Quando são encontradas várias ondas P 17

considera-se a onda com maior amplitude como sendo a principal e guarda-se o número de ondas detectadas. Fig 4.4 - Algoritmo de detecção da onda P. 18

A janela de procura da onda P é calculada no final de um QRS e corresponde à última metade do intervalo entre picos R. A procura desta onda termina quando se detecta o início dum complexo QRS novo. Após a detecção da onda P são guardados os instantes inicial, de pico e final, o valor do pico, a polaridade da onda e o número de ondas P detectadas. 19

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5 - Algoritmos de detecção de anomalias 5.1 Anomalias Após a aquisição do sinal, este é analisado procurando-se as suas ondas características. A partir destas e recorrendo aos algoritmos descritos no ponto 5.2, analisa-se se os parâmetros que estão representados na figura 2.2 respeitam certas condições. Durante esta análise as variáveis utilizadas na detecção de anomalias (anexo C) são actualizadas. Tendo a informação necessária determina-se se o ECG apresenta alguma anomalia ou não. Para que o ritmo cardíaco seja considerado normal tem de respeitar as seguintes condições [12]: 1) Onda P de origem sinusal; 2) Intervalo PR constante e com duração entre 0,12 e 0,2 seg; 3) Configurações da onda P constantes na sua própria derivação (neste caso DI); 4) Ritmo cardíaco entre 60 e 100 bpm; 5) Intervalo PP constante (ou RR); 6) Intervalo P entre 0,06 e 0,1 seg; 7) Intervalo QRS entre 0,06 e 0,1 seg; 8) Intervalo QT menor do que 0,44 seg. O ritmo anormal pode ser classificado em irregular ou regular. De seguida apresenta-se uma pequena descrição das anomalias (ou sintomas dessas anomalias) que são detectadas neste projecto, bem como o valor das variáveis que determinam a sua detecção. No caso das arritmias irregulares, são analisadas as seguintes: Extrassístole: É a arritmia mais frequente que pode ocorrer em pessoas com ou sem doença cardíaca. Caracteriza-se por contracções prematuras do coração que interrompem brevemente o compasso normal das batidas e são sentidas, geralmente, como uma pausa, seguida ou não de um batimento mais forte (muitas pessoas referem que sentem como se o coração fosse parar). Podem ser originadas nas aurículas ou nos ventrículos, sendo chamadas, respectivamente, de extrassístoles atriais ou ventriculares. Extrassístole Atrial (ESA): ESA é o batimento prematuro que substitui um batimento de origem sinusal que viria logo a seguir. Estão muitas vezes relacionadas a episódios de stress ou após ingestão de substâncias estimulantes. 21

Fig. 5.1 Extrassístole Atrial (extraído de [13]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal OFF); 2) duração da onda P inferior a 0,06 seg ou superior a 0,1 seg (flag_p_n_normal ON); 3) duração da onda T dentro da média das durações das ondas já analisadas com margem de 15% (flag_t_duracao OFF); 4) polarização da onda T não invertida (flag_t_invertida OFF); 5) ritmo do complexo que está a ser analisado inferior à média dos ritmos já analisados com uma margem de 15% (flag_ritmo_pequeno ON). Extrassístole Ventricular (ESV): As ESVs têm um aspecto mais bizarro em relação as contracções auriculares e a sua presença normalmente não é motivo de preocupação para o médico. Em pessoas com doença no músculo do coração ou com doença na artéria coronária, a presença dessas contracções em grande número podem significar um prenúncio de outros ritmos mais graves no futuro. Fig. 5.2 Extrassístole Ventricular (extraído de [13]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS inferior a 0,06 seg ou superior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal ON); 2) onda P ausente (flag_p_ausente ON); 3) duração da onda T fora da média das durações das ondas já analisadas com margem de 15% (flag_t_duracao ON); 4) polarização da onda T não invertida (flag_t_invertida OFF); 5) ritmo do complexo que está a ser analisado não é inferior à média dos ritmos já analisados com uma margem de 15% (flag_ritmo_pequeno OFF). 6) ritmo do complexo que está a ser analisado não é superior à média dos ritmos já analisados com uma margem de 15% (flag_ritmo_grande OFF). 22

Fibrilação Auricular (FA): Na fibrilação auricular, as aurículas contraem-se aproximadamente 400 a 500 vezes por minuto, no entanto como a maioria dessas contracções é fraca e incompleta, as ondas P não são produzidas. Muitas dessas contracções são bloqueadas no nó AV o que resulta numa resposta ventricular irregular. Sendo assim, analisa-se no ECG se ao longo de 10 segmentos existe linha de base (sinal que está compreendido entre complexos QRS) ondulada e irregular sem onda P e complexos QRS irregulares. Fig. 5.3 Fibrilação Auricular (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS inferior a 0,06 seg ou superior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal ON); 2) existência de várias pequenas arritmias num intervalo de 10seg (flag_ritmo_variante ON); 3) onda P ausente (flag_p_ausente ON). Análise feita durante 3 seg. Bradicardia Sinusal: A bradicardia sinusal é comum em atletas e pode ser uma variante normal. Esta caracterizase por um ritmo cardíaco baixo. Fig. 5.4 Bradicardia Sinusal (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) complexo QRS detectado (flag_qrs_ausente OFF); 2) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é inferior a 0,12 seg (flag_pr_menor OFF ); 3) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é superior a 0,22 seg (flag_pr_maior OFF); 4) duração da onda P superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_p_n_normal OFF); 5) ritmo inferior a 60 bpm (flag_ritmo60 ON); 6) ritmo não superior a 100 bpm (flag_ritmo100 OFF); 7) intervalo entre ondas P não superior à média dos intervalos já analisados com margem de 10% ( flag_pp OFF). 23

Taquicardia Sinusal: Caracteriza-se por um ritmo cardíaco elevado, sendo por isso normal ser detectada durante o exercício físico. Fig. 5.5 Taquicardia Sinusal (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) complexo QRS detectado (flag_qrs_ausente OFF); 2) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é inferior a 0,12 seg (flag_pr_menor OFF ); 3) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é superior a 0,22 seg (flag_pr_maior OFF); 4) duração da onda P superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_p_n_normal OFF); 5) ritmo não inferior a 60 bpm (flag_ritmo60 OFF); 6) ritmo superior a 100 bpm (flag_ritmo100 ON); 7) intervalo entre ondas P não superior à média dos intervalos já analisados com margem de 10% ( flag_pp OFF). Arritmia Sinusal: A arritmia sinusal deve-se a bloqueios sinusais ou bloqueios na saída sinusal. Existem dois tipos de arritmias sinusal: respiratória (aceleração do ritmo) e não respiratória (diminuição do ritmo). No entanto, neste trabalho a detecção desta anomalia é independente da respiração. Fig. 5.6 Arritmia Sinusal (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) complexo QRS detectado (flag_qrs_ausente OFF); 2) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é inferior a 0,12 seg (flag_pr_menor OFF ); 3) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é superior a 0,22 seg (flag_pr_maior OFF); 4) duração da onda P superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_p_n_normal OFF); 5) ritmo inferior a 60 bpm (flag_ritmo60 ON); 6) ritmo não superior a 100 bpm (flag_ritmo100 OFF); 7) intervalo entre ondas P superior à média dos intervalos já analisados com margem de 10% ( flag_pp ON). 24

No caso das arritmias regulares as que são detectadas neste projecto são: Síndroma Wolff-Parkinson-White (WPW): No síndroma Wolff-Parkinson-White um tecido anormal (que existe desde o nascimento) liga as aurículas aos ventrículos (via acessória) fazendo com que o nó AV não seja a única forma de comunicação entre estas duas câmaras. Dessa forma ele pode desencadear uma taquicardia por conduzir através da via para os ventrículos e destes para as aurículas pelo nó AV, ou ao contrário, se a condução da aurícula para o ventrículo passar pelo nó AV e retornar ás aurículas pela via acessória. Fig. 5.7 Síndroma Wolff-Parkinson-White (extraído de [15]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS igual ou superior a 0,12 (seg flag_qrs_largo ON); 2) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS inferior a 0,12 seg (flag_pr_menor ON ); 3) ritmo superior a 100 bpm (flag_ritmo100 ON). Taquicardia Atrial: Séries de contracções auriculares prematuras e consecutivas denominam-se por taquicardia atrial. Neste caso um foco isolado dentro da aurícula dispara ou reentra num circuito local provocando a taquicardia pela rapidez do disparo. O ECG pode fornecer o diagnóstico através da informação da onda P. Fig. 5.8 Taquicardia Atrial (extraído de [15]). Critérios de detecção: 1) ritmo superior a 100 bpm (flag_ritmo100 ON); 2) intervalo entre ondas P superior à média dos intervalos já analisados com margem de 10% ( flag_pp ON); 3) duração da onda P inferior a 0,06 seg ou superior a 0,1 seg (flag_p_n_normal ON). 25

Bloqueio Atrioventricular (AV): O nó AV, que funciona como uma subestação da corrente eléctrica que segue das aurículas para os ventrículos, pode ser acometido de diversos graus de bloqueio da condução, impedindo que os impulsos eléctricos passem adequadamente. São eles: Bloqueio Atrioventricular 1ºgrau O Bloqueio AV de 1º Grau é apenas um prolongamento do tempo que o impulso atrial leva para chegar aos ventrículos. Fig. 5.9 Bloqueio AV 1º grau (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS é superior a 0,22 seg (flag_pr_maior ON); 2) duração da onda P superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_p_n_normal OFF); 3) duração do QRS superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal OFF). Bloqueio Atrioventricular 2ºgrau Neste tipo de bloqueio, parte dos impulsos que tentam chegar aos ventrículos não o fazem efectivamente, podendo o bloqueio estar no nó AV ou logo abaixo. A sua gravidade depende da análise do ECG feita pelo médico e pode variar desde uma condição variante da normalidade até a necessidade de colocar marcapasso. Mobitz tipo I Causado por uma debilitação progressiva na condução através do nó AV, que faz com que o intervalo PR aumente sucessivamente até que exista um intervalo entre QRS muito grande. Fig. 5.10 Bloqueio AV 2º grau tipo I (extraído de [14]). 26

Critérios de detecção: 1) intervalo PR aumentou consecutivamente nos últimos 3 segmentos (PR_aumentar >= 3); 2) intervalo entre o QRS analisado e o anterior superior a 1,5xmédia dos intervalos (flag_qrs_intervalo_grande ON); 3) duração da onda P superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_p_n_normal OFF); 4) duração do QRS superior a 0,06 seg e inferior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal OFF). Mobitz tipo II Menos comum que o Mobitz tipo I, caracteriza-se pelo bloqueio total eventual de um impulso atrial no feixe de His ou nos ramos, resultando num batimento QRS desaparecido. Fig. 5.11 Bloqueio AV 2º grau tipo II (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS inferior a 0,06 seg ou superior a 0,1 seg (flag_qrs_n_normal ON); 2) duração do QRS que está a ser analisado fora da média das durações já analisadas com margem de 10% (flag_qrs_duracao ON); 3) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é inferior a 0,12 seg (flag_pr_menor OFF ); 4) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS não é superior a 0,22 seg (flag_pr_maior OFF); 5) ritmo do complexo que está a ser analisado inferior ou superior à média dos ritmos já analisados com uma margem de 15% (flag_ritmo_pequeno ON ou flag_ritmo_grande ON). Análise feita durante 2 seg. Bloqueio Atrioventricular 3ºgrau BAVT O Bloqueio AV 3º Grau também denominado por Bloqueio Cardíaco Total caracteriza-se pela interrupção total da condução do estímulo eléctrico, o que faz com que os ventrículos encontrem outra forma de gerar a sua própria corrente eléctrica. Assim sendo, após o marcapasso primário não ter conseguido regular o ritmo cardíaco, surge um marcapasso ventricular auxiliar que trabalha a uma frequência diferente da actividade eléctrica auricular. Esta diferença irá produzir batimentos cardíacos mais lentos e criar independência entre as ondas P e os complexos QRS. 27

Fig. 5.12 Bloqueio AV 3º grau (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) existência de pelo menos 3 ondas P entre complexos QRS (flag_p_varias > 3); 2) intervalo entre o início da onda P e o início do complexo QRS inferior a 0,12 seg ou superior a 0,22 (flag_pr_menor ON ou flag_pr_maior ON); 3) ritmo inferior a 60 bpm (flag_ritmo60 ON). Bloqueio Sinoatrial (SA): Os impulsos gerados no nó sinusal podem ser produzidos lentamente ou ser bloqueados na junção entre o nó sinusal e a aurícula. No bloqueio Sinoatrial de primeiro grau, ocorre um atraso na condução do nó até à aurícula, não sendo detectado no eletrocardiograma, mas podendo ser identificado por exames eletrofisiológicos. No entanto, o bloqueio de segundo grau do tipo II pode ser diagnosticado no eletrocardiograma, onde o intervalo PP subitamente aumenta até um valor que corresponde quase ao dobro do intervalo PP usual. O bloqueio de terceiro grau causa paragem atrial. Fig. 5.13 Bloqueio SA (extraído de [14]). Critérios de detecção: 1) intervalo entre o QRS analisado e o anterior superior a duas vezes a média dos intervalos com margem de 5% (flag_qrs_bloqueio ON); 2) complexo QRS detectado (flag_qrs_ausente OFF). Bloqueio de Ramo: Este tipo de bloqueio caracteriza-se por um atraso na activação do ventrículo direito/esquerdo o que resulta num bloqueio do ramo direito/esquerdo. Fig. 5.14 Bloqueio de Ramo (extraído de [15]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS igual ou superior a 0,12 seg (flag_qrs_largo ON). 28

Crescimento das Cavidades: Sempre que há uma sobrecarga de volume ou pressão no coração, uma ou mais câmaras cardíacas aumentam. As sobrecargas de volume tendem a aumentar o diâmetro da câmara designando-se por dilatação. Por outro lado, as sobrecargas de pressão tendem a aumentar a espessura da câmara, designando-se por hipertrofia. Crescimento Auricular: A detecção de crescimento auricular nem sempre é fácil recorrendo ao ECG, pois normalmente existe uma quantidade considerável de variações na configuração da onda P. Fig. 5.15 Crescimento Auricular (extraído de [15]). Critérios de detecção: 1) duração da onda P superior a 0,12 seg (flag_p_duracao ON); 2) amplitude da onda P superior a 15% da amplitude do QRS (flag_p_alta ON). Hipertrofia Ventricular: HV indica que o coração está a fazer um esforço significativo para bombear o sangue pelo corpo sob uma pressão ampliada. O coração aumenta para poder aguentar a carga excessiva, o que ocasiona o aumento de voltagens no ECG. O diagnóstico de hipertrofia ventricular esquerda ou direita a partir do ECG é pouco eficiente (50% dos pacientes que padecem de HV não são detectados quando se utiliza os critérios de detecção a partir do ECG), no entanto quando é detectada em mais de 90% dos casos correspondem a uma correcta detecção. Fig. 5.16 Hipertrofia Ventricular (extraído de [15]). Critérios de detecção: 1) duração do QRS igual ou superior a 0,12 seg (flag_qrs_largo ON); 2) polarização da onda T invertida (flag_t_invertida ON). 29

5.2 - Algoritmos A análise do electrocardiograma é efectuada por segmentos constituídos pela onda P, seguida do complexo QRS e posteriormente da onda T (caso existam e sejam detectadas todos eles). Como tal, em cada instante de amostragem testa-se se foi detectada uma nova onda. Caso a sequência a analisar esteja completa, esta é testada através das funções desenvolvidas: - Testa_QRS; - Testa_P; - Testa_T; - Testa_PP; - Testa_PR; - Testa_QT; - Testa_anomalias. Se detectarmos a ausência de alguma das ondas, é assinalada a flag correspondente (flag_p_ausente, flag_qrs_ausente e flag_t_ausente) e sendo assim esse segmento é considerado incompleto e analisado por apenas algumas das funções. É de realçar que apesar de se analisarem segmentos, algumas anomalias apresentam as suas características ao longo de vários segmentos consecutivos. Nestes casos guardam-se as características detectadas, bem como o seu instante para que se possa determinar se o conjunto destas ocorreu num intervalo válido. Para determinar se os parâmetros são constantes ao longo do ECG, comparam-se estes com a média. Esta por sua vez, é calculada com todos os valores até ao instante anterior, excepto aqueles onde tenha sido detectado uma anomalia. Pois a introdução destes na média iria fazer com que esta não pudesse validar a característica analisada (estaria distorcida). As funções desenvolvidas para analisar a normalidade do electrocardiograma em estudo, são agora descritas: Testa_QRS Nesta função calcula-se o ritmo cardíaco, recorrendo à seguinte expressão: 60 ritmo _ cardiaco = seg tempo _ pico _ R Através deste valor determina-se se existe algum tipo de arritmia: - pequenas arritmias caso o ritmo varie mais do que 15% em relação à sua média; - bradicardia (ritmo < 60bpm) ou taquicardia sinusal (ritmo > 100bpm). Também são analisados a duração do complexo QRS e o intervalo de tempo entre QRSs consecutivos. A duração é calculada através do tempo entre o início da detecção do QRS e o seu fim. Esta tem de se encontrar entre 0,06 e 0,1 seg para ser considerada normal, não poderá variar mais de 10% da sua média para que não seja detectada uma arritmia sinusal e caso seja superior a 0,12 seg estamos na presença de um sintoma de bloqueio de ramo. 30