Contribución al análisis temporal del ciclo cardíaco mediante el fonocardiograma

Abstract

La fonocardiografía es una técnica no invasiva que brinda información sobre el funcionamiento de las válvulas cardíacas y el comportamiento del ritmo cardíaco en general. El fonocardiograma (PCG) o registro de los sonidos cardíacos se destaca por su sencillez, bajo costo y muy poca interferencia de otras partes del sistema cardiovascular, pues se toma en una región muy cercana al corazón. Sin embargo, es notoria la ausencia de métodos exactos y robustos al ruido para determinar la duración y variabilidad temporal del ciclo cardíaco mediante el PCG, y la carencia de métodos de corrección de artefactos en las series temporales que permitan calcular los indicadores estándares de la variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC) a partir de series con artefactos. La hipótesis que se sustenta en esta tesis es que si se detectan con exactitud y robustez al ruido los instantes de ocurrencia de los sonidos S1, es posible mejorar la evaluación de la cronometría del ciclo cardíaco mediante el PCG. Para demostrar esta hipótesis, en esta tesis se proponen y evalúan con señales reales y casi-artificiales, tres métodos para extraer parámetros del sonido S1 con mayor exactitud y robustez al ruido que los convencionales. También se proponen y evalúan tres nuevos métodos para corregir artefactos en series temporales que se integran armónicamente con el cálculo de los indicadores de la VFC, mejorando lo reportado en la bibliografía en este aspecto. Finalmente se evalúa el uso de la serie S1S1 del PCG para analizar la VFC en sujetos sanos, con buenos resultados preliminares.

Phonocardiography is a non-invasive technique that provides information on the functioning of the heart valves and the behavior of the heart rhythm in general. The phonocardiogram (PCG) or recording of heart sounds stands out for its simplicity, low cost and very little interference from other parts of the cardiovascular system, since it is taken in a region very close to the heart. However, there is a notable lack of exact and noise-robust methods to determine the duration and temporal variability of the cardiac cycle through the PCG, and the lack of artifact correction methods in the time series that allow calculating the standard indicators of cardiac cycle. heart rate variability (HRV) from series with artifacts. The hypothesis that is supported in this thesis is that if the instants of occurrence of the S1 sounds are accurately and robustly detected, it is possible to improve the evaluation of the chronometry of the cardiac cycle by means of the PCG. To demonstrate this hypothesis, in this thesis three methods are proposed and evaluated with real and quasi-artificial signals to extract parameters from the sound S1 with greater accuracy and robustness to noise than conventional ones. Three new methods are also proposed and evaluated to correct artifacts in time series that are harmoniously integrated with the calculation of HRV indicators, improving what is reported in the literature in this regard. Finally, the use of the S1S1 PCG series to analyze HRV in healthy subjects is evaluated, with good preliminary results.