Fonocardiografía (FCG) - dalcame
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Fonocardiografía (FCG)
— ¿Qué es y para que se utiliza?
—Latido Cardiaco.
—La Señal Fonocardiográfica.
—Diagrama a bloques del Módulo de Fonocardiografía.
Qué es y para que se utiliza
La Fonocardiografía es el registro de los sonidos cardiacos desarrollada para mejorar los resultados obtenidos con el estetoscopio acústico tradicional. Mediante el fonocardiograma, las ondas sonoras procedentes del latido cardíaco pueden ser captadas, registradas, medidas y representadas gráficamente usando la instrumentación adecuada.
El fonocardiograma permite documentar la temporización, intensidad relativa, frecuencia, calidad, tono, timbre y localización precisa de las diferentes componentes del sonido cardíaco, de una forma objetiva y repetible.
El método tradicional de la auscultación de los sonidos cardíacos es aún la primera herramienta básica de análisis que se aplica para la evaluación del estado funcional del corazón, y el primer indicador para remitir el paciente a un especialista. En la auscultación del corazón, el médico intenta identificar y analizar separadamente los diferentes ruidos que componen el sonido cardíaco, realizando después una síntesis de las características extraídas.
La importancia de la auscultación cardíaca se ha mantenido desde la década de los 50 hasta principios de los 80. Durante este lapso, se dilucidaron los mecanismos íntimos de los ruidos y soplos cardíacos, así como las correlaciones precisas entre sonido, presión, movimiento y flujo, todo ello apoyado por estudios basados en ecocardiografía modo M y cateterismos cardíacos.
En aquella época, el clínico entrenado podía alcanzar un diagnóstico definitivo inmediatamente, a la cabecera del paciente, tras una exploración y auscultación concienzuda.
La aplicación de las técnicas de registro, visualización y procesamiento del FCG es la clasificación de los hallazgos auscultatorios en categorías diagnósticas. Por citar unas pocas, entre las patologías cardíacas que pueden ser detectadas a través del FCG se encuentran:
—Estudio de las alteraciones de la distensibilidad ventricular (disfunción diastólica).
—Fonocardiografía de los procesos que afectan al pericardio.
—Estudio de cardiopatías congénitas.
—Diagnóstico de soplos inocentes (especialmente en pediatría).
—Seguimiento de pacientes portadores de prótesis valvulares cardíacas.
—Detección de estenosis mitral, regurgitación mitral, estenosis aórtica, estenosis pulmonar, esclerosis valvular, insuficiencia valvular mitral, cardiomiopatías obstructivas hipertróficas, fístulas coronarias y AV, entre otras.
Auscultación Cardíaca
Es uno de los métodos más valiosos de la exploración cardiológica y a pesar de ser el oído humano un aparato prodigioso, es un instrumento muy pobre para la auscultación cardiaca debido a las características de los ruidos cardiacos. La auscultación cardiaca debe hacerse con el estetoscopio explorador en la región precordial y saliéndose de ellas, para auscultar todas las regiones, las subclaviculares, la axila izquierda, el epigastrio, los vasos del cuello, y la cara posterior del tórax, especialmente en la región interescapular izquierda. Ante todo debe ponerse atención a las áreas de auscultación cardiaca que se describe en la Figura 1.
Figura 1. Focos de Auscultación
El Latido Cardiaco
Un latido cardíaco es una acción de bombeo en dos fases que toma aproximadamente un segundo. A medida que se va acumulando sangre en las cavidades superiores (las aurículas, derecha e izquierda), el marcapasos natural del corazón (el nódulo SA) envía una señal eléctrica que estimula la contracción de las aurículas. Esta contracción impulsa sangre a través de las válvulas tricúspide y mitral hacia las cavidades inferiores que se encuentran en reposo (los ventrículos derecho e izquierdo). Esta fase de la acción de bombeo (la más larga) se denomina diástole. (Ver Figura 2).
Figura 2. El Latido Cardíaco
La segunda fase de la acción de bombeo comienza cuando los ventrículos están llenos de sangre. Las señales eléctricas generadas por el nódulo SA se propagan por una vía de conducción eléctrica a los ventrículos estimulando su contracción. Esta fase se denomina Sístole. Al cerrarse firmemente las válvulas tricúspide y mitral para impedir el retorno de sangre, se abren las válvulas pulmonar y aórtica. Al mismo tiempo que el ventrículo derecho impulsa sangre a los pulmones para oxigenarla, fluye sangre rica en oxígeno del ventrículo izquierdo al corazón y a otras partes del cuerpo.
Cuando la sangre pasa a la arteria pulmonar y la aorta, los ventrículos se relajan y las válvulas pulmonar y aórtica se cierran. Al reducirse la presión en los ventrículos se abre las válvulas tricúspide y mitral y el ciclo comienza otra vez. Esta serie de contracciones se repite constantemente, aumentando en momentos de esfuerzo y disminuyendo en momentos de reposo.
Origen del Sonido Cardíaco
Los fenómenos acústicos, normalmente advertibles, están producidos bien por la contracción de la musculatura cardiaca, y por el cierre de las válvulas de los orificios auriculoventriculares y arteriales. En la fase sistólica se distingue un componente muscular y uno valvular; en la fase diastólica actúa un componente arterial y valvular. La contracción auricular, habitualmente no produce fenómenos acústicos advertibles.
Cada sístole cardíaca produce dos tonos: el primero correspondiente a la contracción de los ventrículos, que al generar el empuje del contenido sanguíneo sobre las válvulas que comunican las aurículas con los ventrículos producen un pandeo al cierre de las mismas, y el segundo al cierre de las válvulas semilunares de los orificios arteriales aórtico y pulmonar.
Los tonos se escuchan en determinados puntos del tórax, llamados focos de auscultación (Ver Figura 1); el foco mitral, sobre la región del latido de la punta (y en el que se tiene en cuenta principalmente la actividad del ventrículo izquierdo); el foco pulmonar, en el segundo espacio intercostal izquierdo, en las proximidades del esternón (en el que se advierte la actividad de la válvula pulmonar y en parte la de la aórtica); y el foco aórtico, en el extremo esternal del segundo espacio intercostal derecho (en el que se advierte la actividad aórtica).
A estos focos se une habitualmente la auscultación sobre el centrum cordis (en el extremo esternal del cuarto y tercer espacio intercostal izquierdo); existen además otros puntos de auscultación externos a la superficie de proyección cardiaca, que pueden estar en todas las regiones del tórax.
La contracción de los ventrículos es simultánea, por lo que existirá una fusión de los fenómenos acústicos en un solo primer tono e igualmente simultáneo es el cierre de las válvulas arteriales, por lo que se ausculta un solo segundo tono.
Sobre los focos de la punta (mitral, tricúspide) el primer tono es autóctono, el segundo se transmite a la base, debiéndose esto al cierre de las válvulas de los orificios arteriales; en los focos de la base (aórtica, pulmonar), los tonos son de origen local.
El primer tono tiene un componente debido a la contracción miocárdica, acústicamente menor, que es más un rumor que un tono, debido a la irregularidad de las vibraciones producidas por las fibras musculares que se contraen y a un componente valvular para el cierre de las válvulas auriculoventriculares (tricúspide y mitral), que producen vibraciones regulares y, por tanto, un verdadero tono.
Este tono se advierte en correspondencia de los focos de auscultación de la parte inferior del corazón (mitral, tricúspide y centrum cordis); más hacia arriba, hacia la base, se auscultarán los tonos debidos a la actividad arterial (focos de auscultación aórtico y pulmonar), y donde el primer tono se debe a la rápida expansión de la pared arterial que vibra bajo el impulso imprevisto de la onda esfígmica, consecutiva a la sístole ventricular, y el segundo tono, que es debido a la expansión de la onda esfígmica contra las cúspides valvulares sigmoideas, que simultáneamente se ponen en tensión y, por tanto, vibran.
El líquido (sangre), que corre con una cierta presión en un sistema de cavidades y de tubos comunicantes entre sí, pero no con el exterior, puede sufrir variaciones de velocidad y de cantidad a lo largo de su recorrido; estas variaciones le pueden imprimir una mayor velocidad o un enlentecimiento, una vía distinta a la normal y una progresión modificada, todas ellas circunstancias que pueden, a su vez, producir fenómenos acústicos.
Es una ley general (definida por Concato y Bacceli en el siglo actual) que la difusión de los ruidos circulatorios suele ser siguiendo la dirección de la corriente sanguínea o bien el curso de los huesos, que son óptimos conductores de las vibraciones. El primer ruido dura cerca de 0.15 segundos y su frecuencia es de 25 a 45Hz; es suave cuando la frecuencia cardiaca es baja, debido a que los ventrículos se llenan bien con sangre y las valvas de las válvulas auriculoventriculares flotan juntan antes de la sístole.
El segundo ruido dura cerca de 0.12 segundos, con una frecuencia de 50 a 75Hz; es fuerte y claro cuando la presión diastólica en la aorta o en la arteria pulmonar está elevada, haciendo que las válvulas respectivas se cierren de manera brusca al final de la sístole. El tercer ruido tiene una duración de 0.1 segundo (GANONG, 2001).
La Señal Fonocardiográfica
Durante el ciclo cardíaco el corazón vibra en su totalidad, provocando una onda acústica que se propaga a través de la pared torácica.
La componente principal de la onda acústica es el ritmo cardíaco, pero además cada estructura del corazón mismo tiene una constitución particular con sus propias características biomecánicas: frecuencias naturales, elasticidad, amortiguamiento e impedancias mecánica y acústica. Esto hace que, tanto la vibración del corazón, como la onda acústica que produce, abarquen un amplio espectro de frecuencias, que puede ir desde 1 Hz o menos hasta superar los 1500 Hz. La amplitud de la señal acústica está en torno a los 80 dB.
El instrumento utilizado clásicamente para captar los sonidos cardíacos es el estetoscopio o fonendoscopio, que tiene por objeto transmitir los sonidos cardíacos con la menor distorsión y pérdida de amplitud posible. Consta de una "campana" y de un "diafragma", que pueden ser intercambiados de forma reversible.
El diafragma y la campana tienen diferentes propiedades acústicas, lo que permite compensar la relativa insensibilidad del oído humano a bajas frecuencias. (Ver Figura 3) Así, el estetoscopio de campana sigue la curva fonocardiográfica de media frecuencia y, por tanto, es superior para auscultar los soplos débiles de media y baja intensidad de la estenosis mitral. Por el contrario, el estetoscopio de membrana elimina las bajas frecuencias y recoge selectivamente las altas frecuencias, aproximándose a la curva logarítmica del audiograma humano.
Por ello, la membrana es mucho más útil que la campana en la auscultación de la base, particularmente en los soplos diastólicos de regurgitación de alta frecuencia y en el desdoblamiento de los tonos cardiacos.
Figura 3. Partes de un Estetoscopio
La auscultación del corazón normal descubre en general sólo dos ruidos: el R1 ("dumb"), que es una vibración amplia y aparece 0.02 s después de comenzar el complejo QRS en el ECG de superficie, y el R2 ("tub"), que es más breve y agudo, y coincide con el final de la onda T.
La separación sistólica de ambos ruidos es normalmente de unos dos tercios de su separación diastólica. Los ruidos cardiacos y soplos se deben a vibraciones producidas por aceleración o desaceleración de la sangre según diversas teorías.
La génesis de cada sonido es la siguiente: R1 se debe al movimiento de la sangre durante la sístole ventricular, al cierre de las válvulas mitral y tricúspide y a la apertura posterior de las válvulas pulmonar y aórtica; R2 se debe a la deceleración y flujo reverso de sangre en aorta y arteria pulmonar, por cierre de arteria aorta y pulmonar y apertura de tricúspide y mitral.
Por otra parte, los soplos cardíacos se deben a turbulencias resultantes de estenosis valvular (se impide el flujo a través de la válvula) o regurgitación valvular (existencia de un flujo de vuelta tras el cierre valvular).
Diagrama a bloques del Módulo de Fonocardiografía
Para realizar un fonocardiograma se necesita un transductor que transforme la onda acústica en una señal eléctrica proporcional. Para ello se utiliza un micrófono piezoeléctrico. Dado que la señal eléctrica obtenida suele tener amplitud muy baja, se realiza una etapa preamplificadora seguida de un filtrado activo para adecuar la señal en su espectro de frecuencia entre 10 – 100Hz respectivamente, y así de esta forma puede ser registrada y grabada en el PC (Ver Figura 4).
Figura 4. Diagrama a bloques de Fonocardiografía
Micrófono Piezoeléctrico TSD108
Es un transductor de sonidos fisiológicos propio del BIOPAC SYSTEMS MP150 (Ver Figura 5). Puede usarse para escuchar los sonidos de Korotkoff en la toma de la presión sanguínea, sonidos cardiacos y una variedad de señales acústicas. Este transductor acústico es un disco cerámico Piezoeléctrico recubierto de un cilindro metálico hermético, que facilita la asepsia.
Figura 5 Micrófono Piezoeléctrico TSD108
Los micrófonos piezoeléctricos se basan en la capacidad que tienen los cristales piezoeléctricos de generar cargas eléctricas al ser sometidos a presión.
Especificaciones técnicas del TSD108.
—El TSD108 no requiere calibración.
—Respuesta en Frecuencia de 10Hz a 3500Hz.
—Recubrimiento en acero esterilizable.
—Ruido de 5µV rms (500-3500Hz).
—Salida máxima de 2V (p-p).
—Peso 9 gramos.
—Dimensiones: 29mm de diámetro, 6mm grueso.
—Cable: 3 metros de longitud, apantallado con conector DB9.
Adecuador de Señal
Su función es adecuar la tensión de salida entregada por el micrófono piezoeléctrico TSD108, evitando las componentes DC y la superposición de las señales en modo común; ya que esta etapa acopla directamente al preamplificador (Amplificador de Instrumentación INA114AP), ver Figura 6.
Figura 6 Filtro Pasivo Pasa Banda de 10Hz a 100Hz
El filtro Pasa Banda diseñado tiene una frecuencia de corte inferior de 10Hz y una frecuencia de corte superior de 100Hz, este rango de frecuencias determina el ancho de banda, conocidos estos valores se calcula la frecuencia resonante; lo cual determina un factor de calidad, que indica un filtro Pasa Banda de Banda Ancha (Ver Figura 7).
Figura 7 Diagrama de Bode Filtro Pasa Banda
Preamplificador
En esta etapa se utiliza el amplificador de instrumentación INA114AP, con una ganancia fija de (Ver Figura 8). A esta etapa acopla directamente la etapa de adecuador de señal de la Figura 9.
Figura 8 Circuito Preamplificador
Filtro Pasa Banda
El circuito de la Figura 9, es un filtro activo Pasa Banda Butterworth de 80dB/década (dos filtros activos Pasa-Baja y Pasa-Altas Butterworth de 80dB/década, conectados en cascada), con una frecuencia de corte inferior de 10Hz y una superior de 100Hz. El filtrado se realiza en el circuito RC y el amplificador operacional (TL084CN) se utiliza como amplificador de ganancia unitaria. A la etapa de filtrado Pasa Banda se acopla dos seguidores de tensión en serie con condensadores de desacoplo de corriente DC conectados a jack ¼ mono, como salida al BIOPAC MP150 y a la tarjeta del PC respectivamente.
Figura 9 Circuito Filtro Pasa Banda 80dB/dec
Paso de diseño en el filtro Pasa Banda (10Hz-100Hz)
A fin de garantizar que la respuesta a la frecuencia sea plana durante los valores de pasabanda se aplican los siguientes cálculos:
El rango de frecuencias comprendidas entre y sirven para determinar el ancho de banda y la frecuencia resonante con una selectividad de filtro Pasa Banda que lo sitúa dentro de los filtros Pasa Banda de Banda Ancha.
El filtro de Banda Ancha obtenido mediante los filtros Pasa Bajas y Pasa Altas conectados en cascada tienen las siguientes características:
—La frecuencia de corte inferior, fh, está determinada sólo por el filtro pasa altas.
—La frecuencia de corte superior, fl, está definida exclusivamente por el filtro pasa bajas.
La ganancia tendrá su valor máximo en la frecuencia resonante fr, y su valor será el mismo que la ganancia banda de paso de cualquiera de los filtros anteriores (Ver Figura 10).
Figura 10 Diagrama de Bode Filtro Pasa Banda (10-100 Hz)
Procedimiento de Diseño Filtro Pasa Bajas de 100Hz (80dB/dec)
Procedimiento de Diseño Filtro Pasa Altas de 10Hz (80dB/dec)
Nota: Es importante tener en cuenta el acople de impedancia entre la señal entregada por el filtro y el sistema de adquisición, máxime cuando son fuentes independientes de alimentación. Esto genera componentes DC y ruido excesivo que contamina la señal.
Control de Volumen
La tensión proveniente del Filtro Activo Pasa Banda de 80 dB/dec debe ser atenuada para que no exista saturación de la señal en el Amplificador que posee una ganancia fija preestablecida.
En la Figura 11, se muestra la etapa de control de volumen creada con un arreglo de resistencias y un potenciómetro (R23 de 1KW) relacionados entre sí como un divisor de tensión, de la siguiente manera:
Dado que, R23 puede tomar valores entre 0 y 1KW, se pueden hallar dos topes de volumen Vcmín y Vcmáx.
Figura 11 Control de Volumen
Amplificador
Esta etapa se diseñó utilizando un amplificador de instrumentación INA114AP, igual al utilizado en la etapa de preamplificación, posee una ganancia fija de:
Lo cual nos da una ganancia total de: 2501* 0.4*7.1=7102, acoplando las dos etapas (preamplificador y amplificador). La etapa de control de volumen ofrece una ganancia variable debido a la atenuación que ejerce sobre la señal que proviene del preamplificador.
Esta atenuación cumple un papel importante en la auscultación de los pacientes, relacionada con la intensidad de Sonido Cardiaco que se hace más débil en personas de edad avanzada.
La salida del amplificador está conectada al condensador C9 que sirve para el desacoplo de las corrientes Dc. El terminal negativo de C9 en serie con el Jack estéreo de ¼ referenciados a tierra forma la salida a los audífonos (Ver Figura 12).
Figura 12 Amplificador para audífonos
