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Datos Generales
Nombre del Diseño de un software para la visualización, análisis y detección de ruidos
cardiacos.
Proyecto
Semillero
GBIO - GUíA BIOMéDICA
Área del
Proyecto
Ingenierías
Subárea del
Ingeniería Biomédica
Proyecto
Tipo de
Proyecto
Proyecto de Investigación
Subtipo de
Proyecto
Investigación en Curso
Grado
octavo Seme
Programa
Académico
Ingeniería Biomédica
Email
[email protected]
Teléfono
3104348314
Nodo
Valle
Integrantes :
[1143826390-KEVIN MACHADO GAMBOA]
Instituciones a las que pertenece :
[8903058811-UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE (UAO)]
Datos Específicos del Proyecto
Introducción
El estetoscopio es el instrumento usado por los médicos para escuchar los sonidos que se
producen dentro del cuerpo humano, en especial los provenientes del corazón o los pulmones.
Desde su invención a principios del siglo XIX este aparato se ha convertido en una de las
principales herramientas utilizadas por profesionales de la salud para el diagnóstico médico de
varias enfermedades. Básicamente, la clave de un diagnostico ante una enfermedad del corazón
implica la diferenciación entre los ruidos cardiacos: sonidos primarios-normales del ciclo
cardiaco denominados como S1 y S2 y los sonidos anormales durante dicho ciclo nombrados
como murmullos (Murmurs), soplos, entre otros sonidos. Para cualquier medico la
identificación de los componentes presentes en el ciclo cardiaco es un elemento importante para
detectar la presencia de un defecto en el corazón, su gravedad y vigilar su curso clínico. La
experticia médica en la técnica de auscultación es un proceso que requiere habilidades de
concentración auditiva, espacios silenciosos, y una excelente formación profesional previa.
Ahora en la modernidad, los avances en la tecnología médica han permitido el desarrollo de
mejoras en los dispositivos como el estetoscopio logrando una versión digital del mismo para
mejorar aspectos como reducción del ruido en el ambiente, el mejoramiento en la calidad del
sonido e incluso en una mayor capacidad de telecomunicación. Una vez que la señal acústica
del corazón es llevada a un ordenador, todo tiende a que se haga uso de softwares para
detección o diagnostico asistido por computadora (Computer Aided Diagnosis, Computer Aided
Detection o CAD) con el objetivo de extraer de la señal la mayor información posible para una
toma de decisiones clínicas basadas en pruebas precisas que complementen la decisión subjetiva
del médico y optimicen su capacidad de auscultación.
Planteamiento del Problema
Los soplos cardiacos son las cardiopatías congénitas (CC) o ruidos cardiacos patológicos más
comunes cuando algo no anda bien en el corazón. Poseen una incidencia que ronda los 5-14
casos por cada 1.000 recién nacidos vivos, la incidencia ronda los 5-14 casos por cada 1.000
recién nacidos vivos y forman parte de las causas de muerte infantil mundial en un 10%. La
detección de estos supone un elemento diagnostico vital para detectar la posible presencia de un
defecto en el corazón. En la actualidad, la valoración clínica de un paciente con sospecha soplo
enfrenta inconvenientes que convierten en un desafío el dictamen que debe generar el
profesional para que el diagnóstico sea contundente y definitivo: ? No todos los soplos son
audibles para los médicos. ? La evaluación clínica varía en función de la experiencia del
médico. ? Los métodos complementarios y sus instrumentos pueden hacer pasar por alto las
formas leves de CC. Para formar la principal base diagnostica ante un paciente con soplo el
objetivo es el de poder diferenciar uno normal de uno patológico. En la actualidad, el
componente fundamental para lograr la detección de los soplos cardiacos es el buen uso del
estetoscopio y experiencia médica. El estetoscopio digital requiere de aplicaciones aun no vistas
en práctica y las pruebas complementarias usadas actualmente para generar el diagnóstico
definitivo incluyen un tiempo determinado que de evitarse, puede ser vital para prevenir futuras
complicaciones en los pacientes acarreadas por la prolongación de una intervención quirúrgica
necesaria. En este proyecto se pretende desarrollar una aplicación de escritorio o software que
efectúe la visualización, análisis y detección de ruidos cardiacos y que permita brindar soporte y
apoyo al médico para un diagnóstico eficaz y definitivo.
Objetivo General
Desarrollar una interfaz gráfica para la visualización, detección y análisis de ruidos cardiacos.
Objetivo Específicos
? Capturar y transformar una señal acústica proveniente del corazón en una señal digital. ?
Conformar una base de datos de ruidos cardiacos ? Determinar una metodología para el
preprocesamiento, segmentación y extracción de características de los registros de audio del
corazón. ? Diseñar un algoritmo para la detección y clasificación de los ruidos cardiacos. ?
Comparar la efectividad de la detección y clasificación de ruidos cardiacos con la de otras
herramientas existentes
Referente Teórico
Existen muchos ejemplos que indican como la medicina moderna está usando nuevos
instrumentos para extender el poder de observación y análisis de los profesionales de salud en
los diferentes procesos clínicos existentes en la actualidad. La Inteligencia Artificial o AI
orientada al diseño y desarrollo de aplicaciones capaces de resolver problemas existentes en el
uso de equipos y sistemas presentes en la infraestructura de toda la industria es responsable de
mucho de esos logros. Ejemplos concretos abarcan desde softwares para el registro médico
electrónico de pacientes hasta aplicaciones para la interpretación de imágenes diagnosticas en la
detección de cáncer, tumores y otras enfermedades. En lo referido a sonidos del corazón se han
descubierto técnicas que obtienen un mejor desempeño que otras, mayor velocidad de cómputo,
uso de memoria y otros factores (sin verse aun la practica en los hospitales) que deben ser
tomados en cuenta para la construcción de mejores algoritmos. Las redes neuronales han ganado
posicionamiento entre las metodologías gracias a que su base científica proviene del estudio de
las redes neuronales biológicas y al hecho de su desempeño en aplicaciones de reconocimiento
de vos. En este proyecto se pretende hacer uso de algoritmos, técnicas y metodologías que
permitan realizar la detección y posterior clasificación de soplos cardiacos. Algunas de las que
más han mostrado un buen desempeño en trabajos de detección y clasificación de señales son
las redes neuronales, Learning Vector Quantization, Support Vector Machine y Mapas
Autoorganizados (Self-Organizing Map).
Metodología
Estudio descriptivo y cuantitativo basado en técnicas de ingeniería para realizar una versión
funcional de un software. Para la primera parte de este proyecto, los registros utilizados
provendrán de bases de datos abiertas o privadas, un estetoscopio digital o un dispositivo que
capture la señal acústica proveniente del corazón y la transforme en una señal digital en formato
mp3. Luego, la metodología para las etapas de preprocesamiento, segmentación, extracción de
características y los algoritmos para la detección y clasificación de los ruidos cardiacos será
desarrollada a partir de un software de programación como Phyton, Octave, Matlab
(Licenciado) u otros. Las primeras tres etapas se buscaran y usaran técnicas de procesamiento
digital de señales efectivas para este particular trabajo y se emplearan las que presenten un
mejor desempeño. En las dos etapas siguientes se buscara realizar el proceso de ingeniería
inversa a los algoritmos existentes para el reconocimiento de patrones en señales de audio para
diseñar uno que detecte y clasifique ruidos cardiacos. Por último, la efectividad del prototipo
funcional esperado será comparada otras herramientas existentes a partir de las técnicas
estadísticas determinadas para el caso.
Resultados
Si se cumplen con todos los objetivos trazados para este proyecto, se obtendrá una versión de un
software que detecte los ruidos cardiacos en diferentes registros de sonidos del corazón,
indicando las patologías con las que el software alcance una confiabilidad determinada. Dicha
aplicación, junto con un estetoscopio digital, puede ser vista como herramienta que ayude al
cardiólogo, médico especialista o no especialista, a brindar un diagnostico eficaz, eficiente y
definitivo sobre la existencia o no de ruidos cardiacos patológicos.
Conclusiones
Bibliografía
1. Evaluación clínico-funcional del movimiento corporal humano. By Javier Daza Lesmes.
Editorial Medica Internacional, 2007. ISBN 958-9141-61-4 2. Soplo cardiaco como motivo de
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DE LA VEGA, J. MELGAR PÉREZ, C. MENÉNDEZ ARIAS, E.M. FERNÁNDEZ
FERNÁNDEZ, G. SOLÍS SÁNCHEZ. BOL P PEDIATR 2012; 50:11-16 3. CARDIOPATÍAS
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Hugo Rodríguez, Richard G. Shoemaker.. 4. Deep Neural Networks for Acoustic Modeling in
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