Towards an Integrated Electrocardiography System for Digital Stethoscopes

Abstract

As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte a nível mundial. Seja por falta de cuidado e preocupação com o estilo de vida, ou por uma doença pré-existente, o impacto das doenças cardíacas na sociedade atual é deveras alarmante. A prevenção, por sua vez, desempenha um papel crucial no que diz respeito à recuperação do estado de saúde da população. Esta pode passar por adotar uma forma mais consciente de viver ou pela monitorização regular do sistema cardiovascular. No entanto, os exames médicos rotineiros, que permitem diagnosticar e controlar estas condições, requerem uma suspeita prévia e uma prescrição direcionada por parte da entidade médica responsável pelo paciente. Neste sentido, a abordagem atual tem as suas limitações e pode impedir a deteção precoce de anomalias cardíacas. Este trabalho apresenta uma abordagem alternativa para diagnóstico de doenças cardiovasculares, por meio de monitorização de auscultação e eletrocardiograma, incorporado num sistema único. Trata-se de um dispositivo inovador que permite a aquisição de sinais de eletrocardiograma ao longo dos cinco pontos de auscultação médica. Tem o intuito de ser incorporado num estetoscópio digital de uso corrente e, assim, permitir adquirir e analisar sinais de fonocardiograma e eletrocardiograma numa utilização única, seguindo as normas de utilização de um estetoscópio regular. O foco deste trabalho foi a conceção e validação de dois protótipos na aquisição de sinais de eletrocardiograma nos pontos de auscultação médica, para posterior incorporação num estetoscópio digital, por meio do estudo de métricas adequadas que permitam avaliar a semelhança entre a ondas de um dispositivo de referência e as dos novos sistemas. Os resultados estão espelhados no protótipo SmartHeart; um acessório inovador, prático e ergonómico, de baixo custo e escalável à prática médica quotidiana.

Cardiovascular diseases are the number one cause of death worldwide. Whether due to a careless lifestyle or to a pre-existing health condition, the impact of heart disease in our society is undoubtedly alarming. Prevention, on the other hand, plays a crucial part in reclaiming the population's health back. Prevention goes from adopting a more conscious way of living, to regular monitorization of the cardiovascular system. However, routine exams that allow the diagnosis and control of such conditions, require a medical suspicion beforehand, and a medical prescription on behalf of the encharged healthcare professional. Therefore, this approach has several limitations and can prevent early detection of cardiac pathologies. This work presents a new approach to diagnose cardiovascular diseases, through auscultation and electrocardiogram monitoring, integrated in a single device. It is an innovative device that collects electrocardiogram signals throughout the five main medical auscultation points. It intends to be incorporated in a commonly used digital stethoscope and, therefore, allow analysis and acquisition of both phonocardiogram and electrocardiogram signals in a single pass, following the policy rules of a regular stethoscope usage. The purpose of this project was the development and validation of two prototypes in the acquisition of electrocardiogram signals on the medical auscultation points, in order to hereafter integrate it into a digital stethoscope, through adequate metrics that allow the evaluation of similarities between waveforms from a gold standard device and the ones obtained with the new systems. The final results can be seen in the SmartHeart prototype; an innovative, practical, and ergonomic accessory, which is also low cost and scalable to the everyday medical practice.