Análisis Digital de Sonidos Pulmonares en Sujetos Normales Dr. Juan Ignacio Padilla Cuadra1, Dr. Alexei Putvinsky2 1. Vicedecano de Medicina, Universidad de Iberoamérica, 2. Profesor de Física Médica, Facultad de Medicina, Universidad de Iberoamérica Correspondencia a: [email protected] Resumen considerables Introducción: La auscultación pulmonar es una herramienta indispensable en el examen físico. Recientemente, estetoscopios la incorporación digitales, dispositivos de de grabación sensibles y software de análisis de sonido ha permitido llevar a la auscultación a otro nivel. Métodos: Se realizó un estudio que consistió en grabar digitalmente los ruidos pulmonares de 10 voluntarios sanos en diferentes situaciones. Posteriormente, cada uno de los registros fue analizado en un software especializado (Audacity). Resultados: El análisis de sonidos pulmonares de intensidad y de reconocimiento en el espectrograma entre la auscultación en pared torácica y la traqueal. El análisis por espectrograma permite distinguir gráficamente entre los sonidos pulmonares, la interferencia de ruidos cardiacos, y artefactos como gruñir, toser o hablar durante la auscultación. Conclusiones: Se demostró que es factible la aplicación del análisis de sonidos respiratorios para fines de reconocer fases del ciclo respiratorio y su frecuencia así como la identificación de artefactos. Palabras clave: Sonidos Pulmonares, análisis espectral normales permitió identificar las fases del ciclo respiratorio, principalmente cuando se ausculta a nivel traqueal. No se demostraron diferencias en intensidad según el lado (derecho o izquierdo) que se ausculte. Hay diferencias Abstract Introduction: Pulmonary auscultation is an useful tool for the physical exam. Recently, digital stethoscopes, digital recorders and posibilidad computerized sound analysis took lung sounds determinados rangos de frecuencias. Los auscultation to the next level. estetoscopios convencionales amplifican los Methods: In this study, the lung sounds were recorded from 10 healthy volunteers in different situations. Then, the records were analyzed with a specialized software (Audacity). Results: The analysis of normal respiratory sounds allowed to identify phases of the respiratory cycle, mainly during tracheal auscultation. There were no differences in intensity between right and left side. There were clear differences in spectrogram between tracheal and chest wall auscultation. The spectrogram analysis distinguished between lung sounds, heart sounds and artifacts. Conclusions: It was demonstrated that this respiratory sounds analysis is useful to recognize phases of respiratory cycle and artifacts. de detectar sonidos en sonidos de frecuencias bajas pero se dejan de percibir frecuencias mayores a 120 Hz en cuyo rango podría darse ruidos clínicamente importantes (1). Los avances en computación hacen posible sobrepasar estas limitaciones resolviendo los defectos en la captación de la señal y ampliando a una extensa gama las posibilidades de procesamiento de la señal y su procesamiento. Existen actualmente micrófonos de cámara acoplada y los acelerómetros que permite llevar el estudio de sonidos pulmonares a otro nivel. Esto ha impulsado una corriente de investigación dirigida al uso de herramientas digitales para el estudio de los ruidos pulmonares. De igual manera, se han realizado esfuerzos para la estandarización de los métodos de adquisición y análisis de estos Keywords: Lung sounds, spectral analysis Introducción La auscultación de los sonidos respiratorios ha sido una herramienta indispensable en el físico desde la introducción del estetoscopio por Laennec en 1821. No obstante, técnicamente el estetoscopio posee limitaciones que reduce la sonidos mediante la iniciativa europea denominada CORSA (Computerized Respiratory Sound Analysis) (2) Esto permitirá un mayor conocimiento de los ruidos normales y muy especialmente la caracterización cuantitativa de las alteraciones de estos ruidos en condiciones patológicas como asma aguda, edema pulmonar y formas de b. Auscultación de ruidos pulmonares en fibrosis pulmonar. El análisis exhaustivo de los región anterosuperior espectros de sonido de cada una de estas profundidad normal derecha con presentaciones de ruidos respiratorios puede c. Registro de ruidos pulmonares en región eventualmente permitir la realización de antero superior derecha con inspiración diagnósticos diferencial e incluso para la y espiración forzadas evaluación de la respuesta a determinadas d. Registro de ruidos traqueales ( a nivel de medidas de terapéuticas. escotadura supraesternal) En una primera fase de estudios relacionados e. Auscultación de respiración normal mientras sujeto con el análisis computarizado de los ruidos a. Tose pulmonares se propone determinar la viabilidad b. Habla de auscultar, registrar en formato digital y analizar mediante software especializado los ruidos respiratorios de voluntarios normales. La realización reconocer de estos patrones registros normales, permitirá c. Emite quejido f. Auscultación de ruidos cardiacos g. Auscultación de artefactos de contacto con pared torácica con sujeto que no morfología respira habitual de las ondas, su espectrograma y detectar artefactos frecuentes. Metodología. Lo anterior busca: frecuencia entre los diferentes focos de Se escogieron al azar 10 individuos sanos, a los cuales se les explicó el objetivo del estudio y su metodología. Todos los individuos aceptaron auscultación inferiores, derecho e izquierdos. y espiración) en el espectrograma en condiciones normales cada una de los siguientes focos y situaciones de a. Focos anterior superiores y posterior Diferenciar las fases del ciclo respiratorio (inspiración participar y se realizaron al azar registros en auscultación: Identificar diferencias en amplitud y y forzadas Reconocer patrones de espectrograma en situaciones normales ( tos, habla y emisión de quejidos u otros tipos de nivel de segundo espacio intercostal en ruidos adventicios) la línea media clavicular. Diferenciar los patrones de onda y espectrograma de los ruidos cardiacos de los ruidos respiratorios Definir los rangos de frecuencias para los Para comparar con auscultación a nivel traqueal, se obtuvieron registros a nivel de cara lateral izquierda del cuello. ruidos que contaminan el registro de los Para obtener un registro basal de ruidos no sonidos pulmonares propiamente dichos deseados y posteriormente realizar registro formal se obtendrá: Procedimiento Registro basal de estetoscopio sobre pared torácica (foco basal posterior y El proceso de registro se realizó según anterior) recomendaciones generales en una habitación cardiacos. con el menor ruido ambiental posible con adecuada ventilación y temperatura (3). Con el sujeto en posición sentada se realizarán los registros de auscultación pulmonar directamente sobre la pared torácica según se para registro de ruidos Para el registro de los ruidos cardiacos, se ausculta a nivel de: Cuarto espacio intercostal izquierdo a nivel de línea media clavicular indica previamente. Los focos de auscultación serán: Cada registro se realizó en 3 voluntarios Región posterior basal de campos diferentes con el fin de escoger el que pulmonares ( lado derecho y lado presentara menor cantidad de interferencia y izquierdo) a 5 cm lateral a l línea artefactos. Cada registro fue de 20 segundos los paravertebral y 5 cms bajo el ángulo cuales se contabilizarán con el cronómetro de la escapular) grabadora digital. Región anterior superior de campos pulmonares (lado derecho e izquierdo) a Los registros fueron obtenidos por uno de los superior y postero-inferior bilaterales), 4 investigadores mediante el uso del siguiente registros con respiración normal y forzada, 4 equipo: registros de ruidos cardiacos, 3 registros de Estetoscopio digital electrónico ds32a Limited Edition de Thinklabs ( South superficie sin ventilación. Se describen e ilustran a continuación los Pontiac Court Centennial, CO, EUA) registros que fueron escogidos por su mayor Grabadora digital ICD-PX333F de Sony ( claridad y menor interferencia. Para cada Konan Minato Ku Tokio, Japón) registro se muestra el trazo de onda (frecuencia El registros de sonidos en formato MP3 serán transferidos en dispositivo de memoria a una por tiempo), gráfico de espectro lineal y su respectivo espectrograma. computadora y luego analizados en Unidad de Registro con respiración normal Powerlab mediante conexión por medio del Registro con ventilación forzada cable conector MLAC08 Registro de ruidos cardiacos Registro de superficie Los registros serán analizados mediante: Thinklabs Phonocardiography Software powered by Audacity Resultados Se obtuvieron un total de 12 registros en diferentes focos de auscultación (antero- En la figura 1, se muestra la distribución según frecuencias e intensidad de los sonidos respiratorios a la auscultación de superficie en los de los sujetos del estudio. Figura 1. Curva de frecuencias de auscultación de ruidos pulmonares en región antero superior en sujeto normal. Mediante el espectrograma se puede reconocer distinguir los claramente el patrón distintivo de ruidos respiratorios. ruidos cardiacos de cardiacos (figura 2). De esta manera es posible Figura 2. Ondas y espectrograma que muestra patrón de ruidos cardiacos. Nótese que puede identificarse el primer y segundo ruido. los Mediante las maniobras de respiración forzada, más sencillo reconocer cada fase del ciclo se refuerza la intensidad en el espectograma y es (inspiración y espiración). (Figura 3). Figura 3. Espectrograma que muestra patrón de ruidos respiratorios con patrón normal y forzado. Figura 4. Espectrograma que muestra patrón de ruidos respiratorios normales con gruñido intercalado. El análisis de los registros permite además identificar ruidos que introducen artefacto en el trazo de base de respiración normal (figura 4). Estos artefactos son más regulares y armónicos cuando no corresponde a gruñidos sin sentido sino a la articulación de palabras. (Figura 5) Figura 5. Espectrograma que muestra patrón de ruidos respiratorios normales con el paciente hablando de manera intermitente. A B Figura 6. Comparación de intensidad entre registro de respiración normal a través de pared torácica (A) y sonidos traqueales (B). Nótese mayor intensidad en auscultación traqueal Los registros a nivel de tráquea demostraron dar Además de valorar la morfología e intensidad de trazos más claros e intensos (figura 6). los ruidos pulmonares, el análisis permitió identificar la frecuencia respiratoria (figura 7). A B Figura 7. Se muestra dos patrones respiratorios en el mismo sujeto. Inicialmente un patrón de respiración profunda y lenta (A) y luego un patrón rápido (B) Tal como se mostró en la figura 2, el dos ruidos cardiacos y hasta su frecuencia por espectrograma permite identificar los ruidos minuto. cardiacos. En la figura 8, podemos identificar los Figura 8. Patrón de ruidos cardiacos normal. Se puede identificar claramente I° y 2° ruido cardiaco y se puede estimar la frecuencia cardiaca (aproximadamente 72 por minuto) Finalmente, si integramos estos diferentes tipos de análisis, es posible reconocer el patrón respiratorio A B C Figura 9. Comparación de registro de onda y gráfico de frecuencias y amplitud entre respiración normal por auscultación de pared torácica (A), ruidos cardiacos (B) y paratraqueal (C). Nótese la aparición de frecuencias superiores a los 20 kHz. Clasificación y nomenclatura de los ruidos frecuencia del sonido generado en vías respiratorios superiores se encuentra entre 900-1200 Hz (4). A nivel del tracto respiratorio, se genera sonido por el flujo aéreo intraluminal para luego propagarse hacia el parénquima. El rango de Con el fin de asignar valor clínico a la interpretación de los hallazgos de la auscultación pulmonar se han asociado distintos sonidos a cambios en la vía aérea. Por ejemplo, la reducción del lumen de la vía aérea se asocia morfología sinusoidal con frecuencias a sonidos de mayor frecuencia. Con el objetivo entre 100 y 1000 Hz con duraciones de homogenizar estos hallazgos, se propone una mayores a 80 ms. Reflejan obstrucción nomenclatura, por consenso, de los ruidos en la vía aérea y aumento de la respiratorios la cual se resume a continuación resistencia al flujo aéreo. (5). Roncus: por vibración de la vía aérea y movimiento de líquido con morfología Nomenclatura de los ruidos respiratorios sinusoidal con frecuencia menores a 300 Se considera existen dos grupos mayores de Hz y duración mayor a 100 ms. Son ruidos respiratorios: producto de secreciones que obstruyen los normales y los el lumen bronquial. adventicios. Los normales incluyen: segmentaria con un rango de frecuencia de 100 a 800 Hz. Estos permiten determinar la ventilación regional y la resistencia en la vía aérea de la vía aérea pequeña y secreciones en ella. Son de carácter explosivo (duración Ruidos pulmonares: que se generan por flujo turbulento en la vía área central y Ruidos traqueales: se generan de la Crépitos: son el resultado de la apertura menor a 20 ms). Estridor: se origina en la obstrucción de la vía aérea superior y tiene carácter musical con duración mayor a 250 ms a frecuencia mayores a 200 pero menores a 1500 Hz. misma manera que el grupo anterior pero se originan en la laringe, tráquea y En relación a los ruidos pulmonares, los vía aérea superior. traqueales son más fuertes y con un rango Los ruidos accesorios o adventicios se dividen en 4: mayor de frecuencias que oscila desde menos de 100 Hz a más de 1 500 Hz. Su origen es a nivel del flujo aereo en la vía aerea superior y suelen Sibilancias: que se deben a oscilaciones ser más puors sin modificación por el tejido la corriente de aire y tienen una pulmonar. Estos tambien han sido sujetos a estudios en la apnea obtructiva del sueno y en la deteccion de obstruccion de la vía aérea en respiratorio, principalmente cuando se ausculta diferentes niveles. (6-7) a nivel traqueal. No se demuestran diferencias La auscultación traqueal se caracteriza por tener una importante intensidad de sonido y se pueden identificar fácilmente las dos fases del ciclo respiratorio (8).La frecuencias de estos sonidos oscilan entre 100 Hz a casi 5000 Hz, con una caída abrupta alrededor de los 800 Hz y poca energía más allá de los 1500 Hz (9). en intensidad según el lado (derecho o izquierdo) que se ausculte. Hay diferencias considerables de intensidad y de reconocimiento en el espectrograma entre la auscultación en pared torácica y la traqueal. El análisis por espectrograma permite distinguir gráficamente entre los sonidos pulmonares, la interferencia de ruidos cardiacos, y artefactos como gruñir, toser o hablar durante la Aunque clínicamente frecuencia la no exploración se de realiza los con ruidos traqueales, puede ser útil para identificar obstrucciones en la vía aérea superior. A la auscultación sobre la superficie de la caja torácica, los sonidos se influenciados por las estructuras de anatómica. Es posible identificar auscultación. Se demostró que es factible la aplicación del análisis de sonidos respiratorio para fines de reconocer fases del ciclo respiratorio y su frecuencia. En la siguiente etapa, se pretende aplicar esta misma herramienta para el análisis de sonidos respiratorios anormales. con mayor facilidad los sonidos durante la inspiración y al inicio de la espiración. Las frecuencias son de un margen más restringido Referencias que los sonidos traqueales (entre 100 y 1000 Hz) 1. Abella M, Formolo J, Penny DG. Comparison notándose la caída entre 100 y 200 Hz. (10) of acoustic properties of six popular stethoscopes. J Acoust Soc Am 1992; 91: 22242228. Conclusiones El análisis de sonidos pulmonares normales permite identificar las fases del ciclo 2. Sovijarvi A, Vanderschoot J, Earis, J.E. Standarization of computerized respiratory sound analysis. 3. Piirila P, Sovijarvi A, Earis J, Rossi M, Dalmasso F, Stoneman S. Vanderschoot. Reporting results of respiratory sound analysis. Eur Respir Rev 2000; 10: 77: 636-640. 4. Sánchez I. Aplicaciones clínicas del estudio objetivo de los ruidos respiratorios en pediatría. Rev Chil Pediatr 2003; 74 (3):259-268. 5. Cugell DW: Lung sound nomenclature. Am Rev Respir Dis 1987; 136: 1016. 6. Laennec RTH. De Pauscultation mediate ou traité du diagnostic des maladies des poumons et du coeur. Paris: Brosson & Chaudé, 1819. 7. Mikami R, Murao M, Cugell DW, et al. International Symposium on Lung Sounds: sinopsis of proceeding. Chest 1987; 92:342-5. 8. Bohadama a, Izbicki G, Kraman S. Fundamentals of Lung Auscultation. N Engl J Med 2014; 370; 8: 744-751. 9. Gavriely N, Palti Y, Uffhotz H. Breath sounds in the clinical assessment of airflow obstruction. Thorax 1978; 92: 345-51 10. Gavriely N, Nissan M, Rubin AHB, Cugell DW. Spectral characteristics of chest Wall breath sounds in normal subjects. Thorax 1995; 50: 1292-300.