dispositivo digital para el registro continuo de presión

VII Congreso de la Sociedad Cubana de Bioingeniería
Habana 2007
DISPOSITIVO DIGITAL PARA EL REGISTRO CONTINUO DE
PRESIÓN ARTERIAL DE FORMA NO INVASIVA Y
AMBULATORIA
W. Gamboa, L. Rodriguez, A. Cháves
Fundación Cardiovascular de Colombia
Grupo de Bioingeniería
[email protected]
RESUMEN
En este trabajo se presentan los resultados del proyecto
Diseño y construcción de un prototipo experimental de
monitoreo ambulatorio 24 horas de las presión sistólica,
diastólica, media y la frecuencia cardiaca en tomas
regulares y con diferentes intervalos de medida en sujetos
experimentales. El realizar la medición de la presión
arterial de una forma portátil y ambulatoria, permite
obtener información fuera del contexto médico u
hospitalario, de forma que las presiones arteriales son más
representativas. Con esta técnica se evita la reacción de
alerta o fenómeno de bata blanca que se produce por el
hecho de medir la presión arterial en un ambiente sanitario.
Por otra parte, al tener información durante las 24 horas se
puede conocer el patrón circadiano del sujeto.
En el
prototipo, se tuvieron en cuenta criterios de calidad, bajo
costo y pertinencia social, que permitirán ampliar la
cobertura en el servicio de diagnóstico de la hipertensión y
la pre-hipertensión arterial.
.
Palabras clave: Holter, Método Oscilométrico Monitor
Ambulatorio, Pre-hipertensión, Presión Arterial
1. INTRODUCCIÓN
En Colombia, durante las últimas décadas, las
enfermedades cardiovasculares (ECV) se han convertido en
la primera causa de mortalidad en la población general y la
primera causa de muerte no violenta en la población en
edad productiva [1].
La hipertensión arterial (HTA) es uno de los factores de
riesgo cardiovascular (FRC) más importantes y frecuentes
en la Región de las Américas. La Organización
Panamericana de Salud (OPS) estima que durante los
próximos 10 años, ocurrirán aproximadamente 20,7
millones de defunciones por ECV en esta región y que 2,4
millones de estas defunciones podrán ser atribuidas a la
HTA [2].
Con la reciente divulgación del séptimo comité conjunto
para el diagnóstico de HTA (VII JNC) [3], la clasificación
de hipertensión se hizo más exigente en los niveles de
normalidad. Así, se califica como prehipertenso un sujeto
que presente cifras tensionales sistólicas entre 120 y 139
mmHg y entre 80 y 89 mmHg de presión diastólica, con
varias repercusiones acerca de recomendaciones en
prevención primaria y secundaria.
En los países en vía de desarrollo solo la tercera parte de
la población hipertensa conoce su diagnóstico, y de estas
solo el 20% recibe atención médica, mientras que en los
países desarrollados el 40% de la población hipertensa
recibe tratamiento para el control de su HTA [2].
Estas cifras demuestran el real impacto que ejerce la
falta de control de la HTA sobre la salud pública en países
como Colombia; responsabilidad que recae en las Empresas
Prestadoras de Salud (EPS), las cuales deben implementar
planes de acción correctivos que comprenden desde
exámenes con equipos especializados hasta procedimientos
invasivos de corazón.
Para el adecuado diagnóstico de la HTA se han diseñado
equipos denominados “Holter de Presión Arterial”, con
precios superiores a los US $2,000; razón por la cual, es
conveniente diseñar y construir nuevos equipos con
tecnología propia, validados según estándares de calidad y
seguridad internacionales que garanticen alta fiabilidad y
rendimiento. Esto reduciría los costos en un 50%,
ofreciendo una mayor cobertura a un menor precio,
posibilitando la inversión de los recursos de la salud en el
tratamiento de otro tipo de enfermedades e impulsando el
desarrollo tecnológico en el país.
Dentro de las ventajas que ofrece el “Holter de presión
arterial” se encuentran la ayuda para establecer fielmente
los cambios de presión arterial durante un periodo de 24
horas que tienen las personas hipertensas o con riesgo de
serlo (prehipertensas) y la certeza de las cifras que con
métodos convencionales no se obtendría, lo cual favorece la
calidad del control sobre el tratamiento. Este examen
elimina las dificultades que presentan algunos sujetos a la
hora de su toma de presión arterial en un ambiente
hospitalario, (hipertensión de “bata blanca”), la gran
variabilidad de cifras y del efecto placebo.
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En este artículo se muestran los resultados preliminares del sociedades como la nuestra donde esta necesidad parece
proyecto “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN mucho más apremiante [4].
PROTOTIPO PARA EL REGISTRO CONTINUO DE
La prevención primaria brinda la oportunidad de
PRESIÓN ARTERIAL DE FORMA NO INVASIVA Y interrumpir y prever el costoso y continuo ciclo del manejo
AMBULATORIA”
financiado por Colciencias y la de la hipertensión y sus complicaciones. La hipertensión es
Fundación Cardiovascular de Colombia en la Convocatoria prevenible con estrategias de educación sobre la población,
Nacional para la Presentación de Proyectos de individuos o grupos con alto riesgo para sufrir hipertensión.
Investigación - Programa Nacional de Ciencia y Tecnología Los cambios en el estilo de vida son más exitosos sobre
de la Salud 2004.
todo cuando se aplican oportunamente en individuos de
mayor edad o aquellos de más alto riesgo. Disminuir la
presión arterial, repercutirá en una reducción en el riesgo
2. METODOLOGÍA
para sufrir enfermedad cerebrovascular o enfermedad
2.1. Hipertensión y prehipertensión. La HTA se coronaria [5].
define como una presión arterial sistólica (PAS) mayor o
igual a 140 mmHg, acompañada de una presión arterial
2.3. Monitorización ambulatoria de presión arterial
diastólica (PAD) igual o mayor de 90 mmHg. El objetivo
de identificar y tratar la HTA es disminuir el riesgo de ECV (mapa). Método oscilométrico. Este método es empleado
y su morbimortalidad asociada. Para este propósito, se han por la mayoría de dispositivos automáticos no invasivos.
desarrollado clasificaciones de la presión arterial en un Con él, las medidas de presión arterial no se toman
adulto que permiten identificar los individuos en alto riesgo directamente de la arteria, sino de los cambios de presión de
y proporcionar guías para su adecuado seguimiento y un brazalete presurizado que se coloca alrededor del brazo.
tratamiento. La relación positiva entre PAS y PAD y el El brazalete es inflado por medio de una microbomba de
riesgo cardiovascular ha sido reconocida durante mucho aire ó mediante un bulbo de goma, hasta alcanzar una
tiempo y se caracteriza por ser fuerte, continua, consistente, presión de 20 a 30 mmHg por encima de la presión sistólica
independiente, predictiva y etiológicamente significativa de cada paciente, garantizando la oclusión de la arteria, a
para aquellos pacientes con y sin cardiopatía coronaria. Por continuación se deja escapar el aire a una rata de
lo tanto, aunque la clasificación de la presión arterial del aproximadamente 3 mmHg por segundo. De esta forma
adulto es algo arbitraria, es útil para los médicos que deben aparecen unas pequeñas oscilaciones de amplitud constante,
realizar las decisiones de tratamiento con base en una gama (ver figura 1). A medida que la presión en el brazalete
de factores, incluyendo el valor real de presión arterial (ver disminuye la arteria trata de permitir el flujo sanguíneo, y
las oscilaciones comienzan a aumentar su amplitud, en ese
tabla I). [3]
momento se considera la presión arterial sistólica, las
TABLA I
oscilaciones continúan creciendo hasta alcanzar un máximo
Clasificación de Hipertensión según el JNC VII
el cual corresponde a la presión arterial media, luego
Presión Arterial
Sistólica: mmHg Diastólica:
comienza a disminuir rápidamente y se presenta la presión
mmHg
arterial diastólica en el momento en que la arteria recupera
Normal
< 120
< 80
su flujo sanguíneo normal, y finalmente las oscilaciones
Prehipertensión
120 - 139
80 – 89
regresan a su amplitud normal.
Hipertensión Estadio 1
140 - 159
90 – 99
Hipertensión Estadio 2
> 160
> 100
3
2
Zona de oscilaciones
1.5
1
0.5
0
0
5
10
15
20
25
Tiempo (seg)
3.5
30
35
40
PAM
3
PAS
2.5
Amplitud (V)
2.2. Prevención primaria y secundaria en
Hipertensión. Se requiere una estrategia que amplíe las
oportunidades para prevención en diferentes dimensiones:
1- incluyendo la población más precozmente (los programas
vigentes del ministerio de salud inician en sujetos mayores
de 50 años); 2- determinando los niveles de ateroesclerosis
en sujetos asintomáticos sin eventos cardiovasculares
previos (la medición de la ateroesclerosis subclínica es una
herramienta clínicamente disponible actualmente); 3revaluando los niveles umbral para considerar los
individuos a riesgo (el riesgo cardiovascular se comporta
como un continuo y el establecimiento de categorías puede
reducir las oportunidades de prevención); 4- tratando varios
factores de riesgo simultáneamente (el efecto de los factores
de riesgo cardiovascular es aditivo, incluso por debajo de
los niveles considerados como de riesgo); 5- identificando
nuevos factores de riesgo cardiovascular en la población
colombiana y 6- determinando la brecha existente en la
aplicación de las medidas de prevención conocidas como
efectivas. Todas estas acciones podrían aumentar la
cobertura y oportunidad de los programas de prevención en
Amplitud (V)
2.5
PAD
2
1.5
1
0.5
0
10
15
20
Tiempo (seg)
25
30
35
Fig 1. Método oscilométrico
2.4. Mapa. La monitorización ambulatoria de la presión
arterial (mapa) consiste en una técnica de medida de la
presión arterial con aparatos automáticos portátiles, que
permiten obtener registros durante las 24 horas (figura 2)
[6]. El realizar la medición de la presión arterial de una
forma portátil y ambulatoria, permite obtener información
fuera del contexto médico u hospitalario, de forma que las
presiones arteriales son más representativas. Con esta
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técnica se evita la reacción de alerta o fenómeno de bata
3.2. Descripción del hardware, operación y
blanca que se produce por el hecho de medir la presión validación. Se analizaron cambios en la señal, valores
arterial en un ambiente sanitario. Por otra parte, al tener picos, valles y tiempos de las oscilaciones con el objeto de
información durante las 24 horas se puede conocer el patrón encontrar un patrón característico que permitiera determinar
circadiano del sujeto. La mapa permite obtener la presión los valores de presión y frecuencia cardiaca. Los datos
arterial ambulatoria (PAA), que tiene un valor pronóstico de obtenidos se compararon con el método tradicional
daño orgánico y de morbi-mortalidad cardiovascular (esfingomanómetro de mercurio).
Adquisición y acondicionamiento de la señal de
superior a la presión arterial tradicional medida por el
médico o la enfermera. El establecimiento de unos valores presión. El sensor de presión (MPX5050GP de Motorota)
de normalidad de PAA, tanto durante el día como durante la transforma las vibraciones de presión en una señal eléctrica
noche, proporciona un enfoque cronoterapéutico en el proporcional, que es conducida a una etapa de filtrado,
manejo del paciente hipertenso.
donde se eliminar ruido de tipo blanco y aleatorio que
presenta por sí mismo el sensor. Se diseñaron filtros pasa
bajos y pasa altos para obtener las variaciones de frecuencia
de oscilación de presión arterial y calcular la frecuencia
cardiaca. No se requiere de circuitos de amplificación de
señal debido a las características del sensor
(acondicionamiento
interno
y
compensación
de
temperatura).
Microbomba de aire. En esta investigación se usó una
microbomba para inflar de manera automática el brazalete.
Fig 2. Registro de presión arterial durante 24 horas
En la selección se tuvo en cuenta que la capacidad de llegar
a un valor de presión máxima de inflado cercano a 280
mmHg, puesto que existen pacientes que pueden llegar a
3. RESULTADOS
presentar esta presión.
Microcontrolador. El microcontrolador que cumple con
3.1. Prototipo monitor ambulatorio de presión las exigencias de diseño para el monitor ambulatorio es el
arterial. El monitor ambulatorio de presión arterial es PIC18F442, las características más relevantes son:
un instrumento que permite monitorear durante 24 horas o
• Suficiente espacio de memoria para almacenar el
más la presión sistólica, diastólica, media y la frecuencia
programa principal.
cardiaca de una persona realizando tomas en intervalos
• Número de puertos acorde a los periféricos a
programables según se desee.
emplear (memoria, teclado, entradas A/D,
El algoritmo implementado para determinar estos
comunicación serial).
valores se basa en el método oscilométrico [6]. El equipo
• Timer.
requiere para su funcionamiento de un brazalete que se infla
• Conversor A/D de 10bits.
automáticamente mediante una microbomba de aire. Este
• Comunicación serial.
brazalete se coloca alrededor del brazo de tal forma que al
•
Disponibilidad del sistema de desarrollo necesario
inflarse ocluye la arteria braquial y permite registrar las
para
su programación.
pulsaciones, a medida que se desinfla por medio de un
• Alto rendimiento, fácil adquisición y bajo costo.
sensor de presión. Los datos adquiridos en cada medición
El sistema de control realiza las siguientes operaciones:
son almacenados en una memoria, la cual permite registrar
la actividad de la presión arterial durante 24 horas. El inflado del brazalete a través de la microbomba, desinflado
una
microelectroválvula
proporcional,
voltaje de alimentación es 6v (4 baterías recargables de mediante
almacenamiento
de
los
datos
en
una
memoria
serial
externa
1.5v) para brindar autonomía hasta más de 24 horas. Una
vez realizado el monitoreo los datos almacenados en y comunicación con el PC.
Memoria. Además de la memoria que posee el
memoria se transmiten por comunicación serial al
microcontrolador,
se requiere una memoria externa para
computador persónala PC su visualización y análisis. La
fig.3 muestra el diagrama de bloques de un diseño inicial almacenar los datos de presión sistólica, diastólica, presión
arterial media (MAP), pulsaciones por minuto y registro del
del prototipo monitor ambulatorio de presión.
tiempo obtenidos de las mediciones realizadas durante las
24 horas, partiendo del hecho de que el intervalo de toma se
programa acorde con el criterio del especialista. La
memoria utilizada en el prototipo es 93LC68.
Puerto Serial. La utilización del puerto serial se debe a
la necesidad de comunicar el prototipo de monitoreo con el
computador. El puerto serial, presente en todos los
ordenadores actuales, es la forma más común usada para
realizar transmisiones de datos entre ordenadores, en este
caso la comunicación se realiza entre el PC y el
microcontrolador del Prototipo.
Fuente. Para la alimentación del sistema se emplearon 4
Fig 3. Diagrama de bloques del prototipo
baterías recargables de 1.5v, de acuerdo al consumo de
corriente de los componentes electrónicos del prototipo,
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para garantizar una autonomía de al menos 24 horas de 24 horas. Esto le permite al especialista realizar un
diagnóstico certero y orientar un tratamiento oportuno.
funcionamiento.
Software. Basados en el método oscilométrico se diseñó
El desarrollo de este proyecto ofrecerá una alternativa
un algoritmo para el microcontrolador que permitió extraer
de las oscilaciones los valores sistólico, diastólico y la novedosa y de bajo costo para el diagnóstico de una de las
frecuencia cardiaca. Se obtuvo un prototipo con el cual se patologías crónicas mas frecuentes en nuestro país, la HTA.
estableció que la presión sistólica está relacionada con la
La implementación de una herramienta diagnostica
mayor amplitud del valle o pico negativo de las
oscilaciones; la presión diastólica se presenta cuando las confiable, de bajo costo, ofrecerá enormes beneficios tanto
oscilaciones alcanzan un 80% de la máxima amplitud para los pacientes como para el sector público y privado,
(presión arterial media) y la frecuencia cardiaca se obtiene incluyendo el área rural, la cual podrá contar con esta
herramienta, favoreciendo la descentralización del recurso
midiendo el tiempo entre oscilaciones.
Visualización y Comunicación. Se diseñó una interfaz especializado.
en LabView que permite al computador interactuar con el
Prototipo Monitor de Presión a través del puerto USB,
programar los datos del paciente, fecha, hora de inicio de
REFERENCIAS
las pruebas e intervalos de medida, extraer los datos
[1] OPS. Análisis de la situación de salud de Colombia 1994 – 1995
almacenados por éste y mostrarlos por medio de gráficos de
Universidad del Valle. Web site. 2000..
tendencia, histogramas y tortas, para dar una visión clara
[2]
Informe del 42° Consejo Directivo, OPS en su 52° sesión de comité
del comportamiento de la presión arterial durante las 24
regional. CD42/11. Julio de 2000
horas y facilitar el análisis del comportamiento de la presión [3] The seventh Report of the Joint National Committee on Prevention,
Detection, Evaluation and Treatment of High Blood Pressure. JNC
arterial, un ejemplo del reporte se muestra en la fig. 4.
[4]
[5]
[6]
VII Report. JAMA 2003; 289:2560-72.
Villar JC, Martínez LX. Impacto de los factores de riesgo
cardiovascular “clásicos” en la población colombiana: jerarquías
específicas para eventos específicos. Rev Colombiana de
Cardiología. 2001. 9;2:249.
Stamler R. Implications of the INTERSALT study. Hypertension
1991;17:116-120.
R Ruso, J Ramos, O Batista, R del Rey. Una Implementación
efectiva del Método Oscilométrico para la medición de la Presión
Arterial. Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00421. 2001.
King H, rewers M. Global estimates for prevalence of diabetes
mellitus and impaired glucose tolerance in adults. WHO Ad Hoc
Diabetes Care. 1993;16:157-77.
Bautista LE, Lopez Jaramillo P, Vera LM et al. Is C-reactive
protein an independent risk factor for essencial hypertension? J
Hypertens. 2001;19:857-61.
Fig 4. Reporte y estadística de datos
Validación de las pruebas. El proceso de validación es
la etapa final del proyecto, donde se realizará de acuerdo a
la normatividad impuesta por la sociedad Británica de
Hipertensión (British Hypertension Society BHS) y la
Asociación Americana de Avances en la Instrumentación
Médica (Association of the Advancement of Medical
Instrumentation AAMI). Se realizará un análisis de
correlación. Las cifras de tensión arterial obtenidas con el
prototipo experimental serán confrontadas con las obtenidas
de un equipo marca CARDIATTE modelo SN ACIC de
manera simultánea para obtener un coeficiente de
correlación entre las mediciones entre ellos de 0.98. Se
calculó un tamaño de muestra de 130 pruebas a realizar, con
poder del 80%, error tipo I de 0.05 a dos colas.
4. CONCLUSIONES
Se desarrolló un prototipo de monitor ambulatorio de
presión arterial con la instrumentación electrónica y
algoritmos computacionales para detectar con precisión los
cambios rápidos de presión arterial y almacenarlos durante
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