abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil MsPHJs9Q8HxwsbBQMm89Jzc 00007 S0066-782X2006001500007 S0066-782X(06)08700207 10.1590/S0066-782X2006001500007 Artigos Originais Análise de registros eletrocardiográficos associados ao infarto agudo do miocárdio Mansur Paulo Henrique Garcia Cury Lacordaire Kemel Pimenta Destro-Filho João Batista Resende Elmiro Santos Destro José Paulo Breda Oliveira Luana Michelli de Moraes Diego Carvalho Gomes de Freitas Geraldo Rubens Ramos de Rocha Lucila Soares da Silva São José dos Campos SP EIN-A IEAv CTA Catalão GO Centro de Ensino Superior de Catalão Uberlândia Universidade Federal de Uberlândia Brazil 08 2006 87 2 106 114 18 08 2005 11 11 2005 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: Avaliar correlações entre as variações do eletrocardiograma (ECG) e o infarto agudo do miocárdio. MÉTODOS: Uso de software de baixo custo para digitalização de ECG impressos e/ou em formato "pdf". Cálculo de área do segmento ST e das amplitudes dos pontos J e Y RESULTADOS: A amplitude do ponto Y possui máxima correlação com a concentração da enzima troponina. O supradesnivelamento do segmento ST não se constitui bom indicador estatístico da gravidade do infarto. Existe uma forte correlação negativa entre a amplitude do ponto J e a quantidade de íons magnésio, mas nenhuma correlação estatística com os íons sódio ou cálcio. Os dois métodos de cálculo da área do segmento ST (contagem de pixels e interpolação) não mostraram diferenças significativas nos resultados. CONCLUSÃO: O software utilizado mostrou-se viável do ponto de vista econômico e funcional. A amplitude do ponto Y é um marcador sensível à ocorrência do infarto, tendo cálculo mais simples e menos sujeito a erros do que o cálculo da área de supradesnivelamento do segmento ST.

 Infarto agudo do miocárdio telemedicina eletrocardiograma 28 09 2006

ARTIGO ORIGINAL

Análise de registros eletrocardiográficos associados ao infarto agudo do miocárdio

Paulo Henrique Garcia MansurI; Lacordaire Kemel Pimenta CuryI; João Batista Destro-FilhoII; Elmiro Santos ResendeII; José Paulo Breda DestroIII; Luana Michelli de OliveiraII; Diego Carvalho Gomes de MoraesII; Geraldo Rubens Ramos de FreitasII; Lucila Soares da Silva RochaII

ICentro de Ensino Superior de Catalão (Cesuc)

IIUniversidade Federal de Uberlândia (UFU)

IIICTA/IEAv/EIN-A, Catalão, GO - Uberlândia, MG - São José dos Campos, SP

Correspondência

RESUMO

OBJETIVO: Avaliar correlações entre as variações do eletrocar­diograma (ECG) e o infarto agudo do miocárdio.

MÉTODOS: Uso de software de baixo custo para digitalização de ECG impressos e/ou em formato "pdf". Cálculo de área do segmento ST e das amplitudes dos pontos J e Y

RESULTADOS: A amplitude do ponto Y possui máxima correlação com a concentração da enzima troponina. O supradesnivelamento do segmento ST não se constitui bom indicador estatístico da gravidade do infarto. Existe uma forte correlação negativa entre a amplitude do ponto J e a quantidade de íons magnésio, mas nenhuma correlação estatística com os íons sódio ou cálcio. Os dois métodos de cálculo da área do segmento ST (contagem de pixels e interpolação) não mostraram diferenças significativas nos resultados.

CONCLUSÃO: O software utilizado mostrou-se viável do ponto de vista econômico e funcional. A amplitude do ponto Y é um marcador sensível à ocorrência do infarto, tendo cálculo mais simples e menos sujeito a erros do que o cálculo da área de supradesnivelamento do segmento ST.

Palavras-chave: Infarto agudo do miocárdio, telemedicina, eletrocar­diograma.

O infarto agudo do miocárdio (IAM) é causado pela interrupção de fluxo sangüíneo nas artérias coronárias. O diagnóstico precoce é fator fundamental para a redução da mortalidade e das possíveis seqüelas para o paciente.

Um dos exames mais precisos para esse diagnóstico é o eletrocardiograma (ECG), efetuado através de um aparelho que mede os impulsos elétricos do músculo cardíaco, fornecendo um traçado característico que permite a identificação de eventuais cardiopatias. Atualmente esse aparelho pode ser encontrado nas unidades de atendimento, porém sua interpretação depende de especialistas, que muitas vezes não se encontram presentes no momento do exame. Nesses casos, já existe a possibilidade de transmissão remota dos sinais captados pelo ECG para outras unidades, onde esse profissional possa recebê-los e interpretá-los em tempo real. Esse recurso é facilitado pelos aparelhos de ECG digitais, cujas saídas já estão preparadas para tratamento informatizado. Entretanto, ainda existem inúmeros aparelhos analógicos, que geram exames impressos em tiras de papel, inviabilizando o atendimento remoto.

O Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Uberlândia (HCU) possui uma equipe altamente qualificada para o atendimento de emergências cardíacas. Entretanto, como em diversas outras unidades de ensino superior no país, muitos de seus equipamentos não foram atualizados com o tempo. Ainda há diversos aparelhos de ECG analógicos cujos exames são registrados em papel para posterior análise. Se esses resultados pudessem ser armazenados em computador, a análise e o arquivamento seriam sensivelmente otimizados, trazendo resultados positivos tanto pela redução de custos quanto pela agilidade no atendimento dos pacientes.

Os principais trabalhos publicados na literatura se dedicam a coleta, transmissão e análise de sinais ECG a partir de equipamentos digitais1-7. Exceto pelo artigo de Kao e cols.8, não foi encontrado nenhum outro estudo significativo que tratasse diretamente do sinal impresso em papel, ou sobre sua captura e digitalização para posterior análise. Mesmo esse autor, entretanto, desenvolveu uma metodologia apenas até a etapa de digitalização da imagem, sem aprofundar a possibilidade de análise do gráfico digitalizado, como ferramenta auxiliar para o diagnóstico de possíveis cardiopatias.

O ECG e o infarto agudo do miocárdio - À medida que o impulso elétrico gerado pelas células cardíacas percorre o coração, correntes elétricas se disseminam para os tecidos que o cercam, e pequenas frações emergem para a superfície do organismo, gerando um campo elétrico em toda a superfície corporal. Como mencionado por Guyton & Hall9, se forem distribuídos eletrodos sobre a pele em pontos opostos do coração, e, como os líquidos corporais são bons condutores, as flutuações de potencial que representam a soma algébrica dos potenciais de ação das fibras miocárdicas podem ser registradas. Esse registro, realizado através de um amplificador apropriado, é denominado eletrocardiograma (fig.1).

As ondas registradas no ECG são identificadas pelas letras P a T, representando cada fase do ciclo cardíaco. Para fins de análise, as ondas podem ser consideradas individualmente ou em grupos, denominados segmentos ou complexos.

O segmento ST começa no ponto J, ponto no qual termina a inscrição do complexo QRS, apresentando concavidade para cima em uma situação normal (fig. 2). Já o seu final não é bem definido, por continuar insensivelmente com o ramo ascendente da onda T. O sinal mais precoce de infarto agudo do miocárdio é um aplanamento do segmento ST, ou seja, seria a perda da discreta concavidade que existe normalmente na ascensão do segmento ST com duração transitória.

Instalada a fase superaguda, é regra habitual a presença do bloqueio de injúria, que se associa ao supradesnivelamento de ST e aumento na amplitude da onda T. O segmento ST desnivela-se, inicialmente, com concavidade para cima, e onda T positiva. Esse momento representa a pior fase da evolução em razão da maior possibilidade de ocorrer fibrilação ventricular (fig. 3).

A idéia de se correlacionar as variações do segmento ST ao infarto agudo do miocárdio (IAM) data da década de 197010. Posteriormente, uma correlação interessante foi encontrada por Schweitzer11, consistindo na elevação do segmento ST associada à maior eficiência de tratamentos de trombólise por estreptoquinase. O autor concluiu, em seu trabalho, que quanto maior o número de derivações com elevação do ST, maior a eficácia do tratamento, aumentando assim a chance de reperfusão coronária nos pacientes infartados.

Cerca de 50% dos pacientes com infarto não apresentam elevação do segmento ST no primeiro ECG. Exames seriados reduzem o erro de diagnóstico para 10% a 20%12. No ECG de doze derivações, a elevação do segmento ST associada com dor torácica possui especificidade de 91% e sensibilidade de 46% para o diagnóstico de IAM13.

Nas síndromes coronarianas agudas podem aparecer três tipos de alterações no ECG14: onda Q anormal: a anormalidade se verifica quando a onda Q é maior do que um terço do complexo QRS, indicando que há uma área miocárdica que está eletricamente inativa, ou seja, infartada; onda T invertida; elevação do segmento ST: também chamada de "supradesnivelamento" do ST. Aparece quando o infarto está acontecendo.

Segundo a Sociedade Brasileira de Cardiologia15 há uma seqüência de eventos eletrocardiográficos que se seguem a uma oclusão da artéria coronária: 1) minutos iniciais: ondas T amplas, positivas, pontiagudas e de base simétrica, com elevação > 0,1 mV; 2) após 20 minutos: supradesnivelamento do segmento ST, que morfologicamente tende a ser convexo; 3) horas após: aparecimento de ondas Q patológicas e corte nas ondas R; 4) após alguns dias: retorno do segmento ST à linha de base, onda T negativa, profunda e simétrica. Se o supradesnivelamento do segmento ST permanecer após seis semanas do evento agudo, pode haver a presença de aneurisma ventricular; 5) meses após o evento agudo: eventual positivação da onda T.

Apesar de indicativo importante, o supradesnivelamento do segmento ST pode também ser causado por outras doenças, como pericardite, hipotermia, bloqueio do ramo esquerdo, repolarização precoce ou estimulação cardíaca artificial15.

O objetivo deste trabalho foi realizar um primeiro passo para permitir o processamento de registros ECG analógicos, de forma a desenvolver uma metodologia para facilitar sua interpretação, contribuindo assim para o futuro desenvolvimento de técnicas de diagnóstico automático.

O presente estudo enfoca a determinação da área do supradesnivelamento do segmento ST, bem como a amplitude do ponto J (que delimita o início do supradesnivelamento) e a amplitude do ponto Y (que se inicia 40 milissegundos após a ocorrência do ponto J).

MÉTODOS

Dados usados para correlação entre o supra ST e IAM - Coleta de dados junto ao Hospital de Clínicas de Uberlândia HCU/UFU - Foram selecionados 120 prontuários de pacientes que sofreram infarto agudo do miocárdio, internados no HCU/UFU no período de 1/1/2004 a 31/12/2004. Essa amostra passou por nova seleção, baseada nos critérios que seguem, que determinam o perfil exigido pelo estudo para este trabalho:

(C1) Diagnóstico de internação: infarto agudo transmural da parede anterior do miocárdio.

(C2) Primeiro ECG após a manifestação do infarto: deve ter sido realizado em, no máximo, seis horas após a ocorrência do infarto, sinalizado necessariamente por precordialgia.

(C3) Variações presentes no segmento ST dos ECG: foram selecionados apenas os pacientes cujos ECG continham supradesnivelamento do segmento ST em qualquer uma das derivações, excetuando-se a VR, pois essa não é utilizada na verificação de supradesnivelamento de ST pelo fato de ser invertida.

(C4) Variação da quantidade de enzimas Troponina e CK-mb, presentes no tecido cardíaco: deve ser bastante elevada, tipicamente maior que 500 nanogramas/decilitro.

A seleção de prontuários também se baseou nos seguintes critérios de exclusão:

(C5) Infarto agudo causado por bloqueio completo de qualquer ramo (esquerdo ou direito).

(C6) Infarto agudo causado por bloqueio atrioventricular total.

Foram encontrados quinze prontuários que atendiam essas exigências.

Uma vez completada a etapa de seleção de prontuários, procedeu-se à coleta de dados com base em um formulário com dados do paciente, características do infarto (derivações acometidas, tempo desde os primeiros sintomas, medicação etc). Esse último foi preenchido para todos os quinze pacientes, e todos os registros ECG de cada um desses também foram separados para análise.

Coleta de dados junto ao Instituto de Telemedicina do Brasil (ITMS- Brasil -Registros de ECG de vinte pacientes acometidos de infarto agudo do miocárdio foram selecionados de um banco de dados eletrônico, contendo arquivos no formato ".pdf" associados ao registro digital de ECG, enviados remotamente à central da ITMS-Brasil por via telefônica. Todos os registros continham traços de supradesnivelamento do segmento ST, e os critérios de seleção utilizados foram semelhantes aos critérios descritos no subitem anterior. Todavia, não foram coletados os dados do formulário.

O software de digitalização – Eletrocheckup - o software Eletrocheckup foi desenvolvido como alternativa de baixo custo para a digitalização de exames ECG impressos por equipamentos analógicos ou em formato "pdf", a partir de ECG digitais16.

Cálculos de área e dos pontos J e Y - A morfologia do gráfico ECG permite a fácil identificação das ondas componentes a partir da análise da matriz digital de valores, considerando-se o eixo X como o intervalo de tempo decorrido. Identificadas as coordenadas do ponto inicial, e se fazendo uma varredura das amplitudes presentes na matriz de dados, os valores (ou tensões elétricas) tendem a ser crescentes. Quando houver uma inversão dessa tendência, o ponto imediatamente anterior é tratado como ponto P, e os valores continuam decrescendo. Ao se localizar nova inversão dessa tendência, encontra-se o ponto Q, e assim sucessivamente.

O ponto J é definido como o final do complexo QRS e início da onda T; situa-se no nível da linha de base para um ECG normal. Após o ponto que identifica a onda S, os valores passam a ser linearmente crescentes. O ponto J pode ser identificado por comparação desses valores com a linha de base17.

Já o ponto Y está localizado a 40 milissegundos após o ponto J. Sua amplitude pode ser obtida fazendo-se uma análise dos pontos do ECG situados logo após o ponto J.

Para se identificar o valor do ponto J, localiza-se primeiramente o ponto R, a partir do qual se faz uma varredura na horizontal do eixo y, até se encontrar o ponto em que o gráfico ECG muda sua declividade (derivada de primeira ordem). Esse ponto corresponde ao ponto J, no caso de registro ECG para o qual foi diagnosticado infarto agudo do miocárdio. Já o ponto Y é determinado quando se faz uma varredura na horizontal do eixo Y, no instante de tempo 40 ms após a ocorrência do ponto J.

Para cálculo de área foram usados os seguintes métodos: Método 1 – Contagem de pixels - O primeiro método utilizado no cálculo consiste na realização da contagem de pixels. As imagens gráficas digitalizadas são compostas por pontos, que observados a distância ficam invisíveis, gerando a impressão óptica de linhas, preenchimentos sólidos etc. A unidade de medida que representa a densidade de pontos por polegada, denominada "resolução", é dada em pixels. Portanto, quando se diz que a "resolução" de uma imagem é de 300 pixels (também denominado dpi – dot per inch – ou pontos por polegada), o significado é que essa imagem possui 300 pontos em cada polegada linear, seja na vertical, seja na horizontal.

O papel de registro habitual do eletrocardiograma é quadriculado, sendo de 1 milímetro a distância entre cada dois traços horizontais ou verticais. Assim, a menor unidade de área já determinada no papel corresponde a um pequeno quadrado de 1 mm de lado (fig.4)18.

Utiliza-se uma resolução onde cada quadrado de 1 mm contém 10 pixels, tanto na vertical quanto na horizontal, resultando numa área formada por 100 pixels. Identifica-se o ponto inicial e final no trecho do traçado eletrocardiográfico que interessa para o cálculo, traça-se uma linha imaginária na vertical do ponto inicial e uma linha imaginária na horizontal do ponto final, e assim fica delimitada a área desejada. A partir da área demarcada, faz-se a contagem de pixels, e ao se somar todos eles obtemos o valor da área (fig. 5).

Método 2 – Integração tradicional - Para a estimação da área através do segundo método, novamente identificamos o ponto inicial e o ponto final do traçado eletrocardiográfico que interessa para o cálculo. Cria-se uma linha imaginária na vertical do ponto inicial e na horizontal do ponto final. Depois, essa última é subdividida em pequenas áreas retangulares formadas por pontos que foram selecionados ao longo do traçado. Ao final, fazemos a soma total das pequenas áreas (figs. 6 e 7).

Para a escolha dos pontos, usamos a técnica da interpolação, que consiste em determinar um polinômio que assume valores conhecidos em certos pontos denominados nós de interpolação, a serem escolhidos adequadamente. De um modo geral, o conjunto das funções interpoladoras é determinado por um número finito de parâmetros. No caso dos polinômios, esses parâmetros são os seus coeficientes, que deverão ser iguais ao número de condições impostas, ou seja, ao número de nós, para que haja apenas uma solução.

RESULTADOS

Comparação entre os métodos de cálculo de área - Para o cálculo das áreas, utilizamos arquivos de ECG com extensão ".pdf", fornecidos pela ITMS-Brasil.

Pelos dois métodos, obtivemos resultados que podem ser observados na tabela 1. Após a estimação da área, o erro entre as áreas obtidas pelos dois métodos discutidos é calculado pela seguinte fórmula:

onde A1 é a área calculada pelo método 1 e A2 é a área calculada pelo método 2. Outras grandezas da tabela 1 são descritas logo a seguir.

onde V é a variância; n é a quantidade de paciente; Ai é a área do supra-DST associado ao paciente i; e VM é o valor médio de Ai.

onde VN é a variância normalizada.

O cálculo do valor médio dos erros especificados na tabela 1 permite concluir que ambos os métodos geram resultados semelhantes. Ao mesmo tempo, dado que os valores da variância dos erros associados às diversas derivações são pequenos, ambos os métodos são robustos relativamente ao tipo de derivação cardíaca considerada.

Conseqüentemente, os métodos têm desempenho próximo. Tendo em vista que o método 1 é mais eficiente do ponto de vista computacional, ele foi utilizado nas análises subseqüentes deste trabalho.

Cálculo da correlação entre o supradesnivelamento do segmento ST e o infarto agudo do miocárdio - Para a realização dos cálculos, foram utilizados ECG do HCU/UFU, com o objetivo de estudar a correlação estatística entre dois conjuntos das variáveis X e Z, definidas logo a seguir.

onde:

X = Sigla representando o conjunto de variáveis associadas a características do segmento ST do ECG; A = Área do supradesnivelamento do segmento ST [mV.ms]; Hj = Altura do ponto J do ECG [mV]; Hy = Altura do ponto Y do ECG [mV].

Para cada paciente considerado, escolheu-se como ECG característico do infarto o primeiro registro tomado seis horas após a primeira manifestação do IAM. Esse ECG corresponde, em geral, à primeira mensuração realizada na Sala de Emergência do Pronto-Socorro do HCU/UFU. Todavia, tendo em vista as freqüentes ilegibilidades associadas ao deterioramento da impressão gráfica do registro analógico do ECG, o ECG característico nem sempre correspondeu à primeira mensuração, e, nesse caso, ele foi escolhido como o primeiro ECG cronologicamente mais legível da série de registros realizados na Sala de Emergência.

De posse do ECG característico de cada paciente, foram demarcados os pontos de início e de fim do supradesnivelamento do segmento ST, sempre considerando três derivações para cada ECG. As grandezas A, Hj e Hy foram estimadas para cada uma das três derivações de cada ECG característico. Finalmente, os valores finais característicos da área do supra-DST, amplitude do ponto J e amplitude do ponto Y associadas a cada paciente correspondem a uma média aritmética envolvendo todos os respectivos valores de A, Hj e Hy, considerando as três derivações de cada ECG característico.

Os valores característicos das grandezas X de cada paciente, obtidos através dos ECG coletados pelo formulário, estão apresentados na tabela 2.

Define-se agora o outro conjunto de variáveis.

onde: Z = Sigla representando o conjunto de variáveis associadas a exames clínicos realizados em amostras de sangue de pacientes acometidos por infarto agudo do miocárdio. Tr = Concentração da enzima troponina [nanograma/decilitro]. CK = Concentração da enzima CK-mb [unidade/litro]. K = Concentração do íon potássio [miliequivalente/litro]. Na = Concentração do íon sódio [miliequivalente/litro]. Ca = Concentração do íon cálcio [miliequivalente/litro]. Mg = Concentração do íon magnésio [miliequivalente/litro]. Gl = Glicemia [miligrama/decilitro]. VF = Vaso fechado (VF = 1) ou não (VF = 0). Variável binária. Le = Porcentagem de lesão [%].

Observações importantes: 1) tendo em vista a variabilidade do nível de concentração de enzimas troponina e CK-mb, escolheu-se como valor característico de cada paciente a concentração de amplitude máxima, fornecida pelo respectivo formulário de coleta de dados; 2) em termos das concentrações iônicas (K, Na, Ca e Mg) e da glicemia, escolheu-se como valor característico de cada paciente a primeira quantidade que aparece anotada no formulário. Tal quantidade representa a primeira medida tomada da grandeza em questão, logo após a ocorrência do IAM; 3) as variáveis vaso fechado (VF) e porcentagem de Lesão (Le) são obtidas a partir do formulário, ou seja, a partir dos dados de cateterismo. Se a lesão é considerada leve, atribui-se o valor 50% para Le; se a lesão for moderada, 70%; e, finalmente, se a lesão for severa, atribuem-se 90% para Le. Todavia, caso o formulário de coleta de dados do paciente apresente a medida de porcentagem de obstrução do vaso FE, então esse último valor é atribuído à variável Le, independentemente dos dados de cateterismo.

Os valores característicos das grandezas Z de cada paciente, obtidos através dos dados coletados no formulário, estão apresentados na tabela 2. Os valores em branco não puderam ser obtidos a partir dos prontuários analisados.

Calcularam-se os coeficientes de correlação entre X e Z, com base nas seguintes fórmulas:

onde CC(X,Z) é a coeficiente de correlação.

onde X(VM) é o valor médio de X (Área, Hj e altura Hy), Z(VM) é o valor médio de Z (Troponina, CK-mb, K+,Na+ Ca+, Mg++, Glicemia, Vaso Fechado e % lesão), Xi (Área, Hj e Hy) é o valor correspondente do paciente i, Zi (Troponina, CK-mb, K+, Na+, Ca+, Mg++, Glicemia, Vaso Fechado e % lesão) é o valor correspondente do paciente i, e n é o número de pacientes (no caso, n = 15).

DISCUSSÃO

Antes de discutir os resultados da tabela 3, deve-se destacar que esses coeficientes de correlação não levam em conta o erro alfa, associado ao conceito de significância, o que limita a precisão estatística dos resultados. Além disso, a quantidade de pacientes considerada (quinze ao total) também permite questionar a representatividade estatística dos resultados. Deve-se destacar também que os registros analisados não correspondem todos ao primeiro ECG realizado seis horas após a ocorrência do IAM.

Levando em conta essas limitações, os resultados da tabela 3 permitem estabelecer as seguintes conclusões e questionamentos:

(C1) A amplitude do ponto Y (Hy) possui máxima correlação com a concentração da enzima troponina, constituindo-se portanto em um indicador de lesão cardíaca devido ao IAM. Todavia, na literatura médica

18-20, a amplitude do ponto Y é mais sensível e específica para o diagnóstico de isquemia crônica. Fisiologicamente, pode ser considerado um marcador importante na avaliação da gravidade do IAM, visto que pode indicar maior comprometimento do funcionamento da bomba de sódio-potássio associada aos cardiomiócitos, em decorrência da gravidade da necrose do tecido.

(C2) O supradesnivelamento do segmento ST, denotado pelo valor da grandeza A, não se constitui em bom indicador estatístico da gravidade do infarto, tendo alta correlação apenas com a quantidade de íons potássio. O fato da correlação entre esse último e a área do ST ser negativa permite questionar o que ocorre na membrana dos cardiomiócitos durante a repolarização.

(C3) Não se observou correlação significativa entre a concentração de enzimas troponina, CK-MB, bem como da porcentagem de lesão (Le) e a área de supradesnivelamento do segmento ST (A). Isso pode ser explicado pelo fato de o tratamento trombolítico ter desobstruído o vaso ou pelo fato de a onda associada à necrose celular ter sido pequena.

(C4) Contrariamente ao esperado, existe uma correlação negativa razoavelmente elevada entre o fechamento do vaso (VF) e o supradesnivelamento ST (A). Isso poderia ser explicado pelo fato do cateterismo ter sido realizado tardiamente.

(C5) Existe uma forte correlação negativa entre a amplitude do ponto J e a quantidade de íons magnésio, o que permite levantar o questionamento sobre o efeito dos íons magnésio sobre o potencial de ação cardíaco. Ao mesmo tempo, não existe praticamente nenhuma correlação estatística entre a amplitude do ponto J e a concentração de íons sódio e cálcio. De fato, esse último não participa dos mecanismos de troca iônica durante essa fase do potencial de ação cardíaco.

Apesar das limitações impostas pela pequena amostragem de dados disponível para testes, a análise realizada permitiu identificar que a amplitude do ponto Y é um marcador sensível à ocorrência do infarto. Além disso, o cálculo associado a essa variável é mais simples e menos sujeito a erros do que a determinação da área de supradesnivelamento do segmento ST, comumente relatada na literatura como indicador do IAM.

Esses resultados alcançados permitem estabelecer os seguintes eixos concretos para a continuidade do trabalho até aqui desenvolvido.

Aprofundamento da busca de marcadores estatísticos para se identificar (e possivelmente também prever) a ocorrência do IAM, através, por exemplo, da transformada Wavelet e da predição linear.

Refinamento do estudo clínico conduzido, pela utilização de uma quantidade maior de pacientes, bem como pelo uso de ferramentas estatísticas mais apuradas, que permitam uma melhor precisão no cálculo das correlações.

Aprofundamento das questões e discussões fisiológicas levantadas ao final da análise dos resultados, em termos da literatura na área médica e biológica.

O trabalho realizado por Hermida e cols.21, com 103 pacientes, no Hospital Amiens-Picardie, na França, demonstrou que a elevação do ponto J também é um forte indicador da síndrome de Brugada. A análise dos ECG foi feita em pacientes com suspeita clínica da síndrome. Os resultados demonstraram uma elevação > 0,16mV na derivação -2V, com especificidade e preditividade positiva de 100%, sensibilidade de 40% e preditividade negativa de 28%.

Já o trabalho de Kaluzay e cols.22 realizou uma comparação da análise computadorizada de ECG de pacientes com diagnóstico de IAM e análise dos mesmos exames feita manualmente, com auxílio de uma lupa, após a ampliação gráfica realizada por computador. O estudo foi feito em 85 ECG retirados aleatoriamente do estudo ENTIRE-TIMI-23. Os exames ECG foram escaneados a 203 dpi e ampliados graficamente. Foi feita uma linha vertical perpendicular no ponto J (ou em 3, 6 ou 12 pontos J de registros consecutivos). Foi também traçada uma linha perpendicular 20 ms após o ponto J. O sinal de calibragem e as intersecções do segmento ST com as linhas traçadas foram marcados para cada derivação. Essa metodologia foi feita graficamente no computador e manualmente com o uso de uma lente. Os resultados foram lançados num BD.

Os resultados demonstraram que as elevações do segmento ST 20 ms após o ponto J são maiores do que no próprio ponto J para todas as localizações do infarto. Apesar de não ser esse o propósito do estudo, as análises computadorizadas demonstraram ser mais acuradas do que as análises feitas manualmente pelos profissionais, apresentando um índice de confiabilidade de 0,991 (95% CI 0,990–0,992) para a análise manual contra 0,995 (95% CI 0,995–0,996) para a análise feita por software.

Agradecimentos

Aos Drs. Sílvio Alessi e André Navarro, do Instituto de Telemedicina do Brasil (ITMS). Ao Prof. Dr. Wilson Felipe Pereira (Instituto de Ciências Biomédicas – ICBIM/UFU).

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.

João Batista Destro-Filho

Av. João Naves de Ávila, 2121

Santa Mônica - 38400-902 – Uberlândia, MG

E-mail:

jbdestrof@yahoo.com

Recebido em 18/08/05

Aceito em 11/11/05

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OBJECTIVE: Evaluate correlations between variations in eletrocardiogram (ECG) recordings and acute myocardial infarction. METHODS: Use of a low-cost software to digitalize printed and/or ".pdf" file format ECG recordings. Calculation of ST-segment area and amplitudes of the J and Y points. RESULTS: The amplitude of the Y point holds maximum correlation with troponin concentration. ST-segment elevation is not a good statistical indicator of myocardial infarction severity. There is a strong negative correlation between the amplitude of the J point and the amount of magnesium ions, but no statistical correlation with sodium or calcium ions. Neither method for calculating the ST-segment area (pixel counts and interpolation) indicated any significant differences in the results. CONCLUSION: The software used proved to be functional and cost-effective. Y point amplitude is a sensitive marker of myocardial infarction, and is also a calculation method both simpler to use and less subject to error than the calculation of the ST-segment elevation area.

 Acute myocardial infarction telemedicine eletrocardiogram

ORIGINAL ARTICLE

Analysis of electrocardiographic recordings associated with acute myocardial infarction

Paulo Henrique Garcia MansurI; Lacordaire Kemel Pimenta CuryI; João Batista Destro-FilhoII; Elmiro Santos ResendeII; José Paulo Breda DestroIII; Luana Michelli de OliveiraII; Diego Carvalho Gomes de MoraesII; Geraldo Rubens Ramos de FreitasII; Lucila Soares da Silva RochaII

ICentro de Ensino Superior de Catalão (Cesuc), Catalão, GO - Uberlândia, MG - São José dos Campos, SP - Brazil

IIUniversidade Federal de Uberlândia (UFU), Catalão, GO - Uberlândia, MG - São José dos Campos, SP - Brazil

IIICTA/IEAv/EIN-A, Catalão, GO - Uberlândia, MG - São José dos Campos, SP - Brazil

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ABSTRACT

OBJECTIVE: Evaluate correlations between variations in eletro­cardiogram (ECG) recordings and acute myocardial infarction.

METHODS: Use of a low-cost software to digitalize printed and/or ".pdf" file format ECG recordings. Calculation of ST-segment area and amplitudes of the J and Y points.

RESULTS: The amplitude of the Y point holds maximum correlation with troponin concentration. ST-segment elevation is not a good statistical indicator of myocardial infarction severity. There is a strong negative correlation between the amplitude of the J point and the amount of magnesium ions, but no statistical correlation with sodium or calcium ions. Neither method for calculating the ST-segment area (pixel counts and interpolation) indicated any significant differences in the results.

CONCLUSION: The software used proved to be functional and cost-effective. Y point amplitude is a sensitive marker of myocardial infarction, and is also a calculation method both simpler to use and less subject to error than the calculation of the ST-segment elevation area.

Key words: Acute myocardial infarction, telemedicine, eletrocardiogram.

Acute myocardial infarction is caused by the interruption of blood flow to the coronary arteries. Early diagnosis is essential for the reduction of mortality and potential sequelae to the patient.

One of the most accurate tools for this diagnosis is the electrocardiogram (ECG), performed with a device that measures the electrical impulses that travel through the cardiac muscle and provides a characteristic tracing that allows the identification of heart diseases. Currently this device can be found at healthcare facilities, but ECG recordings must be interpreted by specialists who are not always at the site the moment the exam is performed. In these situations, physicians can rely on the remote transmission of ECG signals to other healthcare units where specialists can receive and interpret these signals in real time. This resource consists of modern digital ECG devices with ports designed for computerized data management. However, there are still many analogical devices in operation that generate ECG tracings on paper strips, making this remote analysis unfeasible.

The Hospital das Clínicas of the Universidade Federal de Uberlândia (HCU) has a highly qualified team to assist patients experiencing cardiac emergencies. However, as is the case in other teaching units in the country, their equipment has not been updated. There are still many analogical ECG devices being used that generate ECG tracings on paper strips that will be analyzed later. If these results could be stored in a computer, their analysis and filing would be significantly optimized, generating positive results both in terms of cost reduction and speed in treating the patients.

The ECG and acute myocardial infarction - As the electrical impulse generated by the cardiac cells travels throughout the heart, electrical currents spread through the surrounding tissues and small fractions emerge at the surface of the body generating an electrical field on the entire body surface. As mentioned by Guyton & Hall9, since body fluids are good conductors of electricity, if electrodes are placed on the skin on opposite sides of the heart it is possible to record the potential fluctuations that represent the algebraic sum of the action potentials of myocardial fibers. This record, performed with an appropriate amplifier, is called electrocardiogram (fig. 1).

ECG waves are identified by letters from P to T, each of them representing phases ofthe cardiac cycle. For easier analysis, the waves may be considered isolated or in groups known as segments or complexes.

The ST-segment begins at the J point where the inscription of the QRS complex ends, with an upward concavity in normal circumstances (fig. 2). Its end, however, is not very well defined as it diffusely connects with the ascending branch of the T wave. The earliest sign of acute myocardial infarction is the straightening of the ST-segment, i.e., the loss of the slight concavity that normally exists at the transient ascension of the ST-segment.

In the hyperacute phase, an infarctus blockage usually occurs associated with the ST-segment elevation and increased amplitude of the T wave. The ST-segment initially curves with an upward concavity and positive T wave. This is the worst moment in the progression of the disease because of the greater possibility of ventricular fibrillation (fig. 3).

Analysis of the correlation between ST-segment changes and acute myocardial infarction (AMI) began in the 1970s.10 Later on, Schweitzer11 observed an interesting association between ST-segment elevation and the greater efficacy of streptokinase for the thrombolytic treatment. The author concluded that the larger the number of leads with ST-segment elevation, the more effective the treatment, thus increasing the chances of performing coronary reperfusions in infarction patients.

Approximately 50% of infarction patients do not show ST-segment elevations on the first ECG. Serial ECGs may reduce the chances of diagnostic errors to 10%-20%12. In a twelve-lead ECG, the ST-segment elevation associated with chest pain has a 91% specificity and a 46% sensitivity for the diagnosis of AMI13. In acute coronary syndromes three types of changes may be observed on the ECG14.

• Abnormal Q wave: the abnormality is detected when the Q wave is wider than one-third of the QRS complex indicating that there is an area with no electrical activity in the myocardium, that is, an infarcted area.

• Inverted T wave.

• ST-segment elevation: detected at the moment the infarction occurs.

According to the Sociedade Brasileira de Cardiologia15 (Brazilian Society of Cardiology), there is a sequence of electrocardiographic changes following the occlusion of a coronary artery: 1. initial minutes: ample, positive, peaked and symmetric-based T waves, with > 0.1 mV elevation; 2. after 20 minutes: ST-segment elevation that morphologically tends to become convex; 3. hours later: detection of pathological Q waves and loss of R waves; 4. a few days later: ST-segment returns to baseline, and T wave is negative, deep and symmetrical. A prolonged ST-segment elevation after six weeks following the acute event may suggest the occurrence of ventricular aneurysm; 5. months after the acute event: the T wave may become positive.

In spite of being an important indicator, the ST-segment elevation may also be caused by other diseases such as pericarditis, hypothermia, left bundle branch block, early repolarization, or artificial cardiac stimulation15.

This paper represents our first step towards processing analogical ECG recordings, so that to analyse the correlations between ST changements and AMI seriousness. This could contribute towards the development of automated diagnosis techniques, according to trends of the literature below.

In this paper our study focuses on the determination of the ST-segment elevation area, the amplitude of the J point (that delimits the beginning of the ST-segment elevation), as well as the amplitude of the Y point (which begins 40 milliseconds after the occurrence of the J point).

METHODS

Cinical data - Data were collected at the Hospital de Clínicas de Uberlândia HCU/UFU - One hundred and twenty medical charts of acute myocardial infarction patients admitted to HCU/UFU from 1/1/2004 to 12/31/2004 were selected. This sample was further screened based on the criteria below that establish the subject profile required for this study.

• (C1) Admission diagnosis: acute transmural infarction of the anterior myocardium wall.

• (C2) First ECG made after manifestation of infarction: it should be performed within six hours, maximum, after the infarction, which is necessarily indicated by precordialgia signs.

• (C3) Changes in the ST-segment on the ECGs: patients selected were only those whose ECGs indicated STsegment elevation in any of the leads, except aVr as this lead is not used to check ST-segment elevation due to being inverted.

• (C4) Changes in the amount of troponin and Ck-mb enzymes present in cardiac tissue: the values should be elevated, typically over 500 nanograms/deciliter.

The selection of medical charts was also based on the following exclusion criteria:

• (C5) Acute infarction caused by total bundle branch block (either left or right);

• (C6) Acute infarction due to total atrioventricular block.

Fifteen medical charts complied with these require­ments. As the medical chart selection was completed, data collection was performed by filling out a form with patient data, characteristics of the infarction (affected leads, time elapsed since the first symptoms, medications, etc.). The forms were completed for all fifteen patients, and all ECGs recordings of these patients were set apart for analysis.

Data collection at the Instituto de Telemedicina do Brasil – ITMS – Brasil - ECGs recordings of twenty patients who had suffered acute myocardium infarction were selected from an electronic database containing PDF files corresponding to digital ECG recordings sent to ITMS-Brazil headquarters by telephone. All ECG presented ST-segment elevation, and we considered the same selection criteria as described in the previous subsection. Notice that clinical data were not collected.

Digitalization software – Eletrocheckup - The Eletrocheckup software was developed as a low-cost alternative for the digitalization of ECG printouts16.

Calculation of ST elevation, J and Y points - The graphic morphology of an ECG allows the easy identification of the wave components by analyzing the digital value matrix, considering the X axis as the interval of time elapsed. Upon identification of the starting point coordinates, and scanning the amplitudes in the data matrix, the values (voltages) tend to increase. When this trend is inverted, the point immediately before is considered as P point, and the values keep on decreasing. When this trend is inverted again, the Q point is identified and so on.

The J point is defined as the end of the QRS complex and the beginning of the T wave. On a normal ECG, it is located at baseline level. After the point that identifies the S wave, the values begin to increase linearly. The J point can be identified by comparing these values with the baseline17.

The Y point is located 40 milliseconds after the J point. Its amplitude can be obtained by analyzing the ECG points located right after the J point.

In order to identify the amplitude of the J point, considering the case of an ECG recording associated an AMI patient, one needs first to locate the R point, from which a horizontal scan is made on the Y axis up to the point wherein the ECG plot changes its derivative. The Y point is established when the Y axis is scanned horizontally, 40 milliseconds after the J point.

For the calculation of the area, the following methods were used: Method 1 – Pixel counts - The digitalized graphic images consist of points that are invisible when viewed from a distance, generating the optical impression of lines, solid filled areas, etc. The unit of measurement that represents the density of points per inch, known as "resolution", is given in "pixels", also known as dots per inch (dpi) or points per inch. Therefore, an image with 300 –pixel resolutions has 300 points in each linear inch, either in vertical or in horizontal orientation.

Usually, a type of graph paper is used for the electrocardiogram record, with 1 millimeter of distance between every two horizontal or vertical lines. Therefore, the smallest unit of area determined on the paper corresponds to a 1 mm side square (fig. 4)18.

In a resolution where each 1 mm square contains 10 pixels, whether vertical or horizontal, the result is an area containing 100 pixels. The initial and end points in the portion of interest in the electrocardiographic tracing are identified for calculation purposes. An imaginary line is drawn vertically as from the initial point, and an imaginary line is drawn horizontally as from the end point, thus establishing the desired area. The pixel counts are made on the delimited area and, when all of them are summed up, the value of the area is obtained (fig. 5).

Method 2 – Traditional integration - The second method used to estimate the area consists again of identifying the initial and end points of the desired electrocardiographic tracing. An imaginary line is drawn vertically from the initial point and horizontally from the end point. Then, the latter is divided into small rectangular areas, which are established by points selected along the tracing. Summing up these small areas lead to the final (figs 6 and 7).

In order to choose the points, we used the interpolation technique which consists of determining a polynomial that takes on known values at given points, called as interpolation nodes, to be properly set up. Generally speaking, the set of interpolation functions is established by a finite number of parameters. In the case of polynomials, these parameters are their coefficients, which should be equal to the number of conditions imposed, that is, the number of nodes, so that only one solution is obtained.

RESULTS

Comparison between the area calculation methods - To calculate the areas, we used ECG .pdf files supplied by ITMS-Brazil.

We obtained the results shown on Table 1 with both methods. After estimating the area, the error between the areas obtained by the two methods discussed above is calculated as per the following formula:

where A1 is the area calculated by method 1, and A2 is the area calculated by method 2. Other values in Table 1 are described next.

where V is the variance, n is the number of patients, Ai is the area of the ST segment elevation associated to the patient, and MV is the mean value of Ai.

where NV is the normalized variance.

The calculation of the mean error value specified in Table 1 points out us to conclude that both methods generate similar results. At the same time, since the values of error variance associated with the several leads are small, both methods are sound relative to the type of variation considered. Consequently, the methods have very similar performance. Considering that method 1 is more efficient from a computational point of view, it was used for the subsequent analyses in this study.

Calculation of the correlation between ST-segment elevation and acute myocardial infarction -To perform the calculations, ECGs from the HCU/UFU were used in order to assess the statistical correlation between two sets of X and Z variables, defined below.

where: X = represents the set of variables associated to characteristics of the ST-segment on the ECG; A = Area of ST-segment elevation [mV.ms]; Hj = Height of the J point on the ECG [mV]; Hy = Height of the Y point on the ECG [mV].

The "caracteristic ECG" of each patient is established as the first recording taken six hours after the first manifestation of AMI. In general, this ECG corresponds to the first measurement made in the emergency room at the HCU/UFU. However, considering the frequent illegible printouts and the poor graphic quality of the analogical ECG recordings, the characteristic ECG did not always correspond to the first measurement. In this case, it was chosen as the first chronologically most readable ECG among the series of registers made at the emergency room.

From the characteristic ECG, the initial and end final points of the ST-segment elevation were highlighted, always using three leads for each ECG. The values of A, Hj and Hy were estimated for each one of the three leads in each characteristic ECG. Finally, the final characteristic values of the ST-segment elevation area, amplitude of the J point, and amplitude of the Y point associated to each patient correspond to an arithmetic mean involving all the corresponding values of A, Hj and Hy, considering the three leads of each characteristic ECG.

Table 2 shows the characteristic values of the X variables for each patient, obtained by average of the ECG data collected with the form.

Next, the other set of variables is defined.

where: Z = represents the set of variables associated to clinical tests performed with blood samples of acute myocardial infarction patients; Tr = concentration of troponin enzyme [nanogram/deciliter]; Ck = concentration of the Ck-mb enzyme [unit/liter]; K = concentration of potassium ion [milliequivalent/liter]; Na = concentration of sodium ion [milliequivalent/liter]; Ca = concentration of calcium ion [milliequivalent/liter]; Mg = concentration of magnesium ion [milliequivalent/liter]; Gl = blood glucose [milliequivalent/liter]; CV = closed vessel (CV = 1) or not (CV = 0). Binary variable; Pl = percentage of lesion [%].

Important notes: 1) considering the variability in the concentration level of troponin and CK-mb enzymes, the maximum amplitude concentration, provided by the corresponding data collection form, was chosen as the characteristic value of each patient. 2) in terms of ion concentrations (K, Na, Ca and Mg) and blood glucose, the first amount provided in the form was chosen as the characteristic value for each patient. This amount represents the first measurement taken after the occurrence of the AMI. 3) clossed Vessel (CV) and percentage of Lesion (Pl) variables are obtained from the catheterization data. If the lesion is considered mild, P1 is set to 50%; if the lesion is moderate, 70%, and, finally, if the lesion is severe, then P1 is set to 90%. However, if the patient’s form presents the percentage of vessel.

Table 2 shows the characteristic values of the Z measurements for each patient obtained from the data collected with the form. Absent values (blank fields) could not be obtained from the medical records.

The correlation coefficients between X and Z were calculated based on the following formulas:

where CC (X,Z) is the correlation coefficient

where X (MV) is the mean value of X (area, H-j and height H-y), Z(MV) is the mean value of Z (Troponin, Ck-mb, K+,Na+ Ca+, Mg++, Blood Glucose, Closed Vessel and % of lesion), Xi (Area, H-j and H-y) is the value that corresponds to patient i, Zi (Troponin, Ck-mb, K+, Na+, Ca+, Mg++, Blood Glucose, Closed Vessel and % of lesion) is the value that corresponds to patient i, and n is the number of patients (in this case, n = 15).

DISCUSSION

The correaltion coefficients of Table 3 do not take into consideration the alpha error associated with the concept of "significance", and the number of patients is quite low, leading to a poor statistical accuracy. Moreover, although most of the database is composed of ECGs recorded later than six hours after the AMI has taken place, this condition is not verified for all of them.

Considering all the limitations discussed in the previous paragraph, the results in Table 3 lead to the following conclusions:

• (C1) The amplitude of the Y point has maximum correlation with troponin concentration, and is therefore an indicator of cardiac lesion due to AMI. However, in medical literature,18-20 the amplitude of the Y point is more sensitive and specific for the diagnosis of chronic ischemia. Physiologically, it can be considered an important marker for the assessment of AMI seriousness, since it may indicate that the function of the sodium-potassium pump associated with cardiomyocytes is significantly hampered by the extent of tissue necrosis.

• (C2) ST-segment elevation, as indicated by the A measurement, is not a good statistical indicator of infarction seriousness as it has a close association only with the amount of potassium ions. The fact that the correlation between the latter and the ST-segment areas is negative should be associated with cardiomyocyte membrane repolarization.

• (C3) No significant correlation was observed between the concentration of troponin and CK-MB enzymes, and the percentage of lesion (Pl) with the area of ST-segment elevation (A). This may be explained by the fact that the thrombolytic treatment unclogged the vessel, or that the wave associated with cell necrosis was small.

• (C4) There is a high negative correlation between the closing of the vessel (CV) and the ST-segment elevation (A). This may be explained by the fact that the catheterization was performed later.

• (C5) There is a strong negative correlation between the amplitude of the J point and the amount of magnesium ions, leading to possible studies on the effect of magnesium ions on cardiac action potential. At the same time, there is no statistical correlation between the amplitude of the J point and the concentration of sodium and calcium ions. Indeed, the latter does not take part in ion exchange mechanisms during this phase of the cardiac action potential.

Despite the limitations imposed by the small sampling of data available for testing, the analysis suggests that the Y point amplitude is a sensitive marker of AMI. Additionally, the estimation of this variable is simpler and less subject to errors than the calculation of the ST-segment elevation area, commonly reported in medical literature as an indicator of AMI.

Current results lead to the following topics as future work: search for accurate statistical markers to speed up AMI diagnosis, based on signal processing theories (e.g., linear prediction and wavelets); inclusion of a greater number of patients in the clinical database; use of statistical tools that can yield more accurate correlation analysis; extension of phsysiological discussions pointed out by the analysis, with respect to medical and biological literature.

The project carried out by Hermiada et al21 with 103 patients at the Amiens Picardie Hospital in France pointed out that the elevation of the J point is also a strong indicator of the Brugada syndrome. ECG analyses were performed in patients with clinical suspicion of the syndrome. The results showed an elevation > 0.16mV in lead -2V, with 100% specificity and positive predictivity, 40% sensitivity, and 28% negative predictivity.

The study conducted by Kaluzay et al22 with diagnosis of AMI, also including manual analysis of the same examinations by means of a magnifying glass. The study was based on 85 ECGs, which were randomly withdrawn from the ENTIRE-TIMI-23 study. The ECGs were scanned at 203 dpi and graphically enlarged. A vertical line was drawn perpendicular to the J point (or in 3, 6 or 12 J points of consecutive recordings). A perpendicular line was also drawn 20 ms after the J point. The calibration signal and ST-segment intersections with the lines drawn were marked for each lead. The results showed that the ST-segment elevation 20 ms after the J point are greater than at the J point itself, for all infarct sites. In addition, the computerized analysis was more accurate than the manual analysis, presenting a reliability index of 0.991 (95% CI 0.990 - 0.992) against 0.995 (95% CI CI 0.995 - 0.996) for the software analysis.

Acknowledgements

To Dr. Sílvio Alessi and Dr. André Navarro, at the Instituto de Telemedicina do Brasil – ITMS – Brasil. To Professor Dr. Wilson Felipe Pereira, at the Instituto de Ciências Biomédicas - ICBIM/UFU.

Potencial Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

REFERENCES

Mailing Address:

João Batista Destro-Filho

Av. João Naves de Ávila, 2121 - Santa Mônica

38400-902 – Uberlândia, MG - Brazil

E-mail:

jbdestrof@yahoo.com

Received on 08/18/05

Accepted on 11/11/05