Progettazione e validazione di metodi per stimare il tempo di chiusura delle valvole cardiache dai toni cardiaci = Design and validation of methods to estimate the time of closure of the cardiac valves from heart sounds

Le malattie cardiovascolari, tra cui l'insufficienza cardiaca, sono la principale causa di morte a livello globale, rappresentando una crescente sfida per la salute pubblica. Oltre al peggioramento della qualità della vita dei pazienti, le ospedalizzazioni associate a questa patologia rappresentano uno dei costi più significativi per la spesa sanitaria. L'auscultazione dei suoni cardiaci è uno strumento diagnostico fondamentale nella pratica clinica, apprezzato soprattutto per la sua semplicità, rapidità e basso costo. Il segnale fonocardiografico, acquisito tramite microfoni integrati in dispositivi indossabili e analizzato mediante le tecniche tradizionali di elaborazione del segnale, offre un'opportunità immediata per monitorare i pazienti affetti da insufficienza cardiaca cronica direttamente al loro domicilio, permettendo di individuare precocemente il deterioramento della loro condizione e di prevenire la fase acuta mediante modifiche della terapia farmacologica. Tuttavia, una fase critica di questo processo è rappresentata dalla segmentazione dei suoni cardiaci, che rimane un compito tecnico impegnativo e per il quale mancano tecniche affidabili per il rilevamento delle componenti dei suoni cardiaci principali. Lo scopo di questo lavoro di tesi è la validazione e ottimizzazione di un algoritmo per il rilevamento e a classificazione dei suoni cardiaci principali e delle loro componenti. Nell'ottica sopra descritta, il lavoro si articola in due sotto-obiettivi. Il primo consiste nella validazione dell'algoritmo contro misurazioni emodinamiche, considerate il gold standard per valutare le condizioni cardiopolmonari. Il secondo è ottimizzare l'algoritmo per migliorarne l'accuratezza. Operativamente è stato creato un database di lavoro utilizzando il database “SCG-RHC” pubblicato da Physionet, da cui sono state estratte 66 procedure che includono segnali elettrocardiografici, accelerometrici e pressori. Questi derivano da un patch indossabile e da procedure di cateterismo di cuore destro eseguite su pazienti affetti da scompenso cardiaco. Le procedure sono state suddivise in 36 normali e 30 anomale al fine di escludere quelle con tracciati ECG critici. È stato sviluppato un algoritmo automatico per individuare la chiusura e l'apertura delle valvole cardiache dai segnali pressori del cuore destro, precisamente la valvola tricuspide e quella polmonare. Questo algoritmo fungerà da riferimento per la validazione dell'algoritmo relativo ai suoni cardiaci, e reso affidabile dalla validazione manuale realizzata da tre operatori, ottenendo valori di RMSE rispetto ad un gold standard definito manualmente inferiore a 30 ms. Infine, dopo aver valutato le performance dell’algoritmo che permette di identificare la chiusura delle valvole cardiache dai suoni cardiaci, si ha l’intento di perfezionare la precedente implementazione per garantire una maggiore affidabilità e valore diagnostico nel rilevamento delle componenti dei suoni cardiaci principali. Se per il secondo tono si ottengono risultati clinicamente accettabili, il primo tono risulta essere più critico a causa della sua nota complessità. Questo lavoro, oltre a fornire una panoramica sull'applicabilità dei metodi di analisi delle componenti del primo tono, esaminando le sue caratteristiche temporali e frequenziali, offre un metodo affidabile per identificare le componenti dei suoni cardiaci nei segnali pressori di pazienti con comorbidità, un aspetto finora inesplorato nella letteratura attuale.