Conjunto de Dados de Seismocardiografia em Porcos para Indexação da Qualidade do Sinal e Temporizações Cardíacas Validadas

Ouvindo o Coração Sem Perfurar a Pele

Imagine verificar quão bem seu coração está bombeando usando algo tão simples quanto um pequeno sensor de movimento adesivo no peito, em vez de tubos e cateteres dentro das artérias. Essa é a promessa da seismocardiografia, uma técnica que registra pequenas vibrações do tórax causadas por cada batida do coração. Este artigo apresenta um conjunto de dados rigorosamente rotulado, coletado de porcos submetidos a perda de sangue controlada, fornecendo aos cientistas a referência confiável necessária para transformar essas vibrações torácicas em ferramentas confiáveis para a detecção precoce de quedas perigosas no volume sanguíneo e problemas cardíacos.

Por que as Vibrações Cardíacas Importam

Doença cardíaca continua sendo uma das principais causas de morte, e muitas pessoas apresentam sintomas críticos pela primeira vez fora do ambiente hospitalar. Monitoramento contínuo e de baixo custo poderia ajudar a identificar problemas mais cedo, especialmente em ambulâncias, clínicas rurais ou em casa. A seismocardiografia (SCG) registra o tremor sutil do tórax com acelerômetros minúsculos e pode revelar quando as válvulas cardíacas abrem e fecham, com que força o coração está bombeando e como o volume de sangue varia. Estudos anteriores sugerem que essas medições baseadas em vibração podem estimar pressão arterial, volume sistólico e estado do volume sanguíneo com mais sensibilidade do que sinais vitais simples como frequência cardíaca ou pressão arterial média. Mas um obstáculo importante atrasou o progresso: os pesquisadores não dispunham de um grande conjunto público de sinais SCG cuidadosamente verificado e rotulado por especialistas.

A Peça que Faltava: Dados de Referência Confiáveis

Bancos de dados públicos existentes contêm SCG junto com outros sinais, como o eletrocardiograma (ECG), que mede a atividade elétrica do coração, e formas de onda de pressão arterial. No entanto, a maioria dessas coleções carece de marcações claras dos eventos chave do batimento cardíaco, como o momento exato em que a válvula aórtica abre (AO) ou fecha (AC), ou qualquer avaliação consistente de quão limpo ou ruidoso cada batimento é. Sem esses rótulos, é difícil treinar ou testar algoritmos que precisem funcionar de forma confiável em sinais do mundo real repletos de movimento, fala e outras interferências. Os autores deste estudo buscaram fechar essa lacuna construindo um conjunto de dados cuidadosamente anotado e as ferramentas necessárias para criá-lo, focando em um cenário exigente: hipovolemia, a perda ou redistribuição perigosa do volume sanguíneo que pode levar a choque.

Um Olhar Controlado sobre a Perda de Sangue em Porcos

Para construir este conjunto de dados, a equipe usou seis porcos da raça Yorkshire, cuja anatomia cardíaca e torácica se comporta de maneira semelhante à humana. Enquanto os animais estavam deitados de costas sob anestesia, os pesquisadores alteraram gradualmente o volume sanguíneo de duas maneiras: retirando sangue (hipovolemia absoluta) e usando drogas que dilatam os vasos sanguíneos (hipovolemia relativa), seguidas de ressuscitação com o próprio sangue dos animais. Ao longo dessas fases, registraram continuamente SCG de sensores no esterno e nas costas, ECG de eletrodos padrão e pressão arterial altamente precisa a partir de um cateter posicionado na raiz da aorta. Em seguida, dividiram as gravações em batimentos individuais usando o ECG como guia temporal, e selecionaram a cada quinto batimento para inspeção manual, resultando em 17.059 batimentos SCG que abrangem condições normais, perda grave de sangue e recuperação.

Como os Especialistas Marcaram Cada Batimento

Os pesquisadores criaram uma interface gráfica personalizada para tornar a rotulagem por especialistas rápida e consistente. Cada batimento SCG aparece ao lado de seu batimento ECG correspondente e de um mapa de calor mostrando como batimentos próximos evoluem ao longo do tempo. Anotadores treinados — estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado especializados em sinais cardiovasculares — clicaram em quatro marcos chave em cada batimento SCG: abertura da válvula aórtica (AO), fechamento da válvula aórtica (AC), um vale logo após AC (ACv) e a abertura da válvula mitral (MO), que marca quando o ventrículo começa a se encher novamente. Eles também classificaram a qualidade do sinal como “boa”, “média” ou “ruim” com base em quão claramente as feições importantes podiam ser vistas. Cada batimento foi rotulado de forma independente por dois anotadores, com um terceiro atuando como desempate quando necessário. Os valores finais para cada temporização e pontuação de qualidade foram definidos tomando a mediana das três decisões, o que reduz a influência de valores atípicos e discordâncias.

Verificando Contra o Padrão Ouro

Para garantir que as marcações realmente refletissem o que o coração estava fazendo, os autores compararam as marcações dos especialistas com as temporizações extraídas do cateter invasivo de pressão aórtica, que capta diretamente a elevação e queda de pressão causadas pela atividade de bombeamento do coração. Usando etapas de processamento de sinal como filtragem, média e exame da curvatura da forma de onda de pressão, estimaram os verdadeiros momentos de AO e AC para cada batimento selecionado. Em seguida, mediram quão próximos as anotações humanas estavam dessas temporizações derivadas do cateter. Em todos os porcos, os eventos AO anotados mostraram correlação muito forte (r = 0,926) com as medições do cateter, e os eventos AC foram igualmente precisos (r = 0,911). Medidas estatísticas de concordância, incluindo várias formas de métricas de confiabilidade entre avaliadores, mostraram que os anotadores foram geralmente consistentes entre si, especialmente para marcos visualmente mais distintos como AO e os vales principais na fase de enchimento.

O Que Isso Significa para o Futuro do Monitoramento Cardíaco

De uma perspectiva leiga, este trabalho fornece um “dicionário” confiável que traduz vibrações torácicas em eventos cardíacos precisos, validados contra as medições internas mais acuradas disponíveis. Ao compartilhar abertamente tanto as formas de onda brutas quanto os rótulos de especialistas, junto com o software de anotação, os autores oferecem uma base sobre a qual outros podem construir algoritmos mais inteligentes para detectar perda de sangue, monitorar insuficiência cardíaca ou acompanhar a recuperação após cirurgia usando sensores vestíveis. Em termos simples, este conjunto de dados ajuda a reduzir a distância entre protótipos promissores de laboratório e ferramentas robustas que um dia poderão alertar médicos, socorristas ou até os próprios pacientes quando o coração estiver em dificuldade, muito antes que seja tarde demais.

Citação: Cho, M.J., Yaldiz, C.O., Nawar, A. et al. Seismocardiography Pig Hypovolemia Dataset for Signal Quality Indexing and Validated Cardiac Timings. Sci Data 13, 423 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06733-2

Palavras-chave: seismocardiografia, monitoramento cardíaco, detecção de perda de sangue, sensores vestíveis, conjuntos de dados biomédicos anotados