Cuando alguien abre la puerta y entra a una habitación de hospital, usar un estetoscopio es una señal de que es médico. Este dispositivo médico existe desde hace más de 200 años y sigue siendo un elemento básico en la clínica a pesar de los importantes avances en el diagnóstico y las tecnologías médicas.
Un estetoscopio es un instrumento médico que se utiliza para escuchar y amplificar los sonidos internos producidos por el cuerpo. Los médicos todavía utilizan los sonidos que escuchan a través de los estetoscopios como indicadores tempranos de enfermedades cardíacas o pulmonares. Por ejemplo, un soplo cardíaco o crepitantes en los pulmones a menudo indican que hay un problema presente. Aunque ha habido avances significativos en las tecnologías de imágenes y monitoreo, el estetoscopio sigue siendo una herramienta rápida, asequible y rentable para evaluar la salud del paciente.
Aunque los estetoscopios siguen siendo útiles hoy en día, los síntomas audibles de la enfermedad a menudo no aparecen hasta las últimas etapas de la enfermedad. En ese momento, es menos probable que los tratamientos funcionen y los resultados suelen ser deficientes. Este es especialmente el caso de las enfermedades cardíacas, donde los cambios en los ruidos cardíacos no siempre están claramente definidos y pueden ser difíciles de escuchar.
Somos científicos e ingenieros que investigamos formas de utilizar los ruidos cardíacos para detectar enfermedades de forma más temprana y precisa. Nuestra investigación sugiere que combinar estetoscopios con inteligencia artificial podría ayudar a los médicos a depender menos del oído humano para diagnosticar enfermedades cardíacas, lo que conduciría a un tratamiento más oportuno y eficaz.
Historia del estetoscopio
La invención del estetoscopio se atribuye al médico francés del siglo XIX René Théophile Hyacinthe Laennec. Antes del estetoscopio, los médicos solían colocar la oreja directamente sobre el pecho del paciente para detectar anomalías en la respiración y los sonidos cardíacos.
En 1816, una joven que presentaba síntomas de enfermedad cardíaca acudió a consulta con Laennec. Sin embargo, colocar su oreja sobre su pecho se consideraba socialmente inapropiado. Inspirándose en los niños que transmiten sonidos a través de un largo palo de madera, en lugar de eso, enrolló una hoja de papel para escuchar su corazón. Quedó sorprendido por la repentina claridad de los ruidos cardíacos y nació el primer estetoscopio.
Uno de los estetoscopios de madera originales de René Laennec. Museo de Ciencias de Londres/Biblioteca de Imágenes de Ciencia y Sociedad, CC BI-NC-SA
Durante las siguientes décadas, los investigadores modificaron la forma de este primer estetoscopio para mejorar su comodidad, portabilidad y transmisión de sonido. Esto implica agregar una membrana delgada y plana llamada diafragma que vibra y amplifica el sonido.
El siguiente gran avance se produjo a mediados de la década de 1850, cuando el médico irlandés Arthur Leared y el médico estadounidense George Philip Kaman desarrollaron estetoscopios que podían transmitir sonido a ambos oídos. Estos estetoscopios binaurales utilizan dos tubos flexibles conectados a auriculares separados, lo que permite un sonido más claro y equilibrado al reducir el ruido externo.
Estos primeros modelos son notablemente similares a los estetoscopios que usan los médicos hoy en día, con sólo modificaciones menores diseñadas principalmente para la comodidad del usuario.
escuchando el corazon
Las facultades de medicina continúan enseñando el arte de la auscultación: utilizar el sonido para evaluar la función del corazón, los pulmones y otros órganos. Los modelos de estetoscopio digitales, disponibles comercialmente desde principios de la década de 2000, ofrecen nuevas herramientas como amplificación y grabación de sonido, pero el principio básico que introdujo Laennec perdura.
Al escuchar el corazón, los médicos prestan mucha atención al familiar ritmo "lub-dub" de cada latido. El primer sonido, un latido, se produce cuando las válvulas entre las cámaras superior e inferior del corazón se cierran a medida que el corazón se contrae y empuja la sangre hacia el cuerpo. El segundo sonido, un soplo, se produce cuando las válvulas que salen del corazón se cierran a medida que el corazón se relaja y se llena de sangre.
El diafragma y la campana del estetoscopio transmiten diferentes frecuencias de sonido al oyente. Jarould/Wikimedia Commons, CC BI-SA
Además de estos dos sonidos normales, los médicos también escuchan sonidos inusuales (como soplos, latidos adicionales o clics) que pueden indicar problemas con el flujo sanguíneo o si las válvulas del corazón están funcionando correctamente.
Los ruidos cardíacos pueden variar mucho según el tipo de enfermedad cardíaca presente. A veces, diferentes enfermedades producen el mismo sonido anormal. Por ejemplo, se puede escuchar un soplo sistólico (un sonido adicional entre el primer y el segundo ruido cardíaco) con un estrechamiento de la válvula aórtica o pulmonar. Sin embargo, el mismo soplo puede ocurrir cuando el corazón es estructuralmente normal y sano. Esta superposición dificulta el diagnóstico de la enfermedad basándose únicamente en la presencia de soplos.
Enseñar a la inteligencia artificial a escuchar lo que los humanos no pueden
La tecnología de inteligencia artificial puede identificar diferencias ocultas en los sonidos de corazones sanos y dañados y utilizarlas para diagnosticar enfermedades antes de que aparezcan los cambios acústicos tradicionales, como los soplos. En lugar de depender de la presencia de sonidos adicionales o anormales para diagnosticar enfermedades, la IA puede detectar diferencias en sonidos que son demasiado débiles o sutiles para que el oído humano las detecte.
Para construir estos algoritmos, los investigadores registran los ruidos cardíacos utilizando estetoscopios digitales. Estos estetoscopios convierten el sonido en señales electrónicas que pueden ser amplificadas, almacenadas y analizadas por una computadora. Luego, los investigadores pueden marcar qué sonidos son normales o anormales para entrenar un algoritmo para que reconozca patrones en los sonidos que luego pueda usar para predecir si los nuevos sonidos son normales o anormales.
Los estetoscopios pueden captar información de diagnóstico que el oído humano por sí solo no puede oír. Drs Produce/E+ vía Getty Images
Los investigadores están desarrollando algoritmos que pueden analizar los sonidos cardíacos grabados digitalmente junto con estetoscopios digitales como una herramienta de detección de enfermedades cardíacas accesible, no invasiva y de bajo costo. Sin embargo, muchos de estos algoritmos se basan en conjuntos de datos de enfermedades cardíacas de moderadas a graves. Debido a que es difícil encontrar pacientes en las primeras etapas de la enfermedad, antes de que comiencen a aparecer los síntomas, los algoritmos no tienen mucha información sobre cómo suenan los corazones en las primeras etapas de la enfermedad.
Para cerrar esta brecha, nuestro equipo está utilizando modelos animales para enseñar algoritmos para analizar los sonidos cardíacos y encontrar signos tempranos de enfermedad. Después de entrenar los algoritmos con estos sonidos, evaluamos su precisión comparándola con una exploración de imágenes de la acumulación de calcio en el corazón. Nuestra investigación sugiere que un algoritmo basado en IA puede clasificar correctamente los sonidos cardíacos saludables el 95% de las veces e incluso puede distinguir tipos de enfermedades cardíacas con casi un 85% de precisión. Lo más importante es que nuestro algoritmo es capaz de detectar las primeras etapas de la enfermedad, antes de que aparezcan soplos cardíacos o cambios estructurales.
Creemos que enseñar a la inteligencia artificial a escuchar lo que los humanos no pueden escuchar podría cambiar la forma en que los médicos diagnostican y responden a las enfermedades cardíacas.
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