The ballistocardiograph is a measure of ballistic forces on the heart.

1. Ballistocardiograma
Bruno L. Otilio
Eduardo M . Marques
Luiz G. Oliveira Santos
Talita A. Nogueira
Aula: Biomecânica
Prof. Dr. Matheus Urban
Julho de 2018

2. ÍNDICE
ICT - BIOMECÂNICA 2018 2
• Objetivo / Introdução
• BCG (fisiologia / física)
• Métodos e Aplicação
• Exercício proposto
• Resultados e Discussão
• Bibliografia

3. OBJETIVO
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Explicar o que é Ballistocardiograma por princípios
fisiológicos & físicos e propor um experimento
prático de fácil acesso e baixo custo.

4. INTRODUÇÃO
4
Figura 1 – Circulação sanguínea [1].
Figura 2 – Anatomia do coração humano saudável [2].
[1] - https://www.auladeanatomia.com/novosite/sistemas/sistema-cardiovascular
[2] - https://www.auladeanatomia.com/novosite/sistemas/sistema-cardiovascular/coracao
ICT - BIOMECÂNICA 2018
Figura 3 – Localização dos grandes vasos [2].

5. BCG
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Figura 4 – Dr. Isaac Starr [3]
[3] - https://www.pennmedicine.org/news/news-blog/2018/february/isaac-starr-and-the-rise-and-fall-of-the-ballistocardiograp
[4] - https://www.nature.com/articles/srep3129
[5] - https://www.medit.hia.rwth-aachen
Figura 7 – Aquisição do BCG [4]
Ballistocardiograma (BCG) é
um exame não invasivo que
mensura o movimento do
corpo devido a contração do
coração e o movimento do
sangue pelos vasos.
Figura 6 – Sinal do Electrocardiogram (ECG), em
vermelho, e Ballistocardiogram (BCG), em azul.
Figura 5 – Pre-ejection (FGH), Ejection (IJK) e Diastole
(LMN) [5]

6. BCG
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Resumo proposto por Eduardo Pinheiro para os
grupos de picos do BCG
Theory and Developments in an Unobtrusive Cardiovascular System
Representation: Ballistocardiography- Instituto de Telecomunicações, Instituto
Superior Técnico - The Open Biomedical Engineering Journal, 2010, 4, 201-216
[6] - https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-69362-0_5
Figura 8 – Dados cardíacos e suas respectivas
frequências [6]

7. BCG
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Mesmo com os benefícios
apresentado pelo exame, houve
um declínio na publicação de
estudos sobre BCG, nas décadas
seguintes do seu desenvolvimento,
devido a dificuldade da
metodologia [3].
[3] - https://www.pennmedicine.org/news/news-blog/2018/february/isaac-starr-and-the-rise-and-fall-of-
the-ballistocardiograp

8. BCG – FISIOLOGIA
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[6] - http://geoface.info/feda/e55780c51334/how-aortic-aneurysms-become-aortic-catastrophes-journal-002444
[7] - http://nadjabarrosenfermagem.blogspot.com
Figura 9 – Arco aórtico [7]
120 x 80 mmHg
Figura 10 – Arco aórtico [8].

9. BCG – FÍSICA
ICT - BIOMECÂNICA 2018 9
Figura 11 – Modelagem do fluxo sanguíneo pelo arco aórtico [9], [10].
[8] - P. E. Vincent - Blood flow in the rabbit aortic arch and descending thoracic aorta -
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/8/65/1708
[9] -
https://sinews.siam.org/DesktopModules/PackFlashPublish/ArticleDetail/ArticleDetailPrint.aspx?ArticleID=684&Templa
te=StandardNoImage_Print.ascx&siteID=13
[10] - A. Eblen-Zajjur
Figura 12 – Esquema da relação da direção do fluxo sanguíneo com o
respectivo impulso do corpo [11].
Equação 1 – Leis de Newton aplicadas na teoria do BCG.

10. BCG – FÍSICA
ICT - BIOMECÂNICA 2018 10
Proposta dos autores para o cálculo da
força aplicada no arco aórtico*
I) Stroke Volume: Quantidade de sangue bombeado do VE -> 70 ml/beat [12]
II) Densidade do sangue -> 1060 kg/m3 [13]
III) Aceleração do fluxo sanguíneo na aórta ascendente -> 1570,5 cm/s2 [14] & [15]
[11] - https://www.cvphysiology.com/Cardiac%20Function/CF002
[12] - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2658951
[13] - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6695664
[14] - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7060059
F = 1.16 N/beat
* Simplificação teórica com a premissa de ausência
de vórtice do fluxo sanguíneo, atrito desprezível nas
paredes dos vasos bem como MRU.

11. BCG – FÍSICA
ICT - BIOMECÂNICA 2018 11
Figura 13 – Modelagem matemática atualmente proposta para o BCG e seu respectivo resultado [5].
“AA and AD represent the average
cross-sectional areas of the ascending
and descending aorta; P0(t) represents
BP at the inlet of the ascending aorta;
P1(t) represents BP at the outlet of the
ascending aorta or inlet of the
descending aorta; and P2(t) represents
BP at the outlet of the descending
aorta. Note that δP01(t)= P0(t) − P1(t)“,
Chang-Sei Kim.

12. ICT - BIOMECÂNICA 2018 12
BCG – MÉTODO E APLICAÇÕES
• BCG Starr (BCG de alta frequência)
• BCG Nickerson (BCG de frequência ultra-
baixa)
• BCG Dock (BCG com base na velocidade e
aceleração do corpo) [5].
Theory and Developments in an Unobtrusive Cardiovascular System
Representation: Ballistocardiography- Instituto de Telecomunicações, Instituto
Superior Técnico - The Open Biomedical Engineering Journal, 2010, 4, 201-216
Figura 14 – Obstrução cardíaca com base nos dados do BCG,
estudo desenvolvido por Eduardo Pinheiro [11]. I) Aparelho
comercial (MB-1 Ballistocardiograph) desenvolvido por Nihon
Kohden em 1953; II) Metodologia defendida no paper e III)
diagrama de blocos do sistema.
I II
III

13. ICT - BIOMECÂNICA 2018 13
BCG – MÉTODO E APLICAÇÕES
[15] - https://www.semanticscholar.org/paper/Wearable-ballistocardiography%3A-Preliminary-
methods-Wiens-Etemadi/648719f87a72738fe512b87821835cd4982338e6
Wearable ballistocardiography: Preliminary methods for mapping surface vibration measurements to
whole body forces
Figura 15 – Estudo realizado por Andrew D. Wiens comparando
método do BCG derivativo com acelerômetros [16].

14. ICT - BIOMECÂNICA 2018 14
BCG – MÉTODO E APLICAÇÕES
[16] - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4274997/
Figura 16 – Exemplo de aplicação apresentado por Laurent Giovangrandi; análise pós cirúrgico sobre a luz do vaso [17].

15. ICT - BIOMECÂNICA 2018 15
BCG – MÉTODO E APLICAÇÕES
[17] - https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521615300085
Figura 17 – Exemplo de aplicação, proposto por Imre Cikajlo, para aviso de Arritmia Cardíaca durante o sono [18].

16. ATIVIDADE PRÁTICA
ICT - BIOMECÂNICA 2018 16
Os materiais que serão utilizados no experimento serão:
• 02 (dois) tubos de ferro galvanizados de ¾” x 1m;
• 01 (uma) tábua de madeira 1,20x30x0,025 m;
• 01 (um) espelho pequeno;
• 01 (um apontador Laser (como utilizado em apresentações);
• Presilhas para prender o laser e o espelho;
[12[ - https://www.physics.utah.edu/spectrum/index.php/demolicious-physics/86-ballistocardiography
Figura 18 – Esquema real do experimento realizado no
departamento de física da universidade de Utah [19].
Figura 19 – Experimento [fonte: autores]
1 voluntário!

17. RESULTADOS E DISCUSSÃO
ICT - BIOMECÂNICA 2018 17
Discussão em sala.
RESULTADOS
Medição analógica pelo
experimento
Usando SW de celular para
medir o batimento cardíaco
68 62

18. BIBLIOGRAFIA
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Scarbourogh, William R; Talbot, Samuel A. Proposals for ballistocardiographic nomenclature and conventions: revised and extended
report of Committee on Ballistocardiographic Terminology. http://circ.ahajournals.org/content/14/3/435.
J. Choe - Simplified real-time heartbeat detection in ballistocardiography using a dispersion-maximum method -
http://www.alliedacademies.org/articles/simplified-realtime-heartbeat-detection-in-ballistocardiography-using-a-dispersionmaximum-
method.html
http://abrc.snu.ac.kr/korean/viewtopic.php?p=4039
David M. Harrison - The Ballistocardiogram - https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/BCG/BCG.html
Chang-Sei Kim - Ballistocardiogram: Mechanism and Potential for Unobtrusive Cardiovascular Health Monitoring -
https://www.nature.com/articles/srep31297.pdf
CASTIGLIONI, P. et al. Wearable seismocardiography. In: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology
- Proceedings. [S.l.: s.n.], 2007. ISBN 1424407885. ISSN 05891019.
LUNA-LOZANO, P. S.; ALVARADO-SERRANO, C. Time and amplitude relationships of the ballistocardiogram in vertical and horizontal
direction. CCE 2012 - 2012 9th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control, 2012.
R.M, K. H. e. a. W. Estimation of Central Aortic Forges in the Ballistocardiogram inder Rest ande Exercise Conditions. p. 2831–2834, 2015.
ZHENG CONG BI, M. B. X.; HAGE, D. S. Ballistocardiogram as Proximal Timing Reference for Pulse Transit Time Measurement: Potential for
Cuffless Blood Pressure Monitoring. Anal Chem., v. 25, n. 4, p. 368–379, 2015. ISSN 1527-5418.

19. ICT - BIOMECÂNICA 2018 19
Obrigado pela
atenção.