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Bioelectronica,TRANSCRIPT
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PRCTICA 2
Amplificador de Electrocardiograma (ECG).
Klever Felipe Robles Hidalgo
Facultad de Ciencia y Tecnologa
Escuela de Ingeniera Electrnica, UDA
Cuenca, Ecuador
Resumen- El siguiente informe cubre los pasos
realizados para la construccin de un ECG en
los cuales se encuentran: Los diseos y clculos
realizados para los filtros, el estudio de los
diferentes ruidos que nos puedan afectar la
medicin y el proceso de armado del ECG.
I. MARCO TEORICO
a) ECG
La electrocardiografa estudia el registro de la
actividad elctrica en el corazn mediante
aparatos denominados electrocardigrafos.[1]
La onda del ECG se genera de la siguiente
manera:
El impulso cardaco se origina
espontneamente en el ndulo sinusal, el
impulso elctrico se desplaza, diseminndose
por las aurculas a travs de las vas
internodales, produciendo la despolarizacin
auricular y su consecuente contraccin.
La onda elctrica llega luego al ndulo
auriculoventricular Aqu, la onda elctrica
sufre una pausa de aproximadamente 0,1
segundo. [2]
La seal del ECG generada seria la siguiente:
Fig.1. Onda ECG
A continuacin se explicaran algunos
trminos para que se pueda entender el
informe de una manera correcta.
Frecuencia cardaca. Representa el
nmero de contracciones del corazn
o pulsaciones por unidad de tiempo
(latidos/minuto). La frecuencia
cardaca debe estar entre: 60 - 100
lat/min.
Onda P. Representa la
despolarizacin auricular. Sus
caractersticas son:
1. La onda P debe tener una anchura de
entre 60 y 100 milisegundos (sentido
horizontal).
-
2. La onda P debe tener una altura
mxima de 0.25 mV (milivoltios).
3. Debe ser positiva excepto en la
derivacin aVR.
4. En el caso de la derivacin V1 puede
ser bifsica (positivo/negativo).
Intervalo PR. Representa el tiempo
que necesita el estmulo para difundirse a
travs de las aurculas y pasar a la unin AV.
Sus caractersticas son:
1. Debe tener una duracin de entre 110
- 200 milisegundos.
Intervalo QRS. Representa la
despolarizacin del miocardio ventricular.
Sus caractersticas son:
1. Debe tener una duracin de 60 a 100
ms.
Segmento ST. Indica el comienzo de
la repolarizacin ventricular normal y es
isoelctrico. Sus caractersticas son:|
1. El inicio de este segmento es al final
de la S.
2. Puede estar elevado o deprimido
menos de 1 mm.
Onda T. Indica repolarizacin
ventricular. Sus caractersticas son:
1. Ancho de 0.1 - 0.25 segundos.
2. Normalmente es positiva en las
derivaciones D1, D2, aVL, aVF, V2, V3,
V4, V5 y V6
3. Puede ser negativa en la derivacin
D3.
4. T es negativa en la derivacin aVR.
5. Voltaje < 5 mm, en derivaciones de
plano frontal
6. Voltaje < 10 mm, en derivaciones de
plano horizontal
7. En pacientes con complejos QRS de
muy alto voltaje, las ondas T pueden ser
de hasta el 35 % del voltaje del complejo
QRS.
Intervalo QT. Representa el
fenmeno de despolarizacin y repolarizacin
ventricular. Sus caractersticas son:
1. La duracin de este intervalo es de
320 - 440 ms (mujeres hasta 450 ms). [3]
b) Filtros
A continuacin se explicaran los 2 tipos de
filtros que se usaron como son el: Pasa Banda
y el Notch.
- FILTRO PASA BANDA
Un filtro paso banda es un tipo de filtro
electrnico que deja pasar un determinado
rango de frecuencias de una seal y atena el
paso del resto.
Este filtro est formado por un filtro pasa
bajo y un filtro pasa alto.
Las frmulas para el clculo del circuito son
las siguientes teniendo la frecuencia a la que
se desea cortar y el condensador planteados
calculamos la resistencia:
=1
2
Fig.2. Filtro pasa banda de sexto orden
-
Fig.3. Onda de salida de un filtro PB
- FILTRO NOTCH
Es un filtro que no permite el paso de una
frecuencia especfica.
El diagrama del circuito Notch es el
siguiente:
Fig.3. Filtro Notch
La frmula para el clculo del fitro notch es
la siguiente:
II. OBJETIVOS
Disear un circuito para obtener la seal ECG.
Implementar una interfaz grfica para la visualizacin de seal ECG.
Obtener al menos una seal de derivacin
Obtener el ritmo cardiaco de una persona.
III. ANALISIS Y CLCULO
1) Anlisis de los circuitos
La seal del ECG se encuentra entre 1-100Hz
para condicionar esto se ha optado por
realizar un filtro pasa banda activo.
Se probaron varios rdenes de filtro en el
circuito y el que mejor resultado tuvo fue el
filtro de sexto orden ya que este elimino la
mayor cantidad de ruido, a continuacin se
muestran algunas salidas dependiendo de los
filtros.
Fig.4. Salida con un filtro de 4 (azul) y 6
(verde) orden.
Para este filtro pasabanda se tienen los
siguientes clculos:
Filtro Pasa Alta.
=1
2
-
= 1
2 1 0.22
7234.31
= 7.5
Filtro Pasa Baja.
=1
2
= 1
2 100 1
154154.94
= 160
Para eliminar el ruido que nos genera la red
elctrica ocupamos un filtro elimina
frecuencia o filtro notch.
En nuestro caso vamos a usar un filtro de 60
Hz.
Para el filtro notch ocupamos un diseo
sencillo y obtuvimos los siguientes valores:
=1
2
= 1
2 60 1
2652.58
= 2.7
Adems a continuacin se presenta una
imagen de la seal sin el filtrado notch.
Fig.5. Salida sin un filtro notch.
Para la parte de pre amplificacin y obtencin
de la seal se ocup el siguiente circuito:
Fig.6. Amplificado INA128
Para calcular la ganancia del circuito tenemos
la formula segn el datasheet del INA128.
= 1 +50
Para la pre amplificacin se ha establecido
una ganancia de 10 y obtuvimos una
resistencia de:
= 5.6
-
Para la amplificacin se plante un
amplificador instrumental con una ganancia
de 20.
= 1 +50
= 2.7
Fig.7. Amplificador Instrumental
2) Materiales
3 Condensadores de Tantalio de 1uf
3 Condensadores de 0.22uf
Cermicos
1 condensador Electroltico de 1uf
2 Condensadores Electrolticos de
0.47uF
Resistencias
2 INA 128
2 OPA 2134
1 TL084
Potencimetros
MyDaq
IV. DESARROLLO DE LA PRACTICA
Para adquirir una seal de ECG en una escala
que pueda ser manipulada se necesita tener en
cuenta cmo tratar a la seal y para esto se
muestra en el siguiente diagrama los pasos
que se necesitan para la correcta adquisicin.
Diagrama 1. Pasos a seguir para obtencin la seal
ecg.
Los procesos del filtrado y la amplificacin
ya se trataron en el punto anterior, es por esto
que ahora se explicaran los pasos siguientes
que son el de la adquisicin de los datos y la
conversin Analgica-Digital.
Para la conversin usamos la tarjeta de
instrumentacin MyDaq que tiene un ADC
integrado de 16 bits el cual mediante la
entrada analgica de la Mydaq se adquiri y
se convirti la seal para ser pasada a
Labview y el osciloscopio donde poda ser
analizada.
Obtencion de la Senal (Electrodos)
Preamplificacion (INA 128)
FILTRADO ANALOGICO
(NOTCH, PASA BANDA)
AMPLIFICACION
(AMP. INSTRUMENTAL)
ADQUISICION DE DATOS (MYDAQ)
CONVERSION ADC
(MYDAQ)
FILTRADO DIGITAL
(LABVIEW)
VISUALIZACION
(LABVIEW)
-
A continuacin se mostrara y explicara paso a
paso el programa que se us en labview.
Filtro Digital de la seal
En la siguiente imagen se muestra la parte del
filtrado digital de la seal como la parte de
adquisicin, el primer filtro es un filtro
Buttherworth pasabanda y el segundo un
elimina banda que vendra a ser el notch.
Adems se muestran las dos seales, la
filtrada y la seal sin filtrar.
Fig.8. Filtro de la seal
Detector de picos
En la siguiente imagen se puede apreciar la
parte en la que va a detectar y comprobar los
picos pero adems usamos 2 instrumentos
virtuales con los cuales podramos detectar
los picos de cualquier seal ECG de cualquier
persona sin la necesidad de calibrar el
Threshold del Peak detector para q nos
detecte un umbral establecido sino que lo que
hacen estos dos instrumentos es recolectar
cierto nmero de muestras y generar un
promedio estadstico de los puntos mximos
y estos a su vez multiplicar por un valor y de
esta forma ingresar al threshold del peak
detector para con esto lograr que el Umbral
de deteccin vari automticamente
dependiendo de la seal.
Fig.9. Detector de picos.
Indicadores
A continuacin se muestra la programacin
en Labview donde se tiene las condicionales
para obtener los latidos del corazn y si se
encuentran con taquicardia, bradicardia o de
una forma normal.
Fig.10.Indicadores y condicionales
A continuacin se mostrara la interfaz de
usuario.
Fig.11. Interfaz Usuario Labview
Tenemos 3 Waveform Graph en donde
mostramos la seal sin filtro la seal filtrada
y una seal que es la salida del collector de
seales.
-
Adems tenemos un indicador de latidos del
corazn y si se encuentra con alguna arritmia
cardiaca.
Montaje del Circuito
-El montaje del circuito se realiz en el
protoboard ya que este no generaba un ruido
considerable.
A continuacin se muestra una imagen del
circuito montado en el protoboard.
Fig.12. Montaje en el protoboard
V. CONCLUSIONES
Al trmino de esta prctica se concluye
que la parte ms difcil y variante al momento
de obtener la seal es el ruido que se genera
por varios elementos siendo uno de los
mayores ruidos el ruido generado por la red
elctrica, adems existan varios tipos ms
como el ruido generado por el contacto por
electrodos, la seal generada por EMG, ruido
por respiracin, y finalmente ruido por los
cables que eran cables de micrfono. Todos
los ruidos mencionados anteriormente eran
muy variantes y dependan mucho del lugar
donde se tomaba la seal e incluso dependan
de la hora a la cual se tomaba la seal ya que
en la noche las lmparas encendidas generaba
ruido, para esto opte por construir un filtro de
sexto orden ya que despus de varias pruebas
fue el que mejor resultado me dio y no me
eliminaba informacin de la seal.
La seal filtrada al final apareci con un
ruido relativamente bajo y con una seal
escalada de 1.5 a 2V.
Se obtuvo el ritmo cardiaco de una persona
normalmente adems de que la parte del
ritmo cardiaco se puede conectar a cualquier
persona y cualquier seal y esta no necesita
de calibracin sino que es autocalibrada
mediante labview que establece un valor de
umbral dependiendo de la seal y no un fijo.
Se obtuvo la seal de una sola derivacin.
VI. REFERENCIAS
[1] Electrocardiografa, Universidad de
Alcal, Instrumentacin Biomdica.
[2]
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardiogra
ma
[3] lvarez L. , Anlisis de esquemas de
Filtrado para Seales Electrocardiogrficas.
(ECG), Universidad Tecnolgica de Pereira,
2007