Contador de Frecuencia Cardica

8/18/2019 Contador de Frecuencia Cardica

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MEDIDOR DE FRECUENCIA CARDIACA, ELECTIVA I 1

Contador de Frecuencia Cardiaca.Paúl Esteban Vintimilla Tapia.

Esteban Mauricio Huillcatanda Sacasiri.

Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca

Resumen—En el siguiente documento se detallará el informecorrespondiente al desarrollo de un dispositivo capaz de medirla frecuencia cardiaca. Lo que se buscó principalmente es poderdesarrollar una forma de medir dicha frecuencia debido a queesto es algo fundamental para poder llevar una vida saludabley detectar graves problemas que puedan presentarse, a tiempo.Para lograr este propósito se utilizó un arduino Uno R3, al cualingresaba una señal obtenida por un juego de electrodos; debidoa la poca corriente que se genera por un potencial de acción, senecesitó circuitos de amplificación y filtrado para de esta formaacondicionar dicha señal con la mayor eficiencia, obteniendo elnúmero correcto de pulsos cardiacos con el menor error posible.

Index Terms—arduino UNO R3, contador de frecuencia car-

diaca, ECG, ingeniería biomédica, ritmo cardiaco.

I. OBJETIVOS

I-A. Objetivo General

Desarrollar un dispositivo electrónico no invasivo que per-mita medir la frecuencia cardiaca de cualquier individuo.

I-B. Objetivos Específicos

1. Entender como realizar la medición de la frecuenciacardiaca y así tener una idea clara de lo que el dispositivodesarrollado debe cumplir.

2. Buscar la forma más óptima con los recursos adecuadospara poder desarrollar el dispositivo y obtener el menorerror posible.

3. Realizar las pruebas necesarias y analizar la eficienciadel dispositivo desarrollado.

II. INTRODUCCIÓN

En el mundo actual, es necesario contar con dispositivos quepermitan desarrollar cualquier actividad de la manera más ráp-ida posible, pero sin dejar de lado la eficiencia y calidad de losresultados que se obtengan. Al ser la ingeniería un medio paraalcanzar dicho fin, es necesario poder relacionarla con todos

los campos en los que se desarrolle el ser humano siendo unode estos, la medicina. De acuerdo con las estadísticas más deun millón de personas mueren debido a problemas cardiacos,ya sea por su estilo de vida o cualquier malformación genética,por lo que detectar esta clase de problemas a tiempo es algode suma importancia que ayuda a preservar la salud y a salvarvidas. [1], [2]

Paúl Esteban Vintimilla Tapia, Estudiante de la carrera de IngenieríaElectrónica y Telecomunicaciones de la Universidad Politécnica SalesianaSede Cuenca, e-mail: [email protected].

Esteban Mauricio Huillcatanda Sacasiri, Estudiante de la carrera de Ingenie-ría Electrónica y Sistemas Industriales de la Universidad Politécnica SalesianaSede Cuenca, e-mail: [email protected].

La forma más eficiente y utilizada para detectar problemascardíacos es el uso de electrocardiogramas y contadores defrecuencia cardiaca, que a grosso modo, son dispositivos quepermiten visualizar las señales PQRS, ondas que representanel ritmo cardiaco, y también contar el número de pulsos paraposteriormente poder comparar los resultados obtenidos conpatrones normales, detectando de esta forma anomalías en elcaso de que existiesen.[2]

Los dispositivos que realizan estas tareas deben estar equi-pados con elementos propios para el fin, los mismos quepermiten amplificar las señales vitales en un rango extenso,

habitualmente de 0 a 10000 veces, consiguiendo así señalesque pueden ser procesadas por diversas técnicas, asegurandola validez de los resultados que se obtienen.[1]

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

III-A. Electrocardiograma

El electrocardiograma es una dispositivo que es capazde registrar la actividad eléctrica del corazón, es decir, elpotencial de acción que se genera en cada latido, permitiendoobtener una representación gráfica de los valores medidos. Laobtención de las señales cardiacas se realiza mediante sensoresespeciales conocidos como electrodos de electrocardiograma;

estos son los encargados de captar, amplificar y registrarlas señales generadas por el ritmo cardiaco. Los resultadosque arroja un electrocardiograma pueden clasificarse en dostipos de información, el impulso del corazón con su tiempode transmisión y sus posibles irregularidades, y las posiblesalteraciones que existiesen en el músculo cardíaco y suscavidades.[3]

El análisis de los parámetros de un electrocardiograma esusado para diagnosticar y monitorear desordenes cardiovascu-lares. Monitoreando los parámetros de un electrocardiogramase puede descubrir desde la más común de las condiciones deun desorden cardiaco, la arritmia.[3]

Si un paciente se siente mal debe ir al hospital y luego

de registrarse debe pedir que revisen su salud, pero si elpaciente tuviera un dispositivo que permita medir su ritmocardiaco o hacer un electrocardiograma completo en casa, elmédico a cargo podría monitorear la salud del paciente cadacierto tiempo, sin la necesidad que ninguno de los dos debadesplazarse hacia otro lugar, como un hospital.[3], [5], [6]

III-B. Proceso del electrocardiograma

En un electrocardiograma es necesario analizar los puntosde la onda PQRS. En la Figura 1 se puede apreciar la duracióny ubicación de dichas ondas.

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Figure 1. Ondas PQRS.[5]

III-B1. Onda P: En condiciones normales es la primeramarca reconocible en el ECG. Corresponde a la llegada de laseñal de activación a las aurículas. Su duración es menor de100ms y su voltaje no excede los 2,5mV. [7]

III-B2. Intervalo PR: Muestra el período de inactividadeléctrica correspondiente al retraso fisiológico que sufre el

estímulo en el nodo auriculoventricular. Su duración debe estarcomprendida entre los 120 y 200ms.[7]Complejo QRS: Es la marca más característica de la señal

electrocardiográfica. Representa la llegada de la señal de acti-vación a ambos ventrículos. Su duración es de 80 a 100ms.[7]

III-B3. Segmento ST: Comprende desde el final del com-plejo QRS hasta el inicio de la onda T.[7]

III-B4. Onda T: Corresponde a la repolarización ventricu-lar, aparece al final del segmento ST.[7]

III-B5. Intervalo QT: Comprende desde el inicio delcomplejo QRS hasta el final de la onda T y representala despolarización y repolarización ventricular. Su duraciónestará entre 320 y 400 ms.[7]

IV. EQUIPOS Y / O HERRAMIENTAS UTILIZADAS

Para el desarrollo de este dispositivo se necesitó imple-mentar etapas de amplificación y filtrado de la señal cardiacacaptada por los electrodos, la misma que es procesada en unArduino UNO R3 para obtener el número de pulsos o latidosdel corazón por minuto. Los materiales que se ocuparon fueronlos siguientes:

Arduino UNO R3.Amplificador Operacional 741.LCD de 16x2.Regulador de Voltaje 7805.

Buzzer.LEDs de alto brillo.Diodo 1N3064.Baterias de 9V con sus respectivos conectores.Resistencias de 100 ohms, 470 ohms, 1 kiloohms, 10kiloohms, 100 kiloohms, Megaohms.Condensadores de 10 nF, 47 nF.

V. DESARROLLO / PROCEDIMIENTOS

Para poder obtener la señal cardiaca y realizar un conteo delos pulsos, se deben seguir los siguientes pasos:

1. Obtención de la señal cardiaca a través de los electrodosconectados al paciente.

2. Amplificación y filtrado de la señal para acondicionarlay posteriormente procesarla.

3. Procesamiento de la señal mediante Arduino UNO R3.4. Visualización de la onda PQRS y del número de pulso

por minuto registrados.

V-A. Derivaciones electrocardiográficas

La disposición de las conexiones de cada par de electrodosrecibe el nombre de derivación. En el registro del electrocar-diograma se utilizan habitualmente doce derivaciones: las de-rivaciones de extremidades, las derivaciones de extremidadesaumentadas y las derivaciones precordiales. En nuestro casoutilizaremos únicamente un derivación aumentada, la mismaque se puede observar en la Figura 2.[4]

Figure 2. Derivación Aumentada.[5]

V-B. Circuito Amplificador y Filtrado

Se realizó una amplificación de 10000 veces la señal, elcircuito correspondiente se puede visualizar en la Figura 3.

Figure 3. Circuito de amplificación.


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También se utilizó un filtro pasabajo para eliminar un offsetdebido a una señal alising producida porque no utilizamoselementos propios de instrumentación médica y un filtro pa-saalto para poder eliminar el ruido presente cuando se registrala señal. En la Figura 4 y 5 se pueden observar los filtrosimplementados.

Figure 4. Filtro Pasabajo.

Figure 5. Filtro Pasaalto.

V-C. Arduino

En la programación lo que se hizo fue crear una interrupciónpor timmer cada segundo y en ese segundo contar los picos

que produce la señal PQRS, obteniendo de esta forma, porcomparación, el número de pulsos que se dan en un minuto.También se programó el Arduino para que se pueda visualizarla señal PQRS en un osciloscopio.

VI. RESULTADOS

Los resultados obtenidos con este desarrollo se presentarána continuación:

En la Figura 6, se puede observar el número de pulsosregistrados en una medición de prueba.

Figure 6. Número de pulsos cardiacos.

En la Figura 7, se puede comprobar la semal PQRS reg-istrada en la medición mencionada en el punto anterior.

Figure 7. Señal PQRS.

Cabe recalcar que el sistema puede funcionar de formaautónoma, según las pruebas realizadas por un periodo de3 días, empezando el domingo 10 de enero de 2015 ypresentando fallas el martes 12 del mismo mes. Esto esdebido básicamente a que cuando las baterias están en unnivel cercano a los 4V, se registran datos erróneos en lasmediciones y en la visualización, entonces no se puede decirque el dispositivo funcione correctamente en ese instante.


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VII. CONCLUSIONES

Con el desarrollo de esta práctica se pudo conocer el fun-cionamiento que tiene un electrocardiograma y lo importanteque resulta en el diagnóstico de cualquier problema de salud.Al ser un dispositivo que salva vidas, es de suma importanciaque las mediciones que realice sean lo más acertadas posibles,razón por la cual debe realizarse con elementos diseñados

propiamente para este fin, es decir, dentro de la electrónica eldesarrollo de estos dispositivos está contemplado en la instru-mentación, que en este caso sería médica. Resulta interesanteentender como la ingenería, puntualmente en el campo de lamedicina la ingeniería biomédica, tiene un uso tan extenso yestá relacionada con varios procesos que ayudan a mantenerla vida. Cabe recalcar que, debido a que no se usó elemen-tos adecuados, es decir, amplificadores de instrumentación ycables con baja impedancia para conectar los electrodos aldispositivo, se hizo presente ruido en las mediciones que seregistraban, sin embargo mediante el uso de filtros se pudoeliminar los mismos. La autonomía del sistema es de 3 días,ya que, al disminuir los niveles de voltaje de las baterias, se

presentan anomalías o fallas en las mediciones registradas. Sise utiliza baterias con mayor amperaje se obtendrá una mejorautonomía.

REFERENCIAS

[1] Abed Al Raoof K. Bsoul. A simple noninvasive approach for fetalelectrocardiogram extraction based on wavelet transform. pages 97–100.IEEE, September 2015.

[2] Meng Huanhuan and Zhang Yue. Classification of ElectrocardiogramSignals with Deep Belief Networks. pages 7–12. IEEE, December 2014.

[3] A. A. Korobkov and A. V. Ulanov. A portable device for registrationand transfer of patient’s electrocardiogram using microwave technologies.pages 1–2. IEEE, April 2015.

[4] Prajakta M. Pardeshi and Ganesh Ramachandran. Electrocardiogramtelemetry. pages 113–116. IEEE, April 2011.

[5] Kevin C. Tseng, Bor-Shyh Lin, Lun-De Liao, Yu-Te Wang, and Yu-LinWang. Development of a Wearable Mobile Electrocardiogram MonitoringSystem by Using Novel Dry Foam Electrodes. IEEE Systems Journal,8(3):900–906, September 2014.

[6] Bin Yu, Lisheng Xu, and Yongxu Li. Bluetooth Low Energy (BLE) basedmobile electrocardiogram monitoring system. pages 763–767. IEEE, June2012.

[7] Qunyi Zhou. The Electrocardiogram Classification Research on Electro-cardiogram RR Interval Variation. pages 497–500. IEEE, 2009.

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