Reporte Electrocardiógrafo (8BM1)

8/2/2019 Reporte Electrocardigrafo (8BM1)

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ElectrocardigrafoDiseo,ConstruccineImplementacindelECG

Monitorizacindelassealeselectrocardiogrficas,producidasporlacontraccininvoluntariadel

msculocardiaco


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trocardigrafo

1

Electrocardigrafo

Elaboro:

AlfaroSosaJorge

DeJessQuezadaOscar

DeLaOOrtizJavier

PrezVzquezAlandJosu

Revisa:

Profesor.RicardoRobertoHortaOlivares

Grupo:

8BM1


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lectrocardigrafo

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Diseo,Construccine

ImplementacindelECG

Objetivo general,

Desarrollar un dispositivo que nos permita monitorear las

seales elctricas que se producen en los periodos de sstoles

y distole, comprendidos en las fases de funcionamiento del

corazn.

Objetivo particular.

Disear, construir y calibrar un electrocardigrafo en base al

amplificador de instrumentacin AD620 implementando los

filtros necesarios para el acondicionamiento de la seal

obtenida y utilizando los mtodos necesario para la reduccin

mxima del ruido que se pueda inducir.

Marco Terico

En el cuerpo humano se generan diferentes seales

bioelctricas debido al funcionamiento de rganos tales como

el cerebro, el corazn, los ojos, los msculos. Estas seales

reciben nombres caractersticos dependiendo del rgano en

el que se originan. Para los rganos mencionados, las seales

reciben el nombre de electroencefalogrficas

electrocardiogrficas, electrooculogrficas y

electromiogrficas, respectivamente. Las seales bioelctricas

son utilizadas principalmente en diagnstico mdico para

detectar patologas en los rganos que las producen

En el cuerpo humano se producen potenciales elctricos

debido a las membranas de prcticamente todas la clulas.

Algunas clulas como las nerviosas y las musculares son

capaces de generar impulsos electroqumicos rpidamente

cambiantes en sus membr.La funcin del msculo cardaco es dependiente de la

ElectrocardigrafoLa actividad

bioelctrica

correspondiente al

latido cardiaco fue

descubierta por Kolliker

y Mueller en 1856. El

primero en aproximarse

sistemticamente a

este rgano bajo el

punto de vista elctrico

fue Augustus Waller,

que trabajaba en el

hospital St. Mary, en

Paddington (Londres)


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actividad contrctil organizada de las clulas musculares ventriculares. Esta actividad

contrctil es gatillada por la generacin de cambios temporales especficos en el

potencial de transmembrana de las clulas musculares (potencial de accin). La

duracin, sincrona o dispersin de los potenciales de accin de las clulas

musculares ventriculares puede ser estudiada desde la superficie corporal a travs

del Electrocardiograma (ECG). El complejo de ondas que representa el tiempo desde

que comienza la despolarizacin ventricular hasta que todas las ondas se repolarizan

es llamado Intervalo QT. El perodo durante el cual las clulas ventriculares

permanecen en reposo elctrico es llamado Intervalo TQ. Factores biolgicos como

la Frecuencia Cardaca (FC) y la actividad del sistema nervioso modifican la duracin

del intervalo QT. Presentamos un modelo que intenta describir la evolucin del

Intervalo QT en funcin del cambio instantneo de la FC (representada por el

Intervalo TQ previo del ECG) y la historia de cambios en la FC (representada por un

parmetro al que llamamos Memoria). Los resultados de la simulacin son

comparados con datos experimentales. La aplicacin de este modelo, si se ajusta el

valor de los parmetros a las condiciones fisiolgicas individuales, permitira predecir

los cambios en la duracin del Intervalo QT y prevenir los efectos sobre la

produccin de arritmias cardacas.

El ciclo cardiaco esta formado por un periodo de relajacin denominado distole,

seguido de un periodo de contraccin denominado sstole.

En la siguiente figura se describe los diferentes acontecimientos que se producen

durante el ciclo cardiaco para el lado izquierdo del corazn.


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lectrocardigrafo

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Las tres curvas superiores muestran los cambios de presin en la aorta en el

ventrculo izquierdo y en la aurcula izquierda respectivamente. La cuarta curva

representa los cambios en el volumen ventricular izquierdo, la quinta el

electrocardiograma y la sexta un cardiofonograma que es un registro de los ruidos

que se producen en el corazn ( principalmente la de las vlvulas cardiacas) durante

su funcin de bombeo.

En el electrocardiograma, la sstole elctrica de los ventrculos empieza donde

comienza el complejo QRS. La sstole elctrica de las aurculas comienza con elinicio de la onda P del electrocardiograma (ECG) Correspondiente a la fisiologa del

ciclo cardiaco, la onda P representa la fase de llenado, el Complejo QRS la fase de

contraccin isovolumtrica y lo correspondiente a la fase de eyeccin y relajacin

isovolumtrica se representa a partir del punto donde termina el complejo QRS hasta

el final de la onda T. Referente a la fisiologa elctrica, la onda P es la representacin

del inicio de la excitacin del ndulo sinusal, la conduccin seno-atrial, el inicio de la

despolarizacin auricular, la llegada de la onda al nodo AV y la completa

despolarizacin auricular. El segmento PR es la representacin de la llegada de la

onda al Haz de His, luego a las fibras de Purkinje, El complejo QRS representa la

despolarizacin ventricular, y la onda T la repolarizacin ventricular, asimismo; la

repolarizacin auricular ocurre durante el complejo QRS y queda enmascarada por

ste.

Los voltajes de las ondas que se registran en el electrocardiograma normal

dependen de la manera en la que se aplican los electrodos en la superficie del

cuerpo y de la proximidad de los electrodos al corazn. Cuando un electrodo est

colocado directamente sobre los ventrculos y un segundo electrodo est localizadoen otra parte del cuerpo alejada del corazn el voltaje del complejo QRS puede ser

de hasta 3 a 4mV, Incluso este voltaje es pequeo en comparacin con el potencial

de accin monofsico de 110mV que se registra directamente en la membrana del

msculo cardiaco. Cuando los electrocardiogramas se registran con electrodos en

los dos brazos o en un brazo y una pierna, el voltaje en el complejo QRS

habitualmente es de 1,0 a 1,5 mV desde el punto ms elevado de la onda R hasta el

punto ms profundo de la onda S; el voltaje de la onda P est entre 0.1 y 0,3 mV y el

de la onda T est entre 0.2 y 0,3 mV.


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En cuanto a la disposicin de los electrodos para el registro de la actividad elctrica

cardiaca, podemos encontrar diferentes configuraciones que muestran cambios en

las amplitudes monitorizadas, esto depender de las capacidades de los potenciales

de accin que se llegan a captar y es diferente para cada persona de acuerdo con

aspectos intrnsecos y extrnsecos, sin embargo podemos clasificar las disposiciones

en dos grupos, las derivaciones bipolares y las derivaciones mono polares. En las

derivaciones bipolares se conectan dos electrodos en secciones corporales

definidas, as una derivacin bipolar significa que el electrocardiograma se registra a

partir de dos electrodos que estn localizados en lados diferentes del corazn. En

cambio las derivaciones unipolares dos de los electrodos se conectan a la terminal

negativa del electrocardigrafo y la tercera extremidad se conecta al terminal

positivo. Cuando el terminal positivo est en el brazo derecho se conoce como

derivacin a VR, cuando est en el brazo izquierdo es la derivacin a VL y cuando

est en la pierna izquierda es la derivacin VF.

Existen tres zonas estndar para el registro de actividad elctrica del corazn, de

acuerdo con el tringulo de Einthoven en donde se traza un tringulo con su base en

la parte superior del trax, de esta forma los vrtices estn localizados en las dos

extremidades superiores y en la pierna izquierda, de ah que los electrodos e

conecten en estos puntos. A partir de este tringulo se estandariza el registro de la

actividad, para de esa forma ubicar los electrodos en los lugares correspondientes

con el fin de obtener una seal que nos otorgue la mayor amplitud posible. Se debe

tener en cuenta que los periodos de despolarizacin y repolarizacin de las aurculas

y los ventrculos ocurre en intervalos de tiempo muy cortos por lo que es necesario

asegurar que el equipo tenga la capacidad de registrar estos cambios para poder

apreciar los complejos de la onda electrocardiogrfica.


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Desarrollo

Como hemos mencionado la amplitud de las ondas elctricas producidas por el

msculo cardiaco son de muy baja amplitud, haciendo imposible su monitorizacin a

travs de dispositivos de medicin de seales como los son los osciloscopios o los

multmetros, en consecuencia resulta necesario una etapa intermedia entre la

adquisicin de las seales elctricas del corazn y la representacin grfica de las

mismas. Esta etapa consiste en un dispositivo que tenga la capacidad de identificar

seales de baja amplitud y frecuencia variable, con el fin de lograr una etapa

posterior de amplificacin que nos permita la visualizacin de su espectro en el

tiempo mediante un aparato de medicin. Hemos utilizado un amplificador de

instrumentacin (AD620) que nos permitir amplificar la amplitud de la seal en un

orden variable que puede ser regulado fcilmente cambiando el valor de dos

resistencias. De acuerdo con la hoja de especificaciones del AD620 el circuito en su

configuracin de ECG queda como el siguiente.

ILUSTRACIN1: CONFIGURACINECG

La configuracin mostrada presenta diversas complicaciones en cuanto a materiales

y mtodos de obtencin de las seales, especficamente de la seal de referencia,

por tal motivo hemos modificamos la configuracin del amplificador de tal manera

que el electrodo de referencia pueda ser conectado a la tierra del circuito, de esta

manera, se canalizan las seales de los electrodos ms cercanos al corazn a lasterminales inversora y no inversora del amplificador, en este caso se coloc un


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electrodo en una regin cercana a los ventrculos y el otro electrodo en una regin

complementaria en la regin del bceps derecho.

En cuanto a la ganancia del amplificador hemos colocado una resistencia de 100

que de acuerdo a la ecuacin:

Obtenemosunagananciade:

=49.4

100+ 1 = 495

Como sabemos, la amplitud de la seal electrocardiogrfica en el complejo QRS se

encuentra en el intervalo de 3 a 4mV, por lo que segn la ganancia obtenida

obtenemos:

= 3 495 = 1.485

Una seal con esta amplitud puede ser observada a travs del osciloscopio y a partir

de esto podemos analizar la seal para determinar los elementos necesarios de

acondicionamiento para obtener una seal libre de ruido externo. El circuito

modificado y la simulacin de su funcionamiento se muestran en las siguientes

figuras.

V1

DC = 10

V2

10 0

R1

5k

V3

FREQ = 60

VAMPL = .02

VOFF = 0

10k

0

U2

AD620/AD

OUT6

+3

-2

REF5

V+

V-

4

RG11

RG28

010.00V

V

V

ILUSTRACIN2: DISEODEAMPLIFICADORDE INSTRUMENTACIN


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ILUSTRACIN3: SIMULACINDELAD620

En la siguiente figura se muestra la seal obtenida fsicamente a la salida del

amplificador de instrumentacin, podemos observar que la seal electrocardiogrfica

est montada en una seal de corriente directa en el rango de 5 a 6v, esto se debe a

que los potenciales producido por el msculo cardiaco y la piel producen una

componente de corriente directa.

ILUSTRACIN4: SEALOBTENIDAALASALIDADELAD620

Para eliminar la componente de corriente directa que ocasiona este efecto de

potenciales de accin, hemos implementado un filtro pasa altas de primer orden con

una frecuencia de corte muy baja, basndonos en el principio de que una seales de


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corriente directa no presenta oscilaciones, por lo que su frecuencia de oscilacin

idealmente corresponde a cero, diseando un filtro pasa altas, eliminaremos por

completo la seal de corriente directa, permitindonos visualizar el comportamiento

real de msculo cardiaco.

Para un filtro pasa altas tenemos que:

!=

1

2!

Si la frecuencia de corte debe ser muy baja, podemos proponer:

= 100K = 1 = 4.7

Obtenemos:

!=

1

2(100)(4.7)= 0.3

=!

!

=

1

100= 10

El circuito que diseamos queda de la siguiente manera:

U1

TL081/301/TI

+3

-2

V+

7

V-4

OUT6

N11

N25

V1

1Vac

0Vdc

R1

100k

R2

1000k

C1

4700n

0

10.00V

0

+V

-V

V

ILUSTRACIN5: FILTROPASAALTAS


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En la siguiente ilustracin podemos observar la simulacin del filtro pasa altas,

podemos observar la baja frecuencia de corte, que nos asegura la atenuacin de la

oscilacin de la seal de corriente directa y nos proporciona una seal

electrocardiogrfica centrada en el origen.

ILUSTRACIN6: SIMULACINFILTROPASAALTAS

Fsicamente observamos una seal desmontada, centrada en el eje horizontal; sin

embargo aun se logran apreciar componentes de seales ruido producidas por

diversos factores externos, como lo son la fuente de alimentacin del circuito, la

impedancia de la piel al contacto con los electrodos, los efectos capacitivos de los

cables, los efectos receptivos de las conexiones que no cierran un circuito as como

el efecto producido por radiaciones electromagnticas de fuentes de luz y la propia

seal de ruidos de la frecuencia cardiaca.

ILUSTRACIN7: SEALOBTENIDADELFILTROPASAALTAS


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Realizamos un acercamiento a la seal mediante el osciloscopio para poder observar

las componentes de las seales de ruido, nos percatamos de una seal montada a

una frecuencia aproximadamente de 100Hz, por lo que proponemos el diseo de un

filtro pasa bajas con una frecuencia de corte cercana a esta, de tal modo que nos

permita atenuar las frecuencias ms altas y nos proporcione un espectro ms

limitado en frecuencia, sin perder la informacin de la seal original.

Para el diseo del filtro proponemos un capacitor de 10nF de tal forma que:

! =!

2!!

=

1

2 70 10 = 227.36

La resistencia ms cercana a ese valor es de 220K, por lo que nuestra frecuenciade corte queda finalmente de:

!=

!

2!!

=

1

2 220 10 = 72.4

El circuito del diseo queda de la siguiente forma:

ILUSTRACIN8: FILTROPASABAJAS

U4

TL081/301/TI

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

N11

N25

V8

1Vac

0Vdc

R10

220k

0

-V

+V

C5

10n

V


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ILUSTRACIN9: SIMULACINDEFILTROPASABAJAS

En la siguiente figura observamos la respuesta de la seal al filtro pasa bajas con

frecuencia de corte de 72.4Hz, se aprecia la atenuacin del ruido de alta frecuencia

que se monta en la seal, sin embargo, se logra apreciar la presencia de otra

componente de ruido ajena a la seal original.

ILUSTRACIN10:RESPUESTAREALDELFILTROPASABAJAS


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Hasta este punto obtuvimos la seal bsica en el dominio del tiempo de la frecuencia

cardiaca, podemos observar de primera mano el complejo QRS, sin embargo

visualizamos alteraciones sobre esta seal producidas por los efectos que hemos

mencionado. Una de las seales de ruido ms inducidas en circuitos delicados

como lo es un amplificador de instrumentacin son producidas por las oscilaciones

no estabilizadas de la fuente de alimentacin y las ondas electromagnticas

producidas por las fuentes de luz. Estas seales de ruido tienen una caracterstica

muy en particular y relativamente fcil de identificar, poseen una oscilacin que se

encuentra en el rango de 50 a 60Hz. Podemos identificarla midiendo el periodo de la

seal de ruido montada en la seal electrocardiogrfica y puede ser eliminadamediante la implementacin de un filtro rechaza bandas con una frecuencia de corte

de 60Hz.

Se dise un filtro T-twin de 2 orden donde

=!

2!

Se propone C = 10 nF

=1

2 60 10 = 265.258

El valor ms prximo es R = 270KPara determinar R! , Q = 0.5, de esta manera R! puede ser descartada.

! = !(1

1

2)

Propusimos R! = 10K, sin embargo esto no tiene sentido, ya que de la misma

manera se puede descartar cuando Q = 1


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En la siguiente figura se muestra el circuito diseado.

ILUSTRACIN11: FILTRORECHAZABANDASDE60HZ

En la siguiente ilustracin se puede apreciar la simulacin producida por estecircuito, observamos que la frecuencia de corte se localiza aproximadamente en

60Hz, lo que en teora nos permitira eliminar la componente de ruido montada en la

seal muestreada.

ILUSTRACIN12: SIMULACINDEFILTRORECHAZABANDAS

Fsicamente la seal que obtenemos a la salida del filtro rechaza bandas es una

seal ms estable, aunque an contiene algunas componentes de ruido mnimas seconsideran inherentes a la seal cardiaca.

U1

TL081/301/TI

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

N11

N25

270k

R6

270k

C2

22n

00

C3

10n

C4

10n

R7

270k

R8

10k

0

V7

1Vac

0Vdc

R9

270k

+V

-V

V


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ILUSTRACIN13: SEALECG FINAL

ILUSTRACIN14: SEALECG FINAL


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En la siguiente ilustracin se muestra el acoplamiento de todas las etapas en un

circuito final que nos otorga una respuesta ms estable de trazo electrocardiogrfico

ILUSTRACIN15: ACOPLAMIENTODEETAPAS

V1

10v

V2

10

-V

+V

0

U2

AD620/AD

OUT6

+3

-2

REF5

V+7

V-4

RG11

RG28

+V

-V

Vin-

Vin+

R1100

0

R2

100k

U3

TL081/301/TI

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

N11

N25

C1

4700n

U4

TL081/301/TI

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

N11

N25

R3

220k

0

C2

10n

-V

+V

U5

TL081/301/TI

+3

-2

V+

7

V-4

OUT6

N11

N25

-V

+V

R4

265k

R5

270k

R6

270k

R7

270k

C3

10n

C4

10n

C5

22n

0

R9

1000k

-V

+V

0

R10

1k

Salida


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Problemas

Debidos a la naturaleza de las seales que estamos monitorizando es necesario

tomar precauciones especiales en cuanto a la reduccin de ruido. En el desarrollo

del circuito, nos encontramos con diversos dificultades. En cuanto a la adquisicin

de la seal tuvimos problemas con la posicin de los electrodos, debido a las

corrientes producidas durante la frecuencia cardiaca, la amplitud de esta seal

tambin representa un problema ya que se trata de conseguir la seal con la ms

alta amplitud con el fin de reducir la necesidad de amplificacin que pueda inducirruido en un factor mayor. La identificacin de las frecuencias de los armnicos

montados en la seal puede generar problemas debido a que la accin de los filtros

debe ser en un rango muy especfico con muy poca tolerancia en el caso de filtros

sencillos. La calibracin de estos filtros exigen mayor precisin en cuanto a los

componentes que se utilizan en su diseo, lo que llega a ser muy complicado.

Conclusin

Las seales electrocardiogrficas y las seales bioelctricas en general representan

potenciales de muy baja amplitud, lo que hace difcil su visualizacin eimplementacin en sistemas; sin embargo el desarrollo de dispositivos ms sensibles

ha logrado reducir esta dificultad. Con el desarrollo de esta prctica logramos

visualizar aspectos que en ocasiones pasamos por alto debido a su naturaleza y al

mnimo grado al que llegan a inferir, por otra parte, al tratar con seales de

naturaleza biolgica debemos contemplar aspectos tan bsicos como las ondas

electromagnticas que nos rodean debido a las corrientes que fluyen en los

dispositivos prximos. Con la presencia de la diversidad de seales en el medio,

debemos tomar especial atencin a los conductores que puedan fungir como

antenas receptoras que logren captar seales no deseadas que finalmente son

inducidas en la seal muestreada, por otro lado resulta casi imposible eliminar elruido en un 100% estas alteraciones, lo que se intenta es reducir la cantidad de

estas y tratar de atenuar las que lograron penetrar al sistema.

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