Obtención de la señal electrocardiográfica utilizando la derivación II

Obtención de la señal electrocardiográfica utilizando la derivación II

Introducción:

El corazón es un órgano muscular vacío en forma de cono, que bombea la sangre a través del cuerpo y late normalmente unas 70-80 veces por minuto mediante impulsos nerviosos y contracciones musculares coordinadas.

Para poder medir la actividad eléctrica del corazón se requiere un componente entre el equipo y el paciente denominado electrodo. La distribución física que guardan los electrodos en su colocación se conoce como derivación. Se han empleado varias derivaciones distintas en los registros electrocardiográficos; sin embargo, habitualmente se registran 12, con 9 electrodos y uno en la pierna derecha acoplado a un circuito cuyo objetivo es proveer una referencia y disminuir ruido.

Características de la señales electrocardiográficas:

El electrocardiograma (ECG) es el trazado gráfico de las corrientes eléctricas producidas por la acción del músculo cardíaco, constituido por una línea quebrada, con ascensos y descensos, correspondientes a la actividad auricular y ventricular. El electrocardiograma normal está formado por una onda P, un complejo QRS y una onda T. La onda P se debe a los potenciales eléctricos generados cuando las aurículas se despolarizan antes de cada contracción. El complejo QRS se debe a los potenciales que se generan cuando los ventrículos se despolarizan antes de contraerse. Por consiguiente, tanto la onda P como los elementos integrantes del complejo QRS son ondas de despolarización. La onda T se debe a los potenciales que se generan cuando los ventrículos se recuperan de su estado de despolarización y se conoce como onda de repolarización Figura 1.

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                                            Figura 1. Señal electrocardiográfica.

La amplitud (Voltajes) de las ondas depende de la manera de aplicar los electrodos a la superficie del cuerpo y de la proximidad de los mismos al corazón. Cuando se coloca un electrodo directamente sobre el corazón y se sitúa un segundo electrodo en cualquier parte del organismo, el voltaje del complejo QRS pueden ser hasta de 3 a 4 milivoltios. Cuando el electrocardiograma se registra con los electrodos colocados en ambos brazos, o en un brazo y una pierna, el voltaje del complejo QRS suele ser de un milivoltio aproximadamente si se mide desde la cúspide de la onda R hasta el punto más bajo de la onda S; el voltaje de la onda P es de 0.1 a 0.3 milivoltios; y el de la onda T de 0.2 a 0.3 milivoltios. En las tres derivaciones bipolares las ondas P y T son positivas, al igual que la parte principal del QRS.

El ancho de banda de la señal depende del estudio a realizar y la región de interés de la señal. El ancho de banda clínico en el registro del ECG estándar de doce derivaciones para la detección de las ondas P y T, y el complejo QRS, es de 0.05 a 100 Hz. Para aplicaciones de monitorización, en pacientes de cuidado intensivo y pacientes ambulatorios, el ancho de banda es restringido desde 0.5 hasta 50 Hz. En otras aplicaciones (ECG de alta resolución) se extiende el ancho de banda hasta los 500Hz para la detección de potenciales tardíos presentes después del complejo QRS, que corresponden a señales de baja amplitud y alta frecuencia.

PSoC:

Cypress Microsystems es una corporación que diseña varios kits de hardware para las aplicaciones de los Sistemas Programables en un Chip (PSoC por sus siglas en ingles).

Los PSoC internamente cuentan con dispositivos electrónicos, entre ellos filtros, amplificadores, comparadores, convertidores análogos-digitales y digitales-análogos de varios tipos y resoluciones; moduladores de ancho de pulso (PWM) de 8, 16, 32 bit y contadores de 8, 16, 32 bit.

En el PSoC Designer se seleccionan y diseñan de forma gráfica los componentes electrónicos, este permite programar dichos componentes y el microcontrolador interno; ya sea en lenguaje ensamblador, por defecto, o a través de lenguaje C. Este programa también posee una hoja de dato (datasheet) de cada componente seleccionado, donde se especifican las características principales, cómo programarlo y obtener su mejor rendimiento.

Facilidades del PSoC en la adquisición de la señal electrocardiográfica:

La determinación del ritmo cardíaco a partir de la señal electrocardiográfica, requiere del diseño de un dispositivo capaz de obtener esta variable fisiológica con buena calidad. Para la implementación de estos equipos se requieren de una serie de componentes analógicos y digitales que se pueden encontrar en el PSoC, una tecnología robusta que permite la configuración dinámica de componentes analógicos y digitales en un mismo chip y por tanto reduce la cantidad de componentes externos en un circuito.

Desarrollo:

Amplificadores de Instrumentación:

Los amplificadores de instrumentación son muy utilizados en los sistemas de adquisición de bioseñales, porque presentan una alta impedancia de entrada y un rechazo al modo común elevado. Esto es de gran importancia ya que las interferencias de línea de 60Hz está presente en el sistema de adquisición lo que aumenta el ruido. Este ruido es común ya que está presente en ambas entradas del amplificador de instrumentación, quedando atenuadas por este.

Circuito de pierna derecha:

Con el fin de atenuar la señal en modo común a la entrada del amplificador de instrumentación e introducir una referencia al sistema de adquisición, es implementado el circuito de pierna derecha. Este consiste en amplificar la señal en modo común proveniente del amplificador de instrumentación, invertirla y realimentarla al sistema.    

Filtrado paso alto:

Debido a la respiración de la persona, movimiento de los cables y de los sensores sobre la piel entre otros factores, aparecen sobre nuestra señal deseada un ruido de componente espectral baja, para disminuir este se introduce un filtro paso alto con una frecuencia de corte de 0.05Hz, este filtro se construye con una ganancia alta para de esta forma aumentar la ganancia del sistema ya que la señal proveniente del corazón está en el orden de los milivoltios y por tanto es necesario amplificar una 1000 veces la señal de entrada para que quede en el orden de los volt.

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