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CIRCUITO PARA CAPTURA DE SEÑALES ECG
Los osciloscopios están basados en un sistema de graficación X-Y , donde Y es la señal que se quiere analizar y X es el tiempo; así obtendremos la grafica de una señal con respecto al tiempo. En
nuestro caso la señal a analizar es la señal cardiaca. La adquisición de la señal se la realiza con electrodos comúnmente usados en los
monitores convencionales, luego esta señal la hacemos pasar por un circuito amplificador de instrumentación que nos proporciona alta
ganancia de voltaje ya que dicha señal esta en el orden de los mili voltios. Luego esta misma señal se la pasa por un circuito de
amplificador de corriente.
MATERIALES
2 Circuitos Integrados LF3471 circuito integrado INA1261circuito integrado PIC18F45501 circuito integrado 40523 resistencias de 1K3 resistencias de 5.6M1 resistencia de 3K1 resistencia de 2K1 resistencia de 5.1K4 resistencias de 10K
4 resistencias de 12K2 resistencias de 6.2K1 resistencia de 1.8K5 condensadores de 470nF5 condensadores de 220nF2 condensadores de 100nF3 diodos 1N41481 potenciómetro de 10K1 cristal de 4MHz
Derivaciones del ECG En electrocardiografía, la palabra "derivaciones" se refiere a la
medida del voltaje entre dos electrodos. Los electrodos se colocan sobre el cuerpo del paciente, sujetándolos con cintas de velcro, por ejemplo, y conectados al aparato mediante cables. Las derivaciones de un ECG utilizan diferentes combinaciones de electrodos para medir distintas señales procedentes del corazón: en forma figurada, cada derivación es como una "fotografía" de la actividad eléctrica del corazón, tomada desde un ángulo diferente.
El ventrículo derecho posee muy poca masa muscular, por lo que solamente imprime una pequeña marca en el ECG haciendo más difícil diagnosticar los cambios en éste que los producidos en el ventrículo izquierdo. Los electrodos miden la actividad eléctrica media generada por la suma total de la capacidad cardiaca en un momento concreto.
Gráfico 1. Imagen que muestra un paciente conectado a los 10 electrodos necesarios para un ECG de 12 derivaciones
DIAGRAMA CIRCUITAL
A continuación les mostraremos el circuito que comprende toda la etapa de amplificación y filtrado de la señal, esta etapa puede ser puesta independientemente a cualquier otro dispositivo capaz de gráficar o procesar la señal como un DSP o algún conversor analógico digital y luego graficarla.
ETAPAS
ETAPA 1: ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS
Esta es la primera de todas las etapas, esta compuesta por los amplificadores operacionales U1:A, U1:B y U1:C. Esta parte lo único que hace es brindar una salida con una mayor corriente de la que tendría si colocáramos los electrodos directamente al multiplexor 4052, esto se hace también para brindar una etapa de protección al mismo y evitar daños por corriente estática aunque el circuito como tal no tiene algún sistema de protección contra estos incidentes.
ETAPA 2: MULTIPLEXACIÓN
Esta etapa tiene mayor importancia debido a que esta es la que se encarga de la selección de cada una de las tres posibles derivaciones periféricas. El sistema de multiplexado funciona como se describe en el datasheet del mismo al escoger tres de las 4 posibles combinaciones en los terminales A y B, los cuales al hacer una interconexión de las entradas con los respectivos electrodos podremos obtener las dos salidas diferenciales necesarias para ser amplificadas por el INA126 sin la necesidad de tener que usar uno de estos por cada derivación. La desventaja de esto es que solamente podremos ver una derivación por vez, impidiéndonos ver simultáneamente que esta ocurriendo en las demás derivaciones.
Las distintas derivaciones se pueden obtener realizando las siguientes combinaciones en las terminales A y B del 4052:
Gráfico 7. Circuito para la adecuación de la señal ECG.
Combinación A:B Derivación Obtenida
00 I
01 II
10 III
11 No aplica
ETAPA 3: AMPLIFICACIÓN
En esta etapa se pasa de tener unos pequeños mili voltios a algunos voltios de amplitud (hasta 4V picos). Sin embargo existen varios problemas adjuntos con esta etapa, uno de ellos es el ruido debido a que cuando amplificamos no tenemos preferencia por la señal cardiaca sino que también son amplificadas otras señales provenientes de agentes externos como ruido EMI proveniente de las líneas eléctricas u otros equipos electrónicos, asimismo también tenemos el ruido ocasionados por las telecomunicaciones inalámbricas, el cual interfiere completamente con la calidad de esta señal.
Una vez que la señal NO AMPLIFICADA ha pasado por esta etapa previa de filtrado se lleva a las entradas inversora y no inversora del INA126 y se obtiene una señal en la que se puede comenzar a apreciar la aparición de la señal cardiaca, aunque bastante perturbada por el ruido de influencia externa tal como se muestra en el siguiente gráfico.
Obtención de la señal en el punto de prueba Vf.
Como se puede apreciar en esta señal se tiene un pequeño offset. En este caso se coloca un filtro en la salida del mismo para eliminar el offset inherente a este amplificador de instrumentación, debido a que la ganancia es muy alta (recordemos que todos los amplificadores operacionales generan un offset tras una amplificación). La respuesta de esta etapa se puede ver en el gráfico siguiente.
Señal obtenida en el punto Va.
ETAPA 4: FILTRO PASA BAJAS
Esta etapa es muy importante ya que limita el rango de frecuencias a solamente 150Hz, Donde Rf es el resistor R3 y Ra es el resistor R4, como se puede apreciar en la ecuación la ganancia de este filtro se puede ajustar fácilmente variando una de estas resistencias, El resultado de este filtro aplicado se puede apreciar en la siguiente gráfica.
Señal obtenida en el punto Vb.
En la gráfica anterior se puede apreciar claramente la señal cardiaca con casi todas sus componentes, sin embargo se nota que tiene mucho ruido indeseable que debe ser eliminado. Este ruido debe ser eliminado mediante la aplicación de un filtro notch configurado a 60Hz. Obteniedose el siguiente gráfico:
Señal obtenida en el punto Vc.
Nótese la gran disminución en el ruido de la señal en la gráfica anterior, sin embargo, en la gráfica subsiguiente se puede apreciar una completa eliminación del ruido y se puede notar la señal casi perfecta con todas sus componentes perfectamente definidas.
Señal obtenida en el punto Vd.
Señal obtenida en el punto Ve.
En esta etapa se puede apreciar que se realiza la suma de una componente offset, esto se hace debido a que el micro controlador solamente opera su ADC entre 0 y 5V por lo cual solamente debemos utilizar este rango de valores. Nótese que al haberse aplicado el sumador de voltaje también se aumento un poco el nivel de ruido, esto se debe a que se filtra ruido térmico por los resistores que tiene el amplificador operacional.
Componentes en Proteus.
NOMBRE PROTEUS
1N41480201YA470JAT2A0201YC471KAT2A4052CAPINA122LF347PIC18F4550POT-HGRES
Diodo.23Multiplexor.Capacitor.Amplificador.Amplificador.Microcontrolador.Potenciómetro.Resistores.
