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