| ELECTROCARDIOGRAFO
CONTROLADO A TRAVES DE LA RED PUBLICA DE TELEFONIA
INALAMBRICA
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| Debido a la vida agitada que llevamos
hoy en día y la mala alimentación, los
casos de paro cardíaco (infarto) son cada vez
mayores. Sobre todo en las grandes ciudades. Motivo
por el cual el propósito de dicho artículo
es bosquejar la solución a este gran problema.
Haciendo uso de la tecnología que se dispone
en la actualidad y que se encuentra al alcance de
la agente en general. Gracias a la existencia de la
electrónica digital y a los microcontroladores
PIC (16F87X) se puede desarrollar un prototipo que
muestre y adquiera la información en forma
segura, sin problema alguno en la retransmisión
de ésta hacia algún punto en específico,
haciendo uso de la comunicación Wi-Fi (802.11b)
y comparando la información retransmitida con
una base de datos. |
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La vida agitada
de las grandes ciudades, la mala alimentación,
y el estrés son la causa principal de los
infartos, afección susceptible a cualquier
persona adulta, sobre todo, con exceso de peso.
La mayoría de las personas, cuando enfrentan
este problema y no lo pueden llevar a un buen fin,
su cuerpo se ve afectado por las constantes alteraciones
que se producen como respuesta a los estímulos
ambientales o factores estresantes. Los primeros
síntomas que generalmente se presentan son:
dolor en el brazo izquierdo, adormecimiento de alguno
de los brazos, y dolor directamente en el pecho,
justo en el corazón. Esto último inminentemente
da como resultado un ataque cardíaco.
Finalmente está demostrado
que una persona con un ritmo de vida más
tranquilo, con una rutina constante de ejercicio
físico y una buena dieta, tiene menos probabilidades
de sufrir un infarto.
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| II OPERACION
DEL ELECTROCARDIOGRAFO |
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El Electrocardiógrafo es un dispositivo
que permite el registro del voltaje y la dirección
de la actividad eléctrica durante la despolarización
y la repolarización de las células
del músculo cardíaco. Estas son
representadas gráficamente por un Electrocardiograma
(ECG), respecto al tiempo. Normalmente, la activación
eléctrica de las células o “despolarización”
estimula la contracción del miocardio.
La “repolarización” o restauración
del potencial eléctrico de las células
se produce hacia el final de la contracción
cardíaca.
Mediante electrodos fijados a la piel del paciente,
sirven como las terminales positiva y negativa
de un sistema de derivación usado para
medir la actividad eléctrica durante todo
el ciclo cardíaco. Una onda eléctrica
que se desplace hacia el electrodo positivo se
registrará como una deflexión positiva
en el ECG, mientras que una onda eléctrica
que se desplace alejándose del electrodo
se registrará como una deflexión
negativa.
El ECG es un recurso importante para el diagnóstico
de arritmias cardíacas, en la valoración
de la respuesta a tratamiento y en proporcionar
información relativa a algunos procesos
fisiológicos y/o patológicos que
afectan al corazón.
El corazón podría considerarse
como una bomba electromecánica; es decir,
un sistema que genera en forma automática
el impulso cardíaco y lo transmite a todas
las células de trabajo, denominadas miocitos,
y éstas, con su contracción o acortamiento
impulsan la sangre para que se distribuya por
todo el organismo.
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La actividad eléctrica del
corazón se realiza en tal forma que las ondas
que recorren el músculo cardíaco positivizan
las regiones hacia las cuales se acercan y van negativizando
las zonas de las cuales se alejan. Esto equivale
a decir que la onda de activación se puede
representar como un dipolo:

Tal es el concepto que se aplica
tanto a una célula aislada como al corazón.
Cuando una célula se encuentra en reposo
tiene cargas negativas en su interior y cargas positivas
sobre la membrana que la cubre.
Un electrodo que registrara los
fenómenos eléctricos en uno de los
extremos del exterior de una célula en reposo,
daría como gráfica una línea
horizontal. Si esta célula fuese activada,
por medio de un estímulo, habría que
representar la onda de activación como un
dipolo con su polo positivo en la parte anterior
(sentido en el que se aloja el dipolo). El electrodo
recogería los efectos del dipolo de activación
y daría lugar a una gráfica de dirección
hacia arriba (positiva) que va aumentando en altura
o voltaje conforme el dipolo se acerca al electrodo.
El vértice de este trazo coincidirá
con la llegada de la onda de activación al
extremo de la célula, es decir, al electrodo.
El descenso del trazo correspondería a la
disminución rápida de los efectos
del dipolo de activación sobre el electrodo.
La célula que dejó
su estado de reposo, lo recupera gracias a la onda
de recuperación, que se produce con el dipolo
de recuperación. Este dipolo viaja en el
mismo sentido sólo que con su polo negativo
por delante. La recuperación es más
lenta, por lo que el trazo es de morfología
distinta y de inscripción más lenta.
Tiene dirección inversa a la del trazo de
activación. El proceso de repolarización
y despolarización se muestra en la Figura
1. |
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| III
ENFERMEDADES DEL CORAZON |
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-
Hipertrofia ventricular derecha
-
Hipertrofia ventricular izquierda
-
Bloqueos de rama
-
Bloqueo de rama derecha
-
Bloqueo de rama izquierda
-
Cardiopatía isquémica
-
Isquemia subendocárdica
-
Isquemia subepicárdica
-
Infarto subendocárdico
-
Infarto transmural
-
Arritmias cardíacas
- Clasificación de arritmias
1. Hiperactivas
2. Extrasístoles
3. Parasístoles
4. Taquicardias
5. Flutteres
6. Fibrilaciones
7. Hipoactivas
8. Impulsos y ritmos de escape
9. Bradicardia sinusal
10. Bloqueos
El estudio de un enfermo y de su
enfermedad, tiene como una de sus metas, conocer
el grado en el que el paciente se encuentra alejado
de la normalidad en sus funciones físicas;
mientras más enfermo se encuentre, más
lejos de la normalidad se halla.
Cuando el corazón deja de
funcionar correctamente, la consecuencia para el
individuo enfermo es la disminución de su
capacidad de realizar esfuerzos físicos y
la aparición de numerosos síntomas
directamente derivados de esta incapacidad, atribuibles
a que el corazón ha perdido en mayor o menor
grado su energía vital, con las consecuencias
que lo anterior tiene en todo el organismo, y en
particular, en ciertos sistemas o en ciertos órganos. |
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| IV ADQUISICION
DE LAS SEÑALES ELECTRICAS |
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Con la ayuda
de un ECG se realizan las muestras de las señales
eléctricas que emite el corazón tal
como lo muestra la figura 2.
El electrocardiógrafo consta
de un galvanómetro, un sistema de amplificación
y otro de registro.
Las contracciones rítmicas
del corazón están controladas por
una serie ordenada de descargas eléctricas
que se originan en el nodo sinusal de la aurícula
derecha y se propagan a los ventrículos a
través del nodo aurículoventricular
y del haz de His (un haz de fibras neuromusculares).
Mediante electrodos aplicados en varias regiones
del cuerpo se puede obtener, tras amplificarlas,
un registro de estas descargas eléctricas
(transmitidas por los tejidos corporales desde el
corazón hasta la piel). Este registro se
llama electrocardiograma (ECG). La aguja del galvanómetro
sólo se desplaza hacia arriba o hacia abajo.
Cuando la corriente eléctrica que está
registrando un electrodo va en la dirección
del mismo, lo que se registra en el electrocardiograma
es una onda positiva, es decir un desplazamiento
de la aguja del galvanómetro hacia arriba;
por el contrario, si lo que está registrando
el electrodo es una corriente eléctrica que
se aleja de él, lo que se obtendrá
en el registro es una onda negativa, por el trazado
que origina la aguja del galvanómetro al
desplazarse hacia abajo.
Las principales partes de un ECG
son: la onda P, una onda más o menos sinusoidal
que refleja la descarga eléctrica que se
origina y propaga por las aurículas; el complejo
QRS, que muestra el paso de la onda eléctrica
a los ventrículos y la activación
de éstos; y la onda T, señal de la
repolarización de los ventrículos.
El electrocardiograma es extremadamente útil
para el diagnóstico y control de las arritmias
cardíacas, de la angina de pecho y del infarto
agudo de miocardio. |
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| ELECTROCARDIOGRAFO
DIGITAL |
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| Haciendo uso de electrodos cuyo calibre
de su cable debe ser pequeño, para evitar caídas
de potencial y la pérdida considerable de la
misma. Las características del cable deben
ser las siguientes:
- Coaxil
- Un solo canal
- Calibre 24
- 1.5m de longitud.
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| EL ACONDICIONAMIENTO
DE LA SEÑAL |
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Como las señales
a medir están alrededor de 1mV, existen otros
potenciales más grandes, generados por diversos
factores, como son: el ruido ambiental, movimiento
de paciente y efectos de capacitancias parásitas,
por mencionar algunos. Estos disturbios generalmente
son más grandes en magnitud que las señales
en cuestión, por lo tanto, se diseñó
el siguiente acondicionamiento de señal. |
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| AMPLIFICADOR
DE INSTRUMENTACION |
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Debido a la existencia
de ruido considerable, se emplea el amplificador
de instrumentación cuyas entradas en modo
diferencial permiten que una señal débil
se capte “extrayéndola” de una
señal de ruido más intensa. |
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Como las señales
a sensar son de una amplitud muy pequeña
(milivolts), la ganancia de la etapa de acondicionamiento
de señal debe ser grande, sin embargo, el
amplificador de instrumentación debe tener
una ganancia pequeña debido a que su función
es rescatar la señal del ambiente. Posteriormente,
esta señal se amplifica nuevamente después
de un proceso de filtrado.
La ganancia propuesta del amplificador
de instrumentación es de 20, en las hojas
de especificaciones del encapsulado se establece
una ecuación para la ganancia del mismo y
está dada por:
G= (49.4kW/RG) + 1
La resistencia RG para una ganancia
de 20 tiene un valor de:
RG = 49.4kW/(20-1)= 2.6kW
La configuración del circuito
es la que se muestra en la figura 3. |
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| AMPLIFICADOR
DE INSTRUMENTACION |
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Posteriormente
se hizo uso de un filtro Pasa Bajas (Sallen) debido
a ruido por altas frecuencias por causa de las fuentes
de alimentación. Este filtro tiene la característica
de respuesta plana en su banda de paso, lo cual
es muy conveniente para la clase de señal
que se está midiendo. Los valores obtenidos
para el filtro son los siguientes: Se establece
una frecuencia de corte de 15Hz, ya que la frecuencia
que se espera medir es no mayor a 3Hz (ya incluidos
los casos de taquicardia y bradicardia). La configuración
del filtro Pasa Bajas (Sallen) se presenta en la
figura 4. |
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Luego como se
observa en la figura del Amplificador de Instrumentación,
hay un amplificador operacional a la salida del
filtro, este tiene una ganancia adicional de 50
y es de tipo no inversor, por su alta impedancia
de entrada (tip FET) esta configuración ayuda
a evitar que la señal obtenida se debilite,
la ecuación de entrada-salida de este amplificador
es:
Av= (1 + Rf / Ri )
Si el valor de la resistencia de
retroalimentación (Rf) es de 100kW, la resistencia
de la entrada no inversora se calculó de
la siguiente manera:
Ri = Rf /( Av-1) = 100k
/ (50-1)=2.04kW
Finalmente se presentó un
voltaje de cd en las entradas del amplificador de
instrumentación, esto debido a capacitancias
parásitas presentes en los electrodos, para
eliminar este voltaje en continua, se diseñó
un acoplamiento descrito a continuación,
en la figura 5.
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El circuito de
la figura anterior muestra un acoplamiento Capacitivo,
este es en realidad, el filtro pasa altas más
sencillo, a partir de 1Hz, el capacitor comenzará
a comportarse como un corto circuito y para señales
de cd, su comportamiento será de circuito
abierto. Esto evita el paso de señales continuas
y por lo tanto, la desestabilización del
amplificador. |
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La adquisición
de los datos que obtenemos del ECG digital de las
señales eléctricas que éste
adquiere a través de los electrodos implantados
en la piel del paciente, son tomados por uno de
los puertos del PIC16F87X (Puerto B) cuya configuración
se muestra en la figura 6. Después de adquirir
los datos a través del puerto B del PIC,
se realiza una rutina con la cual los datos se envían
hacia un MCP2150 a través de la UART de este
mismo, tal como se muestra en el Diagrama en Bloques
de la figura 7.
El diagrama de interface del sistema,
se muestra en la figura 8:
Como se observa en el último
esquema, el intercambio de datos se realiza entre
el MCP2150 y la PDA a través del Transceiver
Óptico. Para que posteriormente, programando
el Puerto IRda de la PDA, se realice la adquisición
de datos enviados por el transceiver óptico.
Nota: es muy importante tener una sincronización
de la transmisión de datos así como
mantener el protocolo de transmisión de datos
que utiliza el puerto IRda. Finalmente los datos
adquiridos serán enviados a una dirección
IP haciendo uso de las comunicaciones móviles
GPRS de GSM, en donde se almacenará dicha
información, será comparada con patrones
de patologías ya establecidos de acuerdo
a una fuente de la Universidad del IMT de los EE.UU.
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Podemos concluir
que el presente artículo es el desarrollo
de una tesis de Maestría de la Escuela Superior
de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
y que trae consigo una aportación a los equipos
médicos que hoy más que nunca, tienen
que ser más exactos y versátiles.
Además que apoya al área médica
en la toma de decisiones con respecto al padecimiento
que tiene el paciente. Y gracias al uso de la tecnología
empleada, será posible hacer el envío
en tiempo real de las señales que emite el
corazón a una base de datos con la que se
comparará cada patrón que representa
cada una de las patologías del corazón. |
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Autor:
Jaime Hugo Puebla Lomas
E-Mail: jpuebla@jpn.mx |
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