Electrocardiograma
Alanvector03Tarea9 de Noviembre de 2022
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Disen˜o e implementacio´n de un Electrocardiograma
Fundamentos de Electr´onica Anal´ogica
Alan Rodr´ıguez Bojorjes Mario Ad´an Gonz´alez Soto Pedro Francisco Flora Rivera*
Viernes 8 de Abril del 2022
[pic 1]
Universidad Aut´onoma de San Luis Potos´ı Facultad de Ciencias
[pic 2]
*Asesor: Ing. Isaac Campos Cant´on
´Indice
- Introducci´on 2
- Sen˜ales bioel´ectricas y su origen 2
- Sen˜alales de Electrocardiograma ECG 4
- Est´andares para la adquisici´on de sen˜ales 5
- Est´andares para el Electrocardiograma 6
- Electrodos y Diagrama de conexiones al cuerpo 7
- Clases de electrodos 8
- Diagramas de bloques, funciones de transferencia y comportamiento del circuito 9
- Vista general del circuito 9
- Acoplador de impedancias 10
- Amplificador de instrumentaci´on 12
- HPF y LPF como filtros activos 13
- Amplificador de ganancia 17
- Filtro rechaza banda 17
- Simulaci´on de los circuitos en SPICE 20
- Acoplador de impedancias y Amplificador de instrumentaci´on 20
- HPF y LPF como filtros activos 22
- Amplificador de ganancia y filtro ’Notch’ rechaza banda 23
- Implementaci´on del circuito 24
- Implementaci´on de cada bloque en el circuito. 24
- Mediciones realizadas con el osciloscopio 25
- Conclusiones 25
Introduccio´n
Sen˜ales bioel´ectricas y su origen
Las sen˜ales bioel´ectricas son sen˜ales provenientes del cuerpo humano, producidas debido al des- plazamiento de iones en disoluci´on (portadores de carga en los fluidos org´anicos), especialmente los correspondientes al Na+, K+ y Cl . Este desplazamiento es producido gracias a las diferencias de concentraci´on de fluidos org´anicos que son: el l´ıquido extracelular, el intersticial y el intracelular. El movimiento de estas part´ıculas con carga el´ectrica genera varias corrientes el´ectricas que pueden ser captadas por un transductor pegado a la superficie de la piel. Adicionalmente se debe tener en cuenta las corrientes generadas gracias al sistema de bombeo activo de sodio hacia el medio extra- celular, siendo positiva para bombas inyectoras y negativas para bombas extractoras. Por lo tanto la corriente i´onica total es la suma de estas corrientes.[pic 3]
Dado que la membrana separa dos secciones fisiol´ogicas con diferentes concentraciones i´onicas, es de- cir, con potenciales el´ectricos distintos, implica que podamos interpretar el sistema como un circuito el´ectrico compuesto por impedancias y fuentes de corriente o voltaje que modelan las concentraciones y las corrientes i´onicas respectivamente, un modelo equivalente se muestra en la Figura 1. Se deduce entonces, que los gradientes de concentraci´on est´an relacionados directamente con el gradiente de potencial, es decir un potencial de reposo o de Membrana, el cu´al, es en teor´ıa es igual al potencial de i´on - ani´on Cl− y de valor negativo.
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Figura 1: Circuito equivalente de la membrana intracelular y extracelular.
D´onde gm es la conductancia de la membrana, Cm es la capacitancia de la membrana y Um es el potencial de reposo generado en la membrana. Cuando la membrana es excitada por est´ımulos externos, que pueden ser cortos y de alta intensidad o viceversa, la conductancia del potencial de reposo presenta un cambio transitorio debido a estos est´ımulos, lo que produce un impulso de potencial intracelular llamado voltaje de acci´on. El potencial de acci´on localizado se produce en forma simult´anea en la membrana de las c´elulas ya que el tiempo de propagaci´on es pr´acticamente despreciable. Para el an´alisis de las formas de onda producidas por las excitaciones, se puede utilizar el circuito equivalente de la membrana en reposo en la zona de respuesta donde no se alcanza el potencial de acci´on, llamada zona subumbral. Pero para la zona de respuesta donde el potencial de acci´on es alcanzado, llamada zona supraumbral, la membrana se modela con una fuente de corriente externa que se inyecta al circuito de la membrana en reposo, como se observa en la Figura 2.
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Figura 2: Circuito equivalente de la membrana con potencial de acci´on.
Por lo consiguiente existe un umbral de disparo Ud que al ser alcanzado se genera el potencial de acci´on, el cual es diferente para cada c´elula. Cuando se alcanza el Ud, aumenta la conductancia gNa+ y se produce una entrada masiva de Na+ al medio intracelular hasta que el potencial intracelular alcanza un nivel positivo parecido al potencial de sodio, Polarizaci´on. Hasta este punto la difusi´on y el campo el´ectrico se suman para expulsar los iones de K+ del medio intracelular hasta que el potencial celular alcanza un nivel negativo parecido al del potasio. Entonces la difusi´on y el campo el´ectrico se equilibran y el potencial de la membrana vuelve a su estado incial en reposo. Podemos ver este fen´omeno como una sen˜al de pulso, como se observa en la Figura 3.
[pic 6]
Figura 3: Sen˜al de pulso bioel´ectrico cuando el umbral es superado.
Los Axones son celulas fibrosas muy largas capaces de generar potenciales de acci´on y que son fundamentales en el sistema nervioso. Las corrientes generadas debido a un potencial de acci´on crean un potencial en el medio extracelular as´ı como en el medio intracelular. La membrana se asimila a un dipolo elemental de corriente y el potencial de superficie exterior se desprecia. Entonces se deduce que el potencial de reposo no se muestra en los potenciales extracelulares, por lo tanto nos limita para analizar los registros de sen˜ales bioel´ectricas.
Sen˜alales de Electrocardiograma ECG
El coraz´on esta constituido por un tejido de fibras musculares llamado miocardio que son los respon- sables de la contracci´on. El nodo sino auricular o nodo sinusal produce potenciales de acci´on con una frecuencia del orden de 1 Hz (un latido por segundo), que se propagan a las aur´ıculas provocando su contracci´on. El potencial producido por la contracci´on se propaga al mismo tiempo en distintos puntos del coraz´on, formando una interfase entre las zonas con potencial de acci´on y las que est´an en reposo. a despolarizaci´on se realiza en forma muy r´apida, luego el potencial permanece constante (zona denominada meseta) y luego el potencial desciende hasta el reposo. La repolarizaci´on tiene lugar cuando ya todo el mu´sculo se haya contra´ıdo. Ahora el potencial de acci´on del coraz´on puede considerarse que se desplaza de manera similar al de una fibra.
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