Electrocardiograma

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

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Universidad  Aut´onoma  de  San  Luis  Potos´ı Facultad de Ciencias

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*Asesor:  Ing.  Isaac  Campos  Cant´on

´Indice

1. Introducci´on         2

1. Sen˜ales bioel´ectricas y su origen         2
2. Sen˜alales de Electrocardiograma ECG         4
3. Est´andares para la adquisici´on de sen˜ales         5
4. Est´andares para el Electrocardiograma         6
5. Electrodos y Diagrama de conexiones al cuerpo        7
6. Clases de electrodos        8

1. Diagramas de bloques, funciones de transferencia y comportamiento del circuito        9

1. Vista general del circuito        9
2. Acoplador de impedancias        10
3. Amplificador de instrumentaci´on         12
4. HPF y LPF como filtros activos        13
5. Amplificador de ganancia        17
6. Filtro rechaza banda        17

1. Simulaci´on  de  los  circuitos  en  SPICE         20

1. Acoplador de impedancias y Amplificador de instrumentaci´on         20
2. HPF y LPF como filtros activos        22
3. Amplificador de ganancia y filtro ’Notch’ rechaza banda        23

1. Implementaci´on  del  circuito         24

1. Implementaci´on de cada bloque en el circuito.         24
2. Mediciones realizadas con el osciloscopio        25
3. Conclusiones        25

1. Introduccio´n

1. 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.

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