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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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.

1. 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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