ECG sea

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Sistemas Elec

Sistemas Electrónicos Analóg

trónicos Analógicos

icos

Profesor:

Dr. Efrén Bernardo Ramírez Solís

Alumno:

Rafael Gutiérrez

Rafael Gutiérrez David A

David Alejandro

lejandro

Proyecto:

Electrocardiograma

Semestre 2015-I

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Introducción

En el ámbito de la medicina, resulta muy importante contar con el apoyo de instrumentos especializados para el rastreo de padecimientos di!ciles de detectar de otra manera, incluso puede "aber anormalidades #ue no son detectables por ning$n otro medio más #ue por un instrumento electr%nico&

El electrocardi%grao es uno de los instrumentos m'dicos más usados e indispensables& (os electrocardi%graos se encargan de obtener y registrar las se)ales el'ctricas propias del coraz%n "umano, las cuales están ormadas primordialmente por ba*as recuencias +0&1 a 150 z, por 'sta raz%n no se re#uieren recuencias de muestreo muy grandes para representarlas adecuadamente& Sin embargo estos instrumentos deben contar con determinadas normas de uncionamiento y un procesado de se)ales especial&

E.isten dos tipos de electrocardi%graos, los de pruebas en reposo y los #ue soportan esuerzo !sico durante las lecturas& En caso de contar con un paciente #ue se encuentra realizando determinado esuerzo !sico, aun#ue e.ista una etapa de iltrado con/encional propia de los electrocardi%graos para pruebas estáticas, la se)al obtenida contará con ruido ele/ado, de tal orma #ue no permitirá analizar las se)ales cardiacas de manera correcta&

 pesar del desarrollo tecnol%gico, dic"o instrumento es en t'rminos generales, costoso, debido a #ue la mayor!a son de importaci%n por lo anterior es importante impulsar l!neas de in/estigaci%n en este sentido&

na opci%n tentati/a para iltrar las se)ales cardiacas es identiicar el rango de recuencias del ruido contenido en dic"as se)ales y eliminarlo mediante la aplicaci%n de iltros a*ustados a las recuencias deseadas, desaortunadamente esta opci%n no es una tarea sencilla ya #ue las se)ales emanadas por el coraz%n "umano, son de orma irregular en cuanto a recuencias #ue las componen y al aplicar los iltros es probable #ue se deormen& 3uando se obser/a un electrocardiograma se puede notar #ue las se)ales impresas cuentan con un pico caracter!stico, de inmediato se pueden sugerir recuencias ele/adas ormando dic"o pico con respecto al resto de la se)al, en t'rminos m'dicos a este pico se le

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conoce como comple*o 4S& Este cambio brusco en la se)al resulta ser un problema para el iltrado de la misma, tomando en cuenta #ue se debe conser/ar su orma original, por lo #ue es indispensable el uso de t'cnicas especiales de procesamiento&

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Objetivo

El ob*eti/o de este proyecto bien podr!a ser el dise)o y la creaci%n de un aparato capaz de poder registrar las /ariaciones el'ctricas del coraz%n por medio de m'todos no in/asi/os, es decir, "acer un electrocardi%grao coniable& Por desgracia en la uni/ersidad el e#uipo necesario para desarrollar este tipo de proyectos es muy limitado +el e#uipo con el #ue se traba*a re#uiere de mantenimiento para lograr /er una se)al con el menor ruido posible& 3on todas estas limitantes no se puede esperar a #ue el alumno logre un proyecto e.itoso al 1006&

Limitaciones

El proyecto en s! no podrá ni deberá ser usado como un instrumento de medici%n cardiaca iable ni muc"o menos realizar diagnostico medico basado en los datos obtenidos de este& (o #ue se propone "acer es una apro.imaci%n a un dispositi/o electrocardiogra7co por medio de componentes sencillos y m!nimos

MATERIALES

Componente Costo ($)

mpliicador de instrumentaci%n 8920 150

mpliicador ;peracional <(0=>  =

3omponentes pasi/os /arios +resistencias, capacitores, cables  >0

Electrodos +? electrodos por uso  15

TOTAL $217 MXN

Am plif cado r de inst rument ac ión AD 6!

El ampliicador de instrumentaci%n 8920 posee buenas caracter!sticas a un relati/o ba*o coste& (a ganancia de /olta*e puede ser colocada en un rango de 1 a

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1000& Posee una amplia gama de alimentaci%n de /olta*e, pudiendo alimentar desde @- 2&?A a @-1BA& Este tipo de ampliicador es elegido por sus cualidades "aci'ndolo una muy buena opci%n para nuestra aplicaci%n&

Am plif cado r Operaci onal

TL!"#

El ampliicador operacional <(0=> es un ampliicador cuádruple de ba*o ruido, tal/ez no sea el me*or pero dic"a caracter!stica debe de ayudar para este tipo de aplicaciones donde la precisi%n lo es todo, además debido al ba*o presupuesto #ue poseemos lo usaremos&

$omponentes pasivos varios

8ierentes componentes pasi/os #ue no deben inluir demasiado en el ruido inyectado al sistema& esistencias de carb%n, capacitores cerámicos,

(os componentes usados para ser e.actos ueron:

esistencias de carb%n a C Datt: 1F, >?0GF, 220GF, 2=GF, 2>&=GF, 15GF, 10GF, 5&1GF, 51F

3apacitores cerámicos: 1 H, >=0H, 220 H, 100 H 3ables con caimanes para conectar los electrodos

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Electrodos para E3J de plata K cloruro de plata& (os más sencillos #ue se pudieron encontrar en una distribuidora de aparatos m'dicos& 3uestan alrededor de ?&00 LM cada uno&

Teor%a de &uncionamiento del circuito

(a teor!a de uncionamiento del electrocardi%grao básico #ue se "a dise)ado y armado es ampliicar con una ganancia de apro.imadamente 1000 las se)ales mio-electricas #ue produce los latidos del coraz%n la transducci%n de potenciales i%nicos a potenciales el'ctricos se realiza por medio de los electrodos&

Se usa un ampliicador de instrumentaci%n 8920 en la entrada directa de los electrodos debido a su capacidad de traba*ar con corrientes muy pe#ue)as&

8espu's de la primera ampliicaci%n "ec"a por el 8920 sigue una etapa de iltrado la cual eliminara o tratara de eliminar el ruido aba*o de 0&5z, iltrar la banda de 90z #ue es el ruido el'ctrico y rec"azar toda recuencia #ue este más allá de los 150z

El dise'o electrónico

Primera etapa, obtenci%n de las se)ales el'ctricas, por medio del ampliicador de instrumentaci%n, el dise)o del circuito es obtenido de la "o*a de especiicaciones del 8920, #ue ue la coniguraci%n más estable obtenida despu's de probar /arias coniguraciones dierentes, desde un ampliicador de instrumentaci%n 892?, ? lm=>1 o un simple (?2>, se opt% por seguir el dise)o del abricante

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U1 AD620AN 3 2 6 7 1 8 5 4 R1 51Ω R2 24.7Ω R! 24.7Ω R4 10Ω R5 1MΩ C1 470n" U2 TL071ACD 3 2 4 7 6 5 1 Pierna derec"a:

Nrazo 8erec"o Nrazo iz#uierdo

Etapa de fltrado de la se'al obtenida

En esta etapa, se di/ide en ?, en el orden #ue se arm% el circuito y por donde pasa la se)al, se tiene primero un iltro Motc" para rec"azar la banda de 90z y as! eliminar el ruido el'ctrico, posterior mente se llega a dos iltros un pasa altas seguido de un pasa ba*as para obtener una banda #ue /a desde 0&5z "asta 150z U1 LM741CN 3 2 4 7 6 5 1 R1 4!0Ω R2 4!0Ω R! 215Ω U2 LM741CN 3 2 4 7 6 5 1 C1 1#" C2 1#" R4 5.1Ω R5 5.1Ω R7 10.2Ω C! 220n" %&& %&& %&& '%&& '%&& '%&& C4 440n" U! 741 3 2 4 7 6 5 1 R6 27Ω R 27Ω C5 100n" C6 100n" C7 220n" R 15Ω PS (<S PS SPES;

Resultados y análisis de resultados Simulación

Se simulo el circuito en multisim, lamentablemente no se logro simular una se)al de un electrocardiograma para asegurar el uncionamiento por completo, se logro comprobar la ampliicacion del ad920, y las recuencias de corte de cada uno de

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los iltros #ue a grandes razgos es lo mas importante del uncionamiento del circuito simulado&

Implementación del circuito

l conectar el circuito al e#uipo pertinente y preparando al su*eto de prueba colocándole los electrodos en las mu)ecas +donde se localiz% su pulso y en el pie derec"o& Se obtu/o la siguiente se)al&

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3alculando la recuencia #ue e.iste entre los picos de la se)al se obtiene una

f =1.6129 Hz _{#ue e#ui/ale a 9&=ppm +pulsaciones por minuto&}

Para tener una reerencia de las mediciones reales del su*eto se le tomo las pulsaciones por minuto mediante una aplicaci%n de celular el resultado ue de 5ppm

3omo se obser/a el resultado no es e.acto pero s! bastante acercado a lo real& 6.7 ppm * 5 ppm con esto se concluye #ue el electrocardi%grao unciona de una orma correcta&

nalizando la se)al de salida inal As la salida de las distintas etapas&

Se)al del ampliicador de instrumentacion

AS se)al inal

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• Se)al iltro pasa altas AS se)al i)al

• Se)al iltro pasa ba*as AS se)al

i)al

Resultados y Conclusión

(os resultados obtenidos demuestran #ue el E3J creado no puede ni debe ser usado para realizar diagn%stico m'dico y debe ser $nicamente relegado al ámbito acad'mico&

Entre las me*oras al sistema actual tenemos:

Se propone agregar etapas de iltrado al circuito de orden superior para asegurar #ue las recuencias de corte sean más acertadas

8isminuir la uente de ruido usando ampliicadores operacionales más iables: acer el circuito impreso para e/itar ruido&

3omo conclusiones al traba*o realizado en este proyecto puedo decir #ue se "a a/anzado en cuanto a in/estigaci%n acerca de un E3J y a"ora comprendo un

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poco me*or acerca de la teor!a #ue e.iste detrás del mismo, a pesar de todas las diicultades en la elaboraci%n alla tras alla y error inalmente se pudo lograr el ob*eti/o&