UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

INSTRUMENTACIÓN DE USO QUIRÚRGICO Y TERAPEUTICO

Profesora

Nohra Elsy Beltrán Vargas

Reporte

“Detector de la Frecuencia Cardiaca”

Alumno

Rafael Antillón Aceituno

Jose Javier Reyes Lagos

Introducción

La frecuencia cardiaca es el número de latidos del corazón o pulsaciones por unidad de tiempo. Su medida se realiza en condiciones determinadas (reposo o actividad) y se expresa en latidos por minuto.

El ritmo del pulso es la medida de la frecuencia cardiaca, es decir, la expansión rítmica de una arteria, producida por el paso de la sangre bombeada por el corazón. Al medir el pulso no solo se mide la frecuencia cardiaca, sino que también se puede indicar el ritmo del corazón y la fuerza de los latidos. El pulso se puede tomar en distintos puntos, siendo los más habituales la muñeca, el cuello (sobre la arteria carótida) o en el pecho.

La frecuencia cardíaca en reposo depende de la genética, el estado físico, el estado psicológico, las condiciones ambientales, la postura, la edad y el sexo. Un adulto sano en reposo tiene generalmente el pulso en el rango 60-100. Durante el ejercicio físico, el rango puede subir a 150-200. Durante el sueño y para un atleta joven en reposo, el pulso bien puede estar en el rango 40-60.

Recién nacidos: 100 a 160 latidos por minuto Niños de 1 a 10 años: 70 a 120 latidos por minuto Niños de más de 10 años y adultos: 60 a 100 latidos por minuto Atletas bien entrenados: de 40 a 60 latidos por minuto

Para poder detectar la frecuencia cardiaca es necesario construir un dispositivo que mida la actividad eléctrica del corazón por medio del ECG, para posteriormente extraer los picos de las ondas R, detectarlas y contarlas y de esta manera conocer el número de pulsaciones en un minuto.

En este caso solo se abarcara la parte que consiste en detectar la frecuencia cardiaca, la parte de detección, medición, acondicionamiento y despliegue del ECG corresponde a otra sección desarrollada previamente.

Material

Para poder construir y probar el dispositivo que detecte la frecuencia cardiaca es necesario contar con:

Osciloscopio Fuente de alimentación Simulador de ECG Etapa de acondicionamiento y amplificación de ECG Amplificador TL084

Resistencias de 1 k ohm de precisión Tres resistencias variables Dos diodos 1N4148 o equivalentes

Procedimiento

En un principio se había pensado hacer un circuito de tres etapas, uno que manejara un filtro pasa-banda de banda angosta, con una frecuencia inferior ubicada en 15 Hz y una superior de 30 Hz. El filtrado se realiza en un circuito RC y un amplificador operacional LF353N obteniéndose el complejo QRS. Después éste pasaría por un comparador de tensión (segunda etapa) LM311 cuya función sería convertir la señal proveniente del filtro de banda angosta a un pulso. Por último se le haría pasar por un multivibrador monoestable o de disparo que generaría un pulso de salida de duración fija, cada vez que se disparara su entrada.

Al momento de hacer las pruebas y observarlo en el osciloscopio este presentó muchos problemas en la primera etapa para filtrar adecuadamente el complejo QRS, presentándose solamente algunas veces a la salida el complejo y otras no, además que generaba mucho ruido.

Por lo tanto se suprimió esta idea, y se pensó en continuar con algo más sencillo, con un comparador de ventana en el que se pudiera ajustar los umbrales al pico R y posteriormente obtener un pulso a la salida. Una vez que se tenga el pulso se puede meter a una tarjeta programada previamente para visualizar la frecuencia cardiaca en la pantalla de la computadora.

Figura 1 a. Diagrama a bloques del modulo de frecuencia cardiaca

En la figura 1a, está representado el primer diagrama a bloques que se hizo, considerando un filtro de banda-angosta, un comparador y un circuito monoestable. Posteriormente debido a las razones dadas anteriormente, se modificó el diagrama quitando el filtro de banda-angosta y el monoestable, dejando únicamente un comparador de ventana. (Fig 1b).

Los pasos que se siguieron para realizar este circuito se mencionan a continuación.

1. Se construye un circuito comparador de ventana con umbrales variables, ver la figura 1.

Señal de ECG Amplificador de instrumentación

Filtro pasa-banda

Filtro de banda-angosta

ComparadorMonoestable

Visualización en

computadora

Señal de ECG Amplificador de instrumentación

Filtro pasa-banda

Comparador

Visualización en

computadora

Figura 1. Comparador de ventana

La alimentación del circuito que se consideró fue un valor promedio de 12 volts debido a las especificaciones del amplificador TL084, ya que este soporta un voltaje de polarización de 9 a 18 volts. Se usó este amplificador debido a que cuenta con cuatro amplificadores internos y esto ayuda ahorrar espacio y tener una conexión más sencilla entre ellos.

Para poder comprobar que funciona correctamente se armó por etapas.

Primero se obtuvo y se ajustó la ventana a la onda R con los potenciómetros y dos de los amplificadores internos del TL084, visualizando la señal y los umbrales por medio de un osciloscopio. Para ello se necesitó de un de un simulador de ECG que nos proporcionara la señal y una etapa de acondicionamiento (filtrado) y amplificación de esta misma, debido a que la señal directamente del simulador se genera a una amplitud muy pequeña.

Una vez que la señal se pasa por el comparador, se obtiene a la salida una serie de pulsos correspondientes a cada onda R detectada por el umbral, sin embargo estos pulsos se obtienen de manera invertida (negativos), por lo que es necesario pasarlos por un circuito inversor de ganancia unitaria para recibirlos positivos. Esto se puede ver en la figura 2.

Figura 2. Comparador de ventana con salida de pulsos invertidos

Para esto se diseñó y construyó un circuito que invirtiera los pulsos, y que además tuviera una resistencia variable para poder compensar el offset generado debido al circuito inversor, esto se muestra en la figura 3.

Figura 3. Comparador de ventana con salida de pulsos positivos

Posteriormente los pulsos se introducen a una tarjeta conectada a la computadora, la aplicación de éste en el modulo de la frecuencia cardiaca consiste básicamente en contar los pulsos provenientes de la etapa del comparador de ventana por medio de un algoritmo previamente realizado, y presentar la lectura en la pantalla de la computadora.

Resultados

En el laboratorio se obtuvieron buenos resultados al convertir la señal de ECG en pulsos, se probó a distintas frecuencias con el simulador de ECG y a la salida se obtuvieron el número de pulsos correspondientes.

También se hizo una simulación con el circuito creado anteriormente. En la figura 4 se puede observar en color amarillo la entrada de una señal y en azul la salida con los pulsos cuadrados generados únicamente para los picos de mayor amplitud.

Figura 4. Simulación en multisim del circuito comparador de ventana.

Bibliografía

Páginas web consultadas:

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003399.htm

http://www.dalcame.com/fc.htm

http://www.terra.es/personal2/daniel4311/dibujo/dib016.htm

http://www.dalcame.com/wdescarga/cardiopac.pdf