PRÁCTICA 1

AMPLIFICACIÓN DE POTENCIALES

EXTRACELULARES

-ECG-

DISEÑO DE UN SISTEMA DE

ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL DE ECG

Marc Tena

Javier Muñoz

Sucinta introducción teórica de qué se quiere conseguir y la problemática.

La práctica que vamos a realizar trata sobre cómo diseñar un amplificador

de la señal de ECG (nos muestra la actividad eléctrica del corazón), qué

cosas hay que tener en cuenta y cómo solucionarlas. Se propone un

montaje práctico para poder medirnos el ECG entre los compañeros y

comprobar que nuestro circuito funciona.

Primero que nada es necesario conocer las características de la señal a

medir, así como qué tipo de sensores (en este caso electrodos adhesivos)

son adecuados y las características con las que se quiere visualizar la señal

y por lo tanto quedando definido así el sistema de amplificación. Hay que

contemplar las posibles señales interferentes, y en este caso en especial,

es de gran importancia estudiar la seguridad del paciente para que

nuestro equipo de medida no pueda afectar a su salud (riesgos eléctricos).

La señal de ECG (ElectroCardioGrama) es la señal extracelular generada

por las fibras de conducción y musculares del corazón. Los niveles más

comunes son entorno a 1 mV de amplitud y con ancho de banda desde

D.C. hasta 250 Hz aproximadamente (Los rangos varían bastante según el

autor).

Figura 1: Ciclo completo de un ECG normal

La onda P. Corresponde a la contracción de las aurículas.

El complejo QRS. Es la contracción de los ventrículos.

La onda T. La relajación de los ventrículos.

En cuanto a los sensores empleados son electrodos metálicos adhesivos

con un poco de gel que facilita que la interface electrodo piel sea más

uniforme además de reducir la impedancia de la piel. No es necesario

utilizar técnicas invasivas como serían electrodos de aguja que además

son incómodos para el paciente.

Figura 2: Posiciones de los electrodos para diferentes derivaciones del ECG

Figura 3: Electrodos para ECG

Habría que tener también en cuenta que los electrodos presentan

variación de la impedancia en función de la frecuencia.

Figura 4: Variación Z con f

Pasamos a ver el sistema de amplificación a montar:

La señal a registrar es diferencial, por lo que necesitaremos un

amplificador de instrumentación, ya que necesitamos una elevada

impedancia de entrada para evitar deformaciones del ECG y prevenir el

efecto de filtrado que se puede dar por los electrodos.

Figura 5: Esquema general del amplificador

Se puede apreciar una etapa de entrada con una ganancia de 50, un

filtrado paso alto para eliminar la DC, una amplificación por 20, para

obtener una señal final de aprox. 1V a la salida, un filtrado paso bajo para

eliminar el espectro que no nos es de interés y un filtro Notch para

eliminar la frecuencia de red.

Etapa de entrada:

Figura 6: Etapa de entrada

Se puede apreciar que en esta etapa se coloca una ganancia de 50, esto se

hace para no saturar los amplificadores con la tensión DC que introduce

los electrodos, se ha supuesto como es habitual que sea de 0,2 V.

Para tener un buen CMRR usar OP27 para los 2 A.O. de entrada. Cabría

dedicar un especial estudio a un buen ajuste del CMRR.

Comentar también que se venden C.I. que ya llevan todo integrado que

nos garantizan cierto CMRR elevado, dejando una R externa para el ajuste

de la ganancia.

Notar que las alimentaciones son simétricas de 15V en todo el circuito

Hay bastantes más cuestiones a tener en cuenta, pero por no alargar la

memoria innecesariamente y aunque se hayan tenido en cuenta, no se

van a nombrar.

Filtro paso alto con

Figura 7: FPBj

Amplificador no inversor con G = 20

Figura 8: AO no inversor y su FDT

Filtro paso bajo de Butterworth

Figura 9: FPBj

Filtro notch a 50 Hz en doble T

Figura 10: Esquema NOTCH doble T

POR UN ERROR CARECEMOS DE LAS IMÁGENES DEL CIRCUITO MONTADO

EN LA PLACA DE PRUEBAS, AUNQUE SÍ QUE TENEMOS CAPTURAS DE LA

SEÑAL.

La medida del ECG en prácticas se hizo sobre la derivación AVF.

Figura 11: Señal de ECG en el osciloscopio

Uno de los problemas que nos surgió fue el que para reducir la tensión de

interferencia de red tuvimos que conectar la mesa de trabajo a la tierra,

reduciendo así bastante el acoplo capacitivo de la red.

3r Electrodo Eliminación CTierra (Reducir interferencias) y facilita el

camino de cierre de corrientes de polarización a la entrada del

A.O.Instrumentación. Se reduce pues la tensión en modo común a la que

se somete al paciente, aunque se pone en riesgo su seguridad pues se está

facilitando un camino de impedancia muy baja hasta tierra, que en caso

de que el paciente entrara en contacto con la red eléctrica podría resultar

mortal. La realimentación activa en parte intenta paliar este efecto

limitando la corriente que puede pasar a través de este tercer electrodo.

Realimentación Activa Nos ha faltado tiempo para poder montarla,

pero se va a explicar brevemente su función. Gracias a ella conseguimos

reducir la impedancia equivalente del tercer electrodo (aprox. por un

factor igual al de la ganancia) sin afectar a la seguridad del paciente (R0

limita la corriente que lo atraviesa), así como disminuye la tensión en

modo común aproximadamente en la misma medida que la impedancia.

Es el último recurso al que podemos recurrir para reducir la indeseada

tensión en modo común tras haber hecho el CMRR lo más grande posible

con el A.Diferencial y colocar Guardia Activa para evitar que nos afecte el

acoplamiento del a red en los cables desde el paciente hasta el equipo de

medida.

Nombrar también que un trenzado conveniente de los cables ayudaría a

reducir el acoplamiento inductivo, ya que reducimos el área en la que se

puede dar la inducción.

Figura 12: Esquema realim. Activa

Notar que hay que tener en cuenta que la ganancia no puede ser muy alta,

que esto sería lo ideal para poder reducir mucho la pero caeríamos

en el fallo de saturar el AO de realimentación, que equivaldría a conectar

el electrodo directamente a masa, perdiendo así las ventajas que este nos

proporciona.

Conclusión:

Hemos conseguido con un montaje sencillo la obtención “casera” de un

registro de ECG. Aunque para un montaje de equipo más profesional

habría que tener muchas más cosas en consideración, desde utilizar

amplificadores aislados para proteger a nuestro equipo de medida hasta

intentar proteger al paciente debido a los posibles riesgos eléctricos que

puede padecer debido a estar conectado al equipo de medida.

Por lo tanto, para hacer un buen equipo, completo y con una buena

calidad de señal hace falta invertir tiempo en el diseño y en los aspectos

teóricos para considerar todos los detalles i fuentes de problemas.