Circuito de ECG: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Un ECG es una prueba que mide la actividad eléctrica del corazón registrando el ritmo y la actividad del corazón. Funciona al tomar y leer señales del corazón mediante cables conectados a un electrocardiógrafo. Este Instructable le mostrará cómo construir un circuito que registra, filtra y muestra la señal bioeléctrica del corazón. Este no es un dispositivo médico. Esto es solo para fines educativos utilizando señales simuladas. Si utiliza este circuito para mediciones de ECG reales, asegúrese de que el circuito y las conexiones de circuito a instrumento estén utilizando técnicas de aislamiento adecuadas.

Este circuito contiene tres etapas diferentes conectadas en serie con un programa LabView. Las resistencias en el amplificador de instrumentación se calcularon con una ganancia de 975 para garantizar que las pequeñas señales del corazón aún puedan captarse en el circuito. El filtro de muesca elimina el ruido de 60 Hz de la toma de corriente en la pared. El filtro de paso bajo asegura que el ruido de alta frecuencia se elimine del circuito para una mejor detección de la señal.

Antes de iniciar este Instructable, sería útil familiarizarse con el amplificador operacional de propósito general uA741. Los diferentes pines del amplificador operacional tienen diferentes propósitos y el circuito no funcionará si están conectados incorrectamente. Conectar los pines a la placa de prueba de forma incorrecta también es una manera fácil de freír el amplificador operacional y hacerlo no funcional. El enlace a continuación contiene el esquema utilizado para los amplificadores operacionales en este instructivo.

Fuente de la imagen:

Paso 1: recopile los materiales

Materiales necesarios para las 3 etapas del filtro:

• Osciloscopio
• Generador de funciones
• Fuente de alimentación (+ 15V, -15V)
• Placa de pruebas sin soldadura
• Varios cables banana y pinzas de cocodrilo
• Pegatinas de electrodos de ECG
• Varios cables de puente

Amplificador instrumental:

• 3 amplificadores operacionales (uA741)

• Resistencias:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filtro de muesca:

• 1 amplificador operacional (uA741)

• Resistencias:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Condensadores:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filtro de paso bajo:

• 1 amplificador operacional (uA741)

• Resistencias:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Condensadores:

  • 22 nF
  • 47 nF

Paso 2: Construya el amplificador de instrumentación

Las señales biológicas a menudo solo emiten voltajes entre 0,2 y 2 mV [2]. Estos voltajes son demasiado pequeños para analizarlos en el osciloscopio, por lo que necesitábamos construir un amplificador.

Después de construir su circuito, pruebe para asegurarse de que esté funcionando correctamente midiendo el voltaje en Vout (que se muestra como el nodo 2 en la imagen de arriba). Usamos el generador de funciones para enviar una onda sinusoidal con un voltaje de amplitud de entrada de 20 mV a nuestro amplificador de instrumentación. Cualquier valor muy por encima de esto no le dará los resultados que está buscando porque los amplificadores operacionales solo obtenían una cierta cantidad de potencia de -15 y +15 V. Compare la salida del generador de funciones con la salida de su amplificador de instrumentación y busque una ganancia cercana a 1000 V. (Vout / Vin debe estar muy cerca de 1000).

Sugerencia para la resolución de problemas: asegúrese de que todas las resistencias estén en el rango de kΩ.

[2] “Acondicionamiento de señales de electrocardiograma de alto rendimiento (ECG) | Educación | Dispositivos analógicos." [En línea]. Disponible: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Consultado: 10 de diciembre de 2017].]

Paso 3: Construya un filtro de muesca

Nuestro filtro de muesca fue diseñado para filtrar una frecuencia a 60 Hz. Queremos filtrar los 60 Hz de nuestra señal porque esa es la frecuencia de la corriente alterna que se encuentra en los enchufes eléctricos.

Al probar el filtro de muesca, mida la relación pico a pico entre los gráficos de entrada y salida. A 60 Hz, debería haber una relación de -20 dB o mejor. Esto se debe a que a -20 dB, el voltaje de salida es esencialmente 0 V, lo que significa que filtró con éxito la señal a 60 Hz. Pruebe también las frecuencias alrededor de 60 Hz para asegurarse de que no se filtren otras frecuencias accidentalmente.

Sugerencia para solucionar problemas: si no puede obtener exactamente -20 dB a 60 Hz, elija una resistencia y cámbiela ligeramente hasta que obtenga los resultados deseados. Tuvimos que jugar con el valor de R2 hasta obtener los resultados que queríamos.

Paso 4: Construya un filtro de paso bajo

Nuestro filtro de paso bajo fue diseñado con una frecuencia de corte de 150 Hz. Elegimos este límite porque el rango de diagnóstico más amplio para un ECG es de 0,05 Hz a 150 Hz, asumiendo un entorno inmóvil y con poco ruido [3]. El filtro de paso bajo puede eliminar el ruido de alta frecuencia procedente de los músculos u otras partes del cuerpo [4].

Para probar este circuito y asegurarse de que funciona correctamente, mida Vout (que se muestra como nodo 1 en el diagrama del circuito). A 150 Hz, la amplitud de la señal de salida debe ser 0,7 veces la amplitud de la señal de entrada. Usamos una señal de entrada de 1V para poder ver fácilmente que nuestra salida debería ser 0.7 a 150 Hz.

Consejos para la resolución de problemas: siempre que su frecuencia de corte esté dentro de unos pocos Hz de 150 Hz, su circuito aún debería funcionar. Nuestro corte terminó siendo 153 Hz. El rango de las señales biológicas fluctuará un poco en el cuerpo, por lo que siempre que no esté fuera de más de unos pocos Hz, su circuito aún debería funcionar.

[3] “Filtros de ECG | MEDTEQ”. [En línea]. Disponible: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Consultado: 10 de diciembre de 2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson y S. J. Asirvatham, “Señales y procesamiento de señales para el electrofisiólogo: Parte I: Adquisición de electrogramas”, Circ. Arritmia Electrofisiol., Vol. 4, no. 6, págs. 965–973, diciembre de 2011.

Paso 5: Cree el programa LabView

[5] “Proyecto BME 305 Design Lab” (otoño de 2017).

Este diagrama de bloques de Labview está diseñado para analizar la señal que pasa por el programa, detectar picos de ECG, recopilar la diferencia de tiempo entre los picos y calcular matemáticamente los BPM. También genera un gráfico de la forma de onda de ECG.

Paso 6: Conecte las tres etapas

Conecte los tres circuitos en serie conectando la salida del amplificador de instrumentación a la entrada del filtro de muesca y la salida del filtro de muesca a la entrada del filtro de paso bajo. Conecte la salida del filtro de paso bajo al asistente DAQ y conecte el asistente DAQ a la computadora. Cuando conecte los circuitos juntos, asegúrese de que las regletas de enchufes para cada tablero estén conectadas y las regletas de tierra estén todas conectadas al mismo terminal de tierra.

En el amplificador de instrumentación, el segundo amplificador operacional debe estar sin conexión a tierra para que dos cables de electrodo que están conectados al sujeto de prueba puedan conectarse a un amplificador operacional diferente en la primera etapa de ese filtro.

Paso 7: Obtenga señales de un sujeto de prueba humano

Se debe colocar una pegatina de electrodo en cada muñeca y otra en el tobillo para el suelo. Utilice pinzas de cocodrilo para conectar los dos electrodos de muñeca a las entradas del amplificador de instrumentación y el tobillo a tierra. Cuando esté listo, haga clic en "ejecutar" en el programa LabView y vea su frecuencia cardíaca y ECG en la pantalla.