Amplificación de potenciales extracelulares

PRÁCTICA 1AMPLIFICACIÓN DE POTENCIALES EXTRACELULARES -ECG- DISEÑO DE UN SISTEMA DEADQUISICIÓN 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 amplificadorde la señal de ECG (nos muestra la actividad eléctrica del corazón), quécosas hay que tener en cuenta y cómo solucionarlas. Se propone unmontaje práctico para poder medirnos el ECG entre los compañeros ycomprobar que nuestro circuito funciona.Primero que nada es necesario conocer las características de la señal amedir, así como qué tipo de sensores (en este caso electrodos adhesivos)son adecuados y las características con las que se quiere visualizar la señaly por lo tanto quedando definido así el sistema de amplificación. Hay quecontemplar las posibles señales interferentes, y en este caso en especial,es de gran importancia estudiar la seguridad del paciente para quenuestro equipo de medida no pueda afectar a su salud (riesgos eléctricos).La señal de ECG (ElectroCardioGrama) es la señal extracelular generadapor las fibras de conducción y musculares del corazón. Los niveles máscomunes son entorno a 1 mV de amplitud y con ancho de banda desdeD.C. hasta 250 Hz aproximadamente (Los rangos varían bastante según elautor). 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 adhesivoscon un poco de gel que facilita que la interface electrodo piel sea másuniforme además de reducir la impedancia de la piel. No es necesarioutilizar técnicas invasivas como serían electrodos de aguja que ademásson 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 presentanvariación de la impedancia en función de la frecuencia. Figura 4: Variación Z con fPasamos a ver el sistema de amplificación a montar:La señal a registrar es diferencial, por lo que necesitaremos unamplificador de instrumentación, ya que necesitamos una elevadaimpedancia de entrada para evitar deformaciones del ECG y prevenir elefecto de filtrado que se puede dar por los electrodos. Figura 5: Esquema general del amplificadorSe puede apreciar una etapa de entrada con una ganancia de 50, unfiltrado paso alto para eliminar la DC, una amplificación por 20, paraobtener una señal final de aprox. 1V a la salida, un filtrado paso bajo paraeliminar el espectro que no nos es de interés y un filtro Notch paraeliminar la frecuencia de red.

Etapa de entrada: Figura 6: Etapa de entradaSe puede apreciar que en esta etapa se coloca una ganancia de 50, esto sehace para no saturar los amplificadores con la tensión DC que introducelos 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. Cabríadedicar un especial estudio a un buen ajuste del CMRR.Comentar también que se venden C.I. que ya llevan todo integrado quenos garantizan cierto CMRR elevado, dejando una R externa para el ajustede la ganancia.Notar que las alimentaciones son simétricas de 15V en todo el circuitoHay bastantes más cuestiones a tener en cuenta, pero por no alargar lamemoria innecesariamente y aunque se hayan tenido en cuenta, no sevan a nombrar.

Filtro paso alto con Figura 7: FPBjAmplificador no inversor con G = 20 Figura 8: AO no inversor y su FDT

Filtro paso bajo de Butterworth Figura 9: FPBjFiltro notch a 50 Hz en doble T Figura 10: Esquema NOTCH doble T

POR UN ERROR CARECEMOS DE LAS IMÁGENES DEL CIRCUITO MONTADOEN LA PLACA DE PRUEBAS, AUNQUE SÍ QUE TENEMOS CAPTURAS DE LASEÑAL. La medida del ECG en prácticas se hizo sobre la derivación AVF. Figura 11: Señal de ECG en el osciloscopioUno de los problemas que nos surgió fue el que para reducir la tensión deinterferencia 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 elcamino de cierre de corrientes de polarización a la entrada delA.O.Instrumentación. Se reduce pues la tensión en modo común a la quese somete al paciente, aunque se pone en riesgo su seguridad pues se estáfacilitando un camino de impedancia muy baja hasta tierra, que en casode que el paciente entrara en contacto con la red eléctrica podría resultarmortal. La realimentación activa en parte intenta paliar este efectolimitando 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 conseguimosreducir la impedancia equivalente del tercer electrodo (aprox. por unfactor igual al de la ganancia) sin afectar a la seguridad del paciente (R0limita la corriente que lo atraviesa), así como disminuye la tensión enmodo común aproximadamente en la misma medida que la impedancia.Es el último recurso al que podemos recurrir para reducir la indeseadatensión en modo común tras haber hecho el CMRR lo más grande posiblecon el A.Diferencial y colocar Guardia Activa para evitar que nos afecte elacoplamiento del a red en los cables desde el paciente hasta el equipo demedida.Nombrar también que un trenzado conveniente de los cables ayudaría areducir el acoplamiento inductivo, ya que reducimos el área en la que sepuede dar la inducción. Figura 12: Esquema realim. ActivaNotar 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 caeríamosen el fallo de saturar el AO de realimentación, que equivaldría a conectarel electrodo directamente a masa, perdiendo así las ventajas que este nosproporciona.

Conclusión:Hemos conseguido con un montaje sencillo la obtención “casera” de unregistro de ECG. Aunque para un montaje de equipo más profesionalhabría que tener muchas más cosas en consideración, desde utilizaramplificadores aislados para proteger a nuestro equipo de medida hastaintentar proteger al paciente debido a los posibles riesgos eléctricos quepuede padecer debido a estar conectado al equipo de medida.Por lo tanto, para hacer un buen equipo, completo y con una buenacalidad de señal hace falta invertir tiempo en el diseño y en los aspectosteóricos para considerar todos los detalles i fuentes de problemas.

Amplificación de potenciales extracelulares

by Marc Tena Gil

Accessibility

Categories

Upload Details

Usage Rights

1 Embed 1

Statistics

Amplificación de potenciales extracelulares Document Transcript