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TÍTULO DEL PROYECTO DE INGENIERÍA
ELECTROCARDIÓGRAFO PORTÁTIL CON
APLICACIONES EN TECNOLOGÍA MÓVIL
AUTORES
PROFESOR ASESOR
Carolina Castaño
Juliana Velásquez
NOMBRE DE LOS ESTUDIANTES
Carolina Galeano
Sara Galvis
Víctor Theran
ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA
INGENIERÍA BIOMÉDICA
ENVIGADO
21/08/2015
FICHA DEL PROYECTO
INFORMACIÓN GENERAL
Título del proyecto
Electrocardiógrafo portátil con aplicaciones en tecnología móvil
Desarrollar un electrocardiógrafo portátil con aplicaciones en
tecnologías móviles, con la finalidad de poder monitorear a
las personas que sufren de problemas cardiacos desde sus
hogares o en la sala de urgencias.
Objetivo General
Esfera de actuación
corresponde
a
la
que
Medicina, hospitales
Persona responsable del proyecto (profesor)
Nombre
Correo electrónico
Carolina Castaño Portilla
[email protected]
Teléfono
TABLA DE CONTENIDO
1
EL PROBLEMA A RESOLVER ................................................................................... 6
1.1
Problema planteado de forma general ................................................................. 6
1.2
Antecedentes....................................................................................................... 6
1.3
Identificación del problema .................................................................................. 7
1.3.1
Espina de Pescado: ...................................................................................... 7
1.3.2
Método de los 5 porqués .............................................................................. 7
1.3.3
Árbol causa-efecto. ....................................................................................... 8
1.3.4
Análisis de prefactibilidad. ............................................................................ 8
1.4
2
Formulación del problema ................................................................................... 9
OBJETIVO DEL PROYECTO ................................................................................... 10
2.1 Objetivos Específicos: ............................................................................................ 10
3
JUSTIFICACIÓN....................................................................................................... 10
4
MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 11
4.1 El corazón ............................................................................................................. 11
4.2 Propiedades eléctricas del corazón .................................................................... 11
4.3 ECG ....................................................................................................................... 12
4.4 Derivaciones del ECG .......................................................................................... 14
4.5 Interferencias en la señal ..................................................................................... 16
4.6 Filtrado .................................................................................................................. 18
4.7 Funciones de Transferencia ................................................................................ 18
4.8 Transformadas ..................................................................................................... 19
4.9 Electrodos............................................................................................................. 22
5
AMPLIFICADORES OPERACIONALES ................................................................... 22
6
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 23
Tabla de figuras
Figura 1. El Corazón………………….................................................................................10
Figura 2. Funcionamiento Eléctrico del corazón................................................................11
Figura 3. ECG………………………....................................................................................12
Figura 4. Derivaciones Precordiales..................................................................................13
Figura 5. Derivaciones Bipolares de las extremidades......................................................13
Figura 6. Derivaciones Monopolares de los miembros......................................................14
Figura 7. Célula Sallen-Key...............................................................................................17
Figura 8. Transformada Corta de Fourier (STFT)..............................................................18
Figura 9. Esquema de la STFT……...................................................................................19
Figura 10. Representación en el Tiempo y espectro de frecuencia, respectivamente, de
Ventana rectangular............................................................................................................19
Figura 11. Representación en el Tiempo y espectro de frecuencia, respectivamente, de
Ventana Hamming-Hannig……………................................................................................20
Figura 12 Ecuación espectrograma STFT.........................................................................20
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
1 El problema a resolver
1.1
Problema planteado de forma general
La necesidad de monitorear de forma constante a un paciente que posee una anomalía
en la frecuencia cardiaca.
1.2
Antecedentes
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo,
en 2012 fueron 31% de todas las causas de muertes registradas en el mundo. Para las
persona con ECV son fundamentales un diagnóstico oportuno así como un tratamiento
para estas, siendo así una prioridad en el campo de la atención a la salud, optimizar estos
procedimientos y hacerlos más rápidos, económicos y eficientes. En los países con
ingresos bajos y medios (más de tres cuartas partes de las defunciones por ECV), así
como las personas de mayor edad, se encuentran entre los más afectados (Organización
Mundial de la Salud).
Como toda enfermedad, su detección temprana, juega un papel importante en el
desarrollo de esta y la salud del paciente. Uno de los principales examenes para
diagnosticar una ECV es un electrocardiograma por medio del electrocardiografo. En el
mercado existen muchas versiones de un electrocardiografo, tanto para hospitales y
centros de salud como portátiles. Unos ejemplos claros de este último y que están
relacionados con lo que se quiere lograr en este proyecto, son:

CarTouch: Desarrollado por Cardionics, es un electrocardiógrafo portátil que puede
registrar hasta 12 derivaciones simultáneamente. Unas de sus características mas
importantes son la impresión directa sobre una impresora láser o vía un adaptador,
poder transferir los ECG sobre un ordenador vía el puerto de comunicación RS
232 y transimisión de lo EGC vía intranet de la institución. (Medical Expo)

SE-1515: Desarrollado por EDAN Instruments, es un electrogradiógrafo portátil,
este está configurado para ordenador, tranmitiendo la señal de ECG a este y
resaltando arritmias y otras funciones. (Medical Expo)

ElectroSmart: Desarrollado por Eccosur. Este proyecto fue desarrollado por un
grupo de investigadores de la Universidad Nacional del Sur (Argentina), el sistema
permite usar un SmartPhone para procesar los datos obtenidos por los sensores y
analizar el estado cardíaco. Usa 12 sensores cutáneos conectados a un trasmisor
que lo deriva al dispositivo móvil, por medio de Bluetooth, que con una aplicación
realiza un análisis de los datos obtenidos. (Medical Expo)
1.3
1.3.1
Método
Identificación del problema
Espina de Pescado:
Mano de obra
Necesidad de
monitorear
pacientes con
problemas
cardíacos
Materiales
Monitoreo no
portátil,
requiriendo
movilización de
pacientes
Dispositivos
actuales
requieren
muchos
materiales
Medio ambiente
1.3.2
Maquinaria
Médico
encargado
no
puede ver los
resultados de los
exámenes
de
primera
mano
con los métodos
actuales
Residuos por
construcción
de maquinaria
grande
Monetario
Maquinaria pesada e
incómoda
Necesidad
de
un
monitoreo oportuno y
eficiente de pacientes
con
enfermedades
cardiovasculares
Costos
adicionales
para
pacientes por
transporte
hacia puntos de atención.
Método de los 5 porqués
El monitoreo de pacientes con problemas cardiovasculares no es constante y sus
resultados no son vistos de forma inmediata por el personal encargado.
1. ¿Por qué no es contante? Porque muchas veces los pacientes deben
trasladarse hasta un lugar o establecimiento de salud para realizarse este tipos
de exámenes.
2. ¿Por qué los resultados no son vistos de forma inmediata? Porque estos
exámenes pueden ser realizados por auxiliares de salud y así el médico
tratante no los ve de primera mano.
3. ¿Por qué los pacientes deben trasladarse? Porque este tipo de dispositivos no
se utilizan comúnmente por fuera de los establecimientos de salud, lo que
genera un campo geográfico en el cual no hay facilidad para estos exámenes.
4. ¿Por qué no son vistos de forma inmediata? El médico no tiene acceso a los
exámenes en el momento en el cual son practicados o en el momento en el
que ocurre una anomalía en el monitoreo de un paciente.
5. ¿Por qué no tienen acceso? No existe una manera de hacerles llegar la
información de inmediato.
Causa raíz: Los médicos al no tener un acceso inmediato a los resultados de
monitoreo o exámenes de pacientes con problemas cardiovasculares (tanto en
lugares especializados o su hogar), no pueden realizar un diagnóstico oportuno o
ayudar al paciente de forma eficiente y permanente.
1.3.3
Árbol causa-efecto.
1.3.4
Análisis de prefactibilidad.
Idea 1: Electrocardiógrafo portátil con aplicaciones en tecnología móvil.
Idea 2: Localización de pacientes en ambientes hospitalarios.
Idea/Criterio
Porcentaje
Idea 1
Idea 2
Político
Ambiental
5%
20%
4
4
4
2
Social
Tecnológico
15%
30%
5
5
3
4
Legal
Económico
10%
20%
4
4
2
4
Idea seleccionada: Electrocardiógrafo portátil con aplicaciones en tecnología móvil.
1.4
Formulación del problema
Las enfermedades cardiovasculares son un conjunto de trastornos del corazón y de los
vasos sanguíneos. Dichas enfermedades acontecen la principal causa de muerte en el
mundo; En el 2012 se calcula que se produjo la muerte de 17,5 millones de personas; lo
cual en porcentajes equivale a un 31% del número de muertes registradas alrededor del
mundo. Se conoce que de la cantidad de muertes causadas por las ECV, 7,4 millones
fueron causadas por cardiopatía coronaria, y 6,7 millones se debieron a los accidentes
cerebro vasculares (Organización Mundial de la Salud, 2015). De igual manera, se ha
determinado que en Colombia las enfermedades cardiovasculares son la principal causa
de muerte. (Instituto Nacional de Salud, 2003)
Para una persona que padece una ECV, resulta fundamental la detección precoz y el
tratamiento temprano de esta. El electrocardiógrafo es un aparato clínico cuyas funciones
principales se componen de evaluar, diagnosticar y monitorizar la función cardiaca del
paciente; por lo tanto, una gran cantidad de enfermedades cardiovasculares se pueden
diagnosticar por medio de la interpretación del electrocardiograma de un paciente.
Por lo anterior, el electrocardiógrafo es un equipo médico fundamental en un
establecimiento dedicado a prestar servicios de salud, como un hospital. Sin embargo, se
encuentran ocasiones en las cuales los pacientes que sufren ECV no pueden desplazarse
con facilidad a estos lugares, debido a limitaciones como la edad, los recursos
económicos y algunas discapacidades, evitando así que se dé un correcto seguimiento de
la enfermedad, y que se proporcione un control regular para indicarle al paciente las
pautas a seguir para evitar que la enfermedad empeore.
De igual manera, incluso las personas que padecen de ECV que están constantemente
monitoreadas, encuentran momentos en los cuales su condición empeora y deben
recurrir a su desplazamiento al centro de salud para que evalúen su condición y de ser
necesario le suministren medicamentos, o le practiquen algún procedimiento para
estabilizar su condición, sin embargo en muchas ocasiones el servicio de urgencias esta
tan concurrido que previo a su atención se produce un lapso de tiempo extenso, en el cual
puede empeorar su situación y en el peor de los casos fallecer antes de que sea atendido.
Debido a esto, se considera que es necesario plantear una solución, a partir de la
información recolectada y conforme a las necesidades que se visualizan, que permita
Total
100%
4,45
3,25
informar al médico a cargo del paciente, su condición al ingresar al sistema de urgencias
o incluso desde su domicilio, con el fin de tomar acciones en situaciones riesgosas para la
vida del paciente. La solución en cuestión se conforma a partir de un electrocardiógrafo y
una aplicación para móviles y computadores.
2
Objetivo del proyecto
Desarrollar un electrocardiógrafo portátil, con la finalidad de monitorear a un paciente, y al
presentar este una anomalía, mandar un registro al médico a cargo, a partir de una
aplicación desarrollada para computadores y Smartphone.
2.1 Objetivos Específicos:










3
Definir los conocimientos y la teoría referente a la base conceptual del proyecto;
proceso de investigación.
Hacer el planteamiento estructural sobre el cual se va a construir el
electrocardiógrafo.
Diseñar la estructura básica del circuito electrónico
Buscar información para posteriormente proceder con la creación de una
aplicación para el intercambio de información entre médico y paciente.
Buscar la información para posteriormente proceder con la creación de un filtro de
ruido en las variables que deseamos ver en el electrocardiograma.
Ensamblar los componentes del prototipo, tales como resistores, amplificadores
operacionales, fuente, entre otros.
Evaluar y analizar el funcionamiento del prototipo inicial.
Desarrollar un prototipo funcional, que mejore la calidad de vida del paciente.
Recubrir los electrodos con silicona, con la finalidad de evitar la presencia de ruido
por factores como sudor y fluidos corporales.
Seleccionar un material para guardar la protoboard con los circuitos, de tal manera
que el paciente la pueda llevar en su cinturón y que no genere daños en los
tejidos.
Justificación
El presente proyecto ofrece una solución al problema de atención y monitoreo de
pacientes con padecimiento de enfermedades cardiovasculares, implementando un
sistema en el cual se facilita la transmisión de información entre paciente – doctor y el
aviso en momentos en los cuales la vida del paciente corra riesgo para agilizar la atención
al mismo.
De la misma forma, admite la integración de los conocimientos adquiridos en la Escuela
de Ingeniería, en los ámbitos de procesamiento y filtrado de señales, implementación del
diseño y análisis de circuitos electrónicos, programación e implementación de los
materiales más adecuados.
4
Marco Teórico
4.1 El corazón
El corazón junto con los vasos sanguíneos, son los responsables de hacer circular la
sangre por el cuerpo y suministrar oxígeno y nutrientes además de transportar desechos.
Está compuesto por:
 Tres capas: el Pericardio, el Miocardio y el Endocardio.
 Cuatro cavidades: dos aurículas y dos ventrículos.
 Cuatro válvulas: Dos válvulas aurículo ventriculares (una es la válvula tricúspide
que separa la aurícula derecha del ventrículo derecho, la otra es la válvula mitral
que hace lo mismo en el lado opuesto) y dos válvulas que son ventrículo arteriales
(una es la válvula pulmonar que separa el ventrículo derecho de la arteria
pulmonar, la otra es la válvula aórtica que separa el ventrículo izquierdo de la
arteria aorta) (Comisión Honoraria para la Salud Cardiovascular)
Fig. 1 El corazón (Comisión Honoraria para la Salud Cardiovascular)
4.2 Propiedades eléctricas del corazón
La energía necesaria para el funcionamiento del corazón proviene de su propio sistema
de conducción eléctrica. Tiene 5 componentes:





Nodo sinoauricular/sinusal/de Keith-Flack: zona especializada de tejido
localizada en la aurícula derecha. Genera un estímulo eléctrico cada vez que se
produce un latido, esto es aproximadamente 60 a 100 por minuto, en condiciones
normales. Este estímulo lo genera de forma autónoma, es decir se auto estimula.
Fibras internodales: Comunican el nodo sinoauricular con el auriculoventricular.
Nodo auriculoventricular/de Aschoff-Tawara: Cerca de la base de la aurícula
derecha. Provoca un leve retraso en la propagación del impulso para que los
ventrículos se llenen de suficiente sangre antes de la contracción. Si el nodo
sinoauricular llegara a fallar el control lo ejercerá el nodo auriculoventricular.
Haz de His: Acelera la velocidad de conducción, desciende por el tabique
interventricular y se divide en dos ramas: izquierda y derecha.
Fibras de Purkinje: Conectan las fibras del Haz de His con el Endocardio,
asegurando la transmisión del impulso en los ventrículos. (Duque M. C., 2011)
(MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Fig. 2 Funcionamiento Eléctrico del corazón (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
4.3 ECG
El poder monitorear esta actividad eléctrica del corazón, se convierte entonces en una
necesidad importante en el sector de la salud. Esto se puede lograr por medio de un
electrocardiógrafo y su resultado, el electrocardiograma (ECG o EKG). Este permite
visualizar el estado del músculo cardíaco, siendo las células de este que al ser excitadas
eléctricamente, se produce un transporte de iones a través de su membrana induciendo
un potencial eléctrico variable en el interior y el exterior. Durante la despolarización y
repolarización del miocardio, aparecen las ondas del ECG, las porciones de este entre las
deflexiones se llaman segmentos y las distancias entre ondas, intervalos. Estos se dividen
en:
 Onda P: Despolarización de las aurículas, cuando impulsan la sangre hacia los
ventrículos. Tiene una duración normal de 0.1 s y su forma depende de donde
estén los electrodos. Si el voltaje o la duración de esta onda aumenta, significa
una anomalía auricular.
 Complejo QRS: Despolarización de los ventrículos, tiene una duración
aproximada de 100 ms.
 Onda T: Repolarización de los ventrículos, cuando es normal, es asimétrica en las
ramas y redondeada en su vértice. Cuando hay anomalías en esta onda puede
indicar enfermedades cardíacas tempranas o un desequilibrio hidroelectrolítico.
 Onda U: Polarización de fibras de Purkinje, aunque no es del todo claro su origen.
Cuando hay anomalías en esta puede indicar trastornos de Potasio.
 Intervalo PR: Línea isoeléctrica entre el comiendo de la onda P y la deflexión
inicial del complejo QRS. Duración normal entre 0.12s y 0.20s. Representa el
tiempo de conducción auriculoventricular y el tiempo necesario para la
despolarización auricular.
 Intervalo ST: intervalo entre final del complejo QRS y el inicio de la onda T.
Representa el tiempo en el cual los ventrículos permanecen activados y puede
iniciarse la repolarización ventricular. Una desviación elevada representa un infarto
de miocardio, pericarditis o miocarditis.
 Intervalo QRS: Comienzo de la onda Q y final de la S, dentro del complejo QRS.
Indica el tiempo de conducción intraventricular.
 Intervalo QT: Comienzo del complejo QRS y final de la onda T. Indica el tiempo
de la sístole eléctrica.
 Intervalo PP: Comienzo de la onda P y el comienzo de la siguiente P.
 Intervalo RR: Intervalo de tiempo de entre la onda R del complejo QRS y la
siguiente onda R del siguiente complejo QRS. Representa la frecuencia cardiaca
por minuto con un ritmo ventricular regular. (Duque M. C., 2011) (MAYORAL,
Ptolomeo UNAM, 2012)
Fig. 3 ECG (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
4.4 Derivaciones del ECG
Para realizar el electrocardiograma se ubican electrodos en lugares determinados del
cuerpo como pecho, brazos y piernas. Un ECG normal está compuesto por doce
derivaciones que se dividen en tres grupos:
 Derivaciones Precordiales: El electrodo se pone en
1. V1: 4º espacio intercostal derecho, línea paraesternal derecha.
2. V2: 4º espacio intercostal izquierdo, línea paraesternal izquierda.
3. V3: simétrico entre V2 y V4.
4. V4: 5º espacio intercostal izquierdo, línea medioclavicular.
5. V5: 5º espacio intercostal izquierdo, línea anterior axilar.
6. V6: 5º espacio intercostal izquierdo, línea axilar media. (Duque M. C., 2011)
(MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Fig. 4 Derivaciones Precordiales (Duque M. C., 2011)

Derivaciones bipolares de las extremidades: Diferencia de potencial eléctrico
entre dos puntos
1. Derivación I: entre brazo izquierdo (+) y brazo derecho (-).
2. Derivación II: entre pierna izquierda (+) y brazo derecho (-).
3. Derivación III: entre pierna izquierda (+) y brazo izquierdo (-). (Duque M. C., 2011)
(MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Fig. 5 Derivaciones Bipolares de las extremidades (MAYORAL, Ptolomeo UNAM,
2012)

Derivaciones monopolares de los miembros: Variaciones de potencial de un
punto respecto a otro que se considera con actividad eléctrica 0. Se denominan
aVR, aVL y aVF
1. a: significa aumento y se obtiene al eliminar el electrodo negativo dentro del propio
aparato de registro.
2. V: Vector.
3. R (right), L (left) y f (foot): según el lugar donde se coloque el electrodo positivo,
brazo derecho, brazo izquierdo o pierna izquierda. (Duque M. C., 2011)
(MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Fig. 6 Derivaciones Monopolares de los miembros (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
4.5 Interferencias en la señal
Se define como perturbación, una señal indeseable que puede alterar los resultados
presentados en el electrocardiograma. (Escobar, 2007)
Los ejemplos más comunes para lo anterior son los siguientes:

Interferencia de línea de potencia: Se refiere a una señal de 60Hz y sus
armónicos, los cuales pueden ser modelados como sinusoidales y combinaciones
de sinusoidales.
Parámetros típicos:
Contenido frecuencial - 60Hz (fundamental) con armónicos.
Amplitud - superior al 50 por ciento de la amplitud pico a pico del ECG. (Escobar,
2007)

Ruido por contacto de electrodos: Hace referencia al ruido transitorio, que se
produce por la pérdida de contacto entre la piel y el electrodo. La pérdida de
contacto puede ser intermitente o permanente.
Parámetros típicos:
Amplitud - Máxima salida del grabador.
Frecuencia - 60Hz.
Constante de tiempo - cerca de 1s. (Escobar, 2007)

Artefactos de movimiento: Los cambios transitorios en la señal ECG que son
causados, por cambios en la impedancia electrodo-piel, por el movimiento del
electrodo, ocasionados generalmente por las vibraciones o los movimientos del
paciente en cuestión.
Parámetros típicos:
Duración - 100 ms -500 ms.
Amplitud - 30 por ciento de la amplitud pico a pico del ECG. (Escobar, 2007)

Contracción muscular: Estas causan quiebres transitorios en la señal.
Parámetros típicos:
Desviación Estándar - 10 por ciento de la amplitud pico a pico del ECG.
Duración - 50ms.
Contenido Frecuencial dc - 10000Hz. (Escobar, 2007)

Desplazamiento de línea base y modulación de amplitud de ECG con
respiración: Este desplazamiento puede presentarse como una componente
sinusoidal en la frecuencia de respiración adherida a la señal ECG; la amplitud de
la señal de ECG, puede variar un 15% debido a la respiración. Con este ruido se
debe tener especial cuidado, debido a que se encuentra ubicado en la banda de
componentes importantes del ECG.
Parámetros típicos:
Variación de amplitud -15 por ciento de la amplitud pico a pico del ECG.
Variación de línea base-15 por ciento de la amplitud pico a pico de ECG.
Variación de frecuencia 0.15Hz - 0.3 Hz. f. (Escobar, 2007)

Ruido electro-quirúrgico: “Este destruye completamente el ECG y puede ser
representado como una gran cantidad de sinusoides con frecuencias
aproximadamente entre 100Hz -900Hz, como la frecuencia de muestreo de una
señal ECG es de 250Hz-1000Hz, una versión parásita puede adicionarse a la
señal ECG. Si no se logra tener una señal lo más pura posible se podría
diagnosticar erróneamente a cualquier individuo al que se le haya hecho algún tipo
de análisis”.
Parámetros típicos:
Amplitud - 200 por ciento de la amplitud pico a pico del ECG.
Contenido frecuencial - 100Hz - 900Hz. Duración – 1s-10s. (Escobar, 2007)
4.6 Filtrado
Para el filtrado de las perturbaciones presentadas anteriormente, se utilizan filtros activos,
debido a que las frecuencias a trabajar son altas, además uno de los componentes del
electrocardiógrafo es un amplificador operacional, el cual se clasifica como un
componente activo.
Un filtro activo, comprende elementos pasivos, tales como resistencias, condensadores y
bobinas, en conjunto con elementos activos, como el amplificador operacional. Estos
proporcionan la amplificación de la señal de entrada, lo cual es útil cuando se trabaja con
frecuencias bajas.
Los filtros activos se clasifican en:

Filtros pasa bajos: Este tipo de filtros, permiten pasar únicamente señales con
frecuencias menores a la frecuencia de corte que establece el diseñador.

Filtros pasa altos: Este tipo de filtros, permiten el paso de señales mayores a la
frecuencia de corte que establece el diseñador.

Filtro pasa banda: Este tipo de filtros, permiten el paso de señales en un rango de
frecuencias, establecidas por un diseñador.

Filtro rechaza banda: Este tipo de filtros, rechazan el paso de señales en un
rango de frecuencias, establecidas por un diseñador. (Escobar, 2007)
4.7 Funciones de Transferencia
Conociendo los filtros, es importante saber entonces, que son las funciones de
transferencia y cuales podemos utilizar.
Se define como función de transferencia al modelo matemático que entrega la respuesta
de un sistema a una señal de entrada o excitación exterior.
Las funciones de transferencia que conocemos y que podríamos utilizar son:

La función Butterworth: Se utiliza cuando interesa una respuesta en amplitud
plana.

Función de Chebyshev: Estos consiguen una caída de la respuesta en
frecuencia, más pronunciada en frecuencias bajas, debido a que permiten más
rizado que otros filtros en alguna de sus bandas. (Escobar, 2007)
Para escoger el filtro a usar en el electrocardiógrafo, se debe hacer una comparación de
la respuesta en frecuencia de las funciones de transferencia de cada familia de los filtros
que se nombró anteriormente.
En el proyecto de grado “ANÁLISIS DE ESQUEMAS DE FILTRADO PARA SEÑALES
ELECTROCARDIOGRÁFICA” de LEYDY LAURA ÁLVAREZ ESCOBAR, realizan las
comparaciones pertinentes, y deciden que el filtro más convenientes es el Butterworth,
debido a que brinda una ganancia lo más plana posible. En nuestro proyecto, haremos las
comparaciones pertinentes entre el filtro BUTTERWORTH y el filtro CHEBYSHEV, con el
fin de obtener bajo nuestros propios criterios el filtro más adecuado a utilizar.
Sin embargo, siguiendo el orden de ideas planteado por LEYDY LAURA ALVAREZ
ESCOBAR en el proyecto de grado “ANÁLISIS DE ESQUEMAS DE FILTRADO PARA
SEÑALES ELECTROCARDIOGRÁFICA” y debido a que aún nos encontramos en etapa
de investigación, consideramos que si nuestra elección final es utilizar el filtro Butterworth,
se utilizara el esquema y los parámetros de la célula Sallen-Key.
La célula Sallen-Key, hace referencia a un filtro electrónico activo, conformado por
dos resistencias, dos condensadores y un amplificador, cuyo producto es un filtro pasa
bajo o pasa alto de dos polos. (Escobar, 2007)
Fig. 7 Célula Sallen-Key (Escobar, 2007)
También se realizara el diseño de dos filtros, un filtro pasa ancho y un filtro rechaza banda
(llamado también un filtro notch), con una rechaza banda entre 59 y 61 Hz, que será el
encargado de eliminar la frecuencia de 60Hz que es generada por la línea de potencia.
4.8 Transformadas
Por último, dado que uno de los objetivos del proyecto es diseñar un programa que
detecte anomalías cardiacas en un paciente, es necesario utilizar la Transformada de
Fourier, útil en señales estacionarias. Lo que permite esta herramienta es pasar de una
función o señal en el dominio del tiempo a una en un dominio de frecuencias, de aquí la
importancia de implementarla en este proyecto porque con la información obtenida, se
podrá detectar problemas cardiacos como la taquicardia y la bradicardia, por sus
frecuencias características.
Siguiendo el orden de ideas del proyecto de grado, ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE LA
SEÑAL ELECTROCARDIOGRÁFICA PARA LA DETECCIÓN DE PARÁMETROS DE
NORMALIDAD BAJO LA PLATAFORMA LABVIEW “ADPAN-ECG” (FCV - UPB COLCIENCIAS) de SANDRA MARCELA ANDRADE MORA y MIGUEL GONZALO
NAVARRETE MEJÍA, y el trabajo de maestría, ANÁLISIS DE SEÑAL DEL IMPULSO
CARDÍACO PARA EL MEJORAMIENTO DEL DIAGNÓSTICO DE PATOLOGÍAS DEL
CORAZÓN de MARÍA CRISTINA PINZÓN DUQUE, se optará por utilizar la Transformada
Corta de Fourier (STFT), útil para señales no estacionarias, debido a que esta
transformada permite no solo conocer las componentes de frecuencia en la señal, sino
también en que instante suceden dichas componentes, información que no entrega a
Transformada de Fourier, siendo la representación tiempo-frecuencia necesaria para el
proyecto, dado que permitiría un mejor análisis. (Duque M. C., 2011) (MEJÍA, Cienagora,
2006)
Esta transformada consiste en dividir la señal a analizar, en pequeñas ventanas de tiempo
que permitan asumir que cada segmento es una señal estacionaria y así calcular la TF de
cada uno. Para dividir la señal en segmentos, se debe usar una función ventana h (t) cuyo
ancho corresponde a la longitud de cada segmento de la señal. Mediante esta función se
abarcan intervalos de la señal alrededor de un instante de tiempo calculando su FT, para
luego ser trasladada a otro intervalo, así hasta que se cubra toda la señal.
Matemáticamente este proceso se muestra así:
Fig. 8 Transformada Corta de Fourier (STFT) (MEJÍA, Cienagora, 2006)
Fig. 9 Esquema de la STFT (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Por último es necesario considerar que dado el principio de incertidumbre de Heisenberg,
que establece que no es posible conocer exactamente la información tiempo-frecuencia
de una señal, por lo tanto se genera un problema de resolución, porque al escoger una
ventana/segmento muy amplia, se obtiene una resolución en alta frecuencia pero no en
tiempo y viceversa. Por esto es necesario establecer que ventana escoger dependiendo
de la aplicación que se le dará a la información obtenida y del tipo de señal. (MEJÍA,
Cienagora, 2006)
Las ventanas más comunes son la ventana rectangular y la ventana Hamming-Hannig:
Fig. 10 Representación en el Tiempo y espectro de frecuencia, respectivamente, de
Ventana rectangular. (Duque M. C., 2011)
Fig. 11 Representación en el Tiempo y espectro de frecuencia, respectivamente, de
Ventana Hamming-Hannig. (Duque M. C., 2011)
La STFT se emplea por ejemplo para eliminar información que no se desea como la onda
P, la onda T y ruidos, permitiendo así detectar el complejo QRS (conjunto de ondas del
electrocardiograma que representan la despolarización de las células musculares de los
ventrículos. (Onsalus, s.f.)), análisis necesario para un electrocardiograma. Para detectar
este complejo se usa la transformada STFT mostrada anteriormente en la Figura 2. Luego
el espectrograma de STFT, que es la distribución de energía en su superficie, se calcula
con la siguiente ecuación:
Fig. 12 Ecuación espectrograma STFT (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
Entonces este método se usa en la etapa de filtrado, con una ventana rectangular (STFT)
se transforma la señal en tiempo y frecuencia. Los datos obtenidos del espectrograma a
una frecuencia determinada, se utilizan para localizar el complejo QRS.
Por último para la clasificación de arritmias se realiza por medio de algoritmos, como:
Neural Network NN, Adaptive-Network-Based Fuzzy Interface System ANFIS, Support
Vector Machine SVM. (MAYORAL, Ptolomeo UNAM, 2012)
4.9 Electrodos
Se definen como electrodos en un electrocardiograma, los dispositivos encargados de
poner en contacto al paciente con el electrocardiógrafo. Es a través de estos que se
obtiene la información eléctrica para la impresión y el análisis del electrocardiograma. (My
EKG, s.f.)
5
Amplificadores operacionales
Un amplificador operacional, es un dispositivo electrónico que posee dos entradas y una
salida. Donde la salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor. Es
decir que se introduce una señal y esta sale amplificada.
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