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SIMULADOR DE ECG DE 12 DERIVACIONES, RESPIRACIÓN Y PRESIÓN ARTERIAL NO INVASIVA
Con esta hoja de especificaciones se diseñó el circuito
necesario para que el monitor interprete una señal de ECG lo
más parecido a una real. Al tratarse de equipos de uso médico
incluyen todo lo necesario para acondicionar señales de
manera óptima; en el caso de un simulador de ECG no hay
mucho problema si la señal presenta interferencias por ruido
de 60 Hz o alguna señal de radio frecuencia.
De manera estándar, en la sección ECG de todo menú de un
monitor de signos vitales y de electrocardiógrafos es posible
cambiar la configuración de filtrado, esto permite suavizar
las formas de onda. Los modos que mayormente se observan
son:
- Monitor: Se suele usar en condiciones normales. Ancho
de banda de 0.5 a 40 Hz.
- Cirugía: Reduce las interferencias en la señal producto
de ruido de alta frecuencia (electrocirugía). Las señales
ECG con este tipo de ruido presentan complejos QRS
distorsionados. El ancho de banda con esta
configuración es de 1 a 20 Hz.
- Diagnóstico: permite obtener señales de mayor calidad,
permite determinar cambios más pequeños. Ancho de
banda de 0.5 a 100 Hz.
A pesar de los filtros internos en el interior de equipo la salida
del DAC es una aproximación escalonada de la señal
analógica original. El propósito del filtro de reconstrucción
paso-bajo (en ocasiones denominado post-filtro) consiste en
suavizar la salida del DAC eliminando las componentes de
alta frecuencia generadas por las rápidas transiciones de la
señal escalonada [5]
Figura 4. Funcionamiento de un filtro de reconstrucción al ase aplicado a la
salida de un DAC
Es por ello que inmediatamente a la salida del DAC se colocó
un filtro pasa bajas de 20 Hz para amortiguar la señal, este
filtro elimino el voltaje de salida de offset y pequeñas
variaciones que pueden presentarse por activación del motor
en la sección del módulo PANI y cambios bruscos durante el
proceso de escritura del DAC.
Como referencia a los niveles de voltaje se utilizaron las
magnitudes de un registro electrocardiográfico de 12
derivaciones de un paciente con estado cardiológico
saludable, parte del acondicionamiento de la señal es lograr
que el equipo médico al que se conecte el simulador detecte
voltajes adecuados.
DAC
(MCP4921)
Figura 5. Diagrama en bloques del circuito simulador ECG.
Respiración
Filtro pasa
bajas
Ajuste de
amplitudes
Divisor
resistivo de
precisión
Al respirar se varía la impedancia del tejido, la cual es
sencilla de medir, basta con dos electrodos colocados en un
segmento del cuerpo y la resistividad cambiara en base a
variaciones de volúmenes. En este caso la pletismografía por
impedancia eléctrica cambiará en base al incremento de aire
en los pulmones y se medirá con los latiguillos del ECG.
El monitor de signos vitales marca Drager modelo Vista 120
inyecta una señal alterna de 3 Vpp a una frecuencia de 33
KHz, esta señal es emitida por los mismos latiguillos de
adquisición de ECG: RA (brazo derecho) y recibida por el
latiguillo LA (brazo izquierdo) o RA y recibida por el
latiguillo LL (Pierna izquierda); es decir, que el monitor tiene
la opción de seleccionar la medición respiratoria a través de
la derivación I (default) o la derivación II.
La impedancia base de un adulto se encuentra entre 1000 a
5000 Ohms, a partir de esta línea base es donde se registrarán
incrementos de impedancia producto de la respiración. Las
variaciones en la señal de alta frecuencia que atraviesa el
pecho, sufre cambios por variaciones de impedancia, esto se
logra detectar por modulación de amplitud de la señal, que se
convierte en una señal eléctrica que es amplificada para ser
enviada al conversor A/D. El módulo de respiración de
cualquier monitor consiste en una placa electrónica y un
transformador de acoplamiento como medio de protección al
paciente. El circuito tiene funciones de: modulación,
acoplamiento, detección de ondas, amplificación primaria y
amplificación de alta ganancia [6].
El proceso de simulación de señal respiratoria se logró con la
ayuda de resistencias de precisión de muy bajo valor Óhmico,
interruptores digitales y un microcontrolador. El
microcontrolador usado fue un PIC16f88 con encapsulado
DIP de 28 pines, en este caso únicamente se necesitan pines
de entrada y salida digital para hacer funcionar nuestro
circuito.
El simulador de la marca Fluke Medical modelo MPS450
ofrece 4 ajustes de amplitud pre-configurados en la
simulación de respiración (en Ohms): 0.2, 0.5, 1.0, o 3.0. Por
default es de 1 Ohm. Tomando el valor de 1 Ohm y
estimando alcanzar una variación máxima de 8 Ohms
superiores a la línea base, se necesitaron de 8 interruptores
digitales. Nuevamente se emplearon lo circuitos integrados
CD4016, interruptores digitales en encapsulado de 14 pines
con alimentación simple. Para este circuito se utilizaron
resistencias con 1% de tolerancia y valor 1 Ohm. La
activación secuencial de cada interruptor logra un incremento
escalonado similar al producido tras una respiración normal.
26 REVISTA DEL CENTRO DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN. INSTITUTO TECNOLÓGICO MÉRIDA Vol. 32 NÚM. 66